试论机关节约型用电控制方法分析

福建省漳州市工商行政管理局 罗勇明

所谓的“用电负荷”主要指的是用电设备或者线路中所通过的电流或电功率。在进行供电设计过程中，应先对用电单位所需的用电量情况进行初步了解。对于用电单位而言，其运行中的用电设备用电负荷情况往往处于动态变化过程中，但是，用电负荷不能够大于各设备的总体额定容量。如果以各设备的总额定容量为依据，对变压器、电线、电缆以及开关电器等进行确定，将会导致设备及投资的大量浪费；相反，则会造成电线、电缆、变压器以及开关电器存在过热等风险，进而导致设备及线路绝缘提前出现老化或损坏等情况。因此，必须针对用电单位的用电现状进行分析，了解其供电容量情况，并借助于高效的用电控制系统及方法，实现机关用电设备的有效运行及充分利用，从而达到节约用电的目的。

1.机关单位的用电现状分析

对于不同行业而言，其用电性质也各不相同，因此，用电负荷情况也存在着较大的差别。对于机关单位而言，其用电设备主要包括电脑、空调、饮水及照明等相关设备，因此，每个办公室所产生的用电负荷6KW左右。因此，在对变压器容量负荷进行考虑时，必须认识到用电设备开启时间及用电负荷特殊性等方面的问题，合理进行机关供电设备的选择，确保供电设备运行过程的安全性及有效性。但是，应注意的是，供电设备投资较大，也很难得到充分的利用，因此，很难满足机关单位经济性运行等方面的发展要求。经分析机关单位的用电情况可知：在上班期间，单位用电负荷最大，为用电高峰阶段。下班后，单位用电负荷迅速降至最低水平，处于用电的低谷阶段，只有少数值班人员需要使用电脑及照明等设备。且机关单位的用电设备并非全年使用，节假日及周末均未停用，因此，必须以机关用电的变化规律为依据，来设计有效的节约型用电控制系统，尽可能实现用电设备的充分利用。

2.节约型用电控制系统的设计方案分析

机关可以通过智能电网实现用电负荷的有效配置，以实现降低用电成本、提高设备使用效率的目标。本文所设计的节约型用电控制系统是以智能电表为基础展开的，该系统仅需一个互联网接口即可实现对机关用电设备的智能化控制，且所设计系统简单、易操作、即时性高，具有一定的应用价值。

图1 机关节约型用电控制系统原理图

本文所设计的节约型用电控制系统主要包括如下三个部分：用电控制中心、模拟电表及智能化开关等。其主要具有如下功能：在机关单位对用电设备的远程化控制。系统原理图见图1所示。

由图1可知：模拟电表将单片机作为MCU，经串口同用电控制中心之间进行数据的传输。用电控制中心将Mini 2440作为平台，并将嵌入式linux及web服务器移植入，用以支撑系统的软件平台。此外，借助于大量的GPIO口带动无线发送模块将控制信息传至智能开关中，智能开关以单片机作为MCU，经无线接收模块对相关控制信息进行接收，并借助于继电装置来对机关单位的用电设备进行控制。

3.节约型用电控制系统的硬件设计

3.1 模拟电表模块的设计

模拟电表主要负责从供电公司获取即时电价信息，并将其传送至用电控制中心中，为便于程序的调试及下载，本文采用的是AT89S52单片机，以其为模拟电表的MCU，经串口将即时电价信息传送至用电控制中心中。

3.2 用电控制中心模块的设计

用电控制中心能够从电表中获取即时电价信息，经浏览器获取机关单位所输入的用电设备控制信息，经与之相连的无线传输模块，将这些控制信息传送至智能开关中。用电控制中心采用的是Mini2440开发板为其硬件平台，主芯片为Samsung S3C2440A，前端需经串口同模拟电表进行相互通信，后端需经SPI接口连接无线发送模块进行相互通信。其中，用电控制中心串口主要采用的是Mini2440开发板上的CON1。

3.3 智能开关的设计

对于智能开关而言，其主要负责对即时电价控制或远程控制命令进行接收和解析，并以此为依据对机关单位的用电设备进行开关等操作，其原理图见图2。

图2 智能开关原理图

由图可知，智能开关主要是借助于无线通信模块对从用电控制中心所发送过来的控制信号进行接收的，智能开关MCU对所接收信号进行解析后，对同机关单位用电设备相连的继电器进行控制信号的发出，并通过继电器的动作实现用电控制的目的。除此以外，继电装置的控制信号即单片机的输出，其负载为机关单位220V的用电设备。经比较后，系统采用了直流控制交流型继电器，其中，负载端：交流24-380V，控制端：直流3-32V。在具体操作过程中，只需给控制端3-32V的信号即可接通负载端。

4.节约型用电控制系统的软件设计

4.1 模拟电表和用电控制中心的串口通信设计

用电控制中心采用的是Mini 2440开发板作为硬件平台，同时，引入了Linux操作系统，对S3C2440串口驱动程序进行了加载，为串口操作所需的函数进行了提供。对于linux而言，所有用电设备均以文件形式存在，CON1通信串口所对应文件的路径为dev/ttySAC1，而linux的下串口通信必须经termios结构来对数据位、停止位、输入方式、输出方式、波特率等多种参数进行设置。

模拟电表经串口将即时电价信息传送至用电控制中心中，其中，串口的通信程序主要包括了电表单片机及用电控制中心的串口通信程序。单片机和控制中心的主芯片均具有极强的通信能力，所设计的串口通信协议如下：

1)单片机和主芯片间以9600bit进行通信，其帧格式为1-8-N-1；

2)单片机向主芯片发起请求，进行0x99呼叫信号的发送；

3)主芯片收到呼叫信号后，向单片机发送0xAA应答信号；

4)建立数据通信过程。

4.2 远程登录模块的设计

由于系统具有远程控制功能，因此需在用电控制中心上引入Web服务器，本文选用的是Boa服务器。通过在浏览器上进行用电控制中心服务器IP的输入，即可对内置Boa服务器的用电控制中心的HTML网页进行远程访问，在网页表单上进行有关信息的输入。浏览器将所输入信息传送至用电控制中心中，经CGI对相关程序进行调用，并对系统用户的登陆界面及设备控制界面所输入的相关信息进行处理，将所输入信息进行解析，经硬件接口对设备进行控制，并将反馈信息传送至浏览器中。

5.结语

本文所设计的节约型用电控制系统只需一个网络接口即可对机关单位的用电设备进行有效的控制，因而实现了机关用电的智能化控制。该系统结构简单、便于操作，且具有较高的性价比，实时性极强，因此，具有一定的应用价值。

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