银行网点智慧用电计量监测与控制系统方案研究

周宏亮 韩卫兵

摘要：随着物联网等新技术的快速进步和用电安全、绿色节能的时代发展要求，为推进各大银行网点的智能化建设，利用物联网总控能力，把网点内智能空开设备、智能灯具等接入我司研发的物联网平台，进行统一安全管控，实现环境光强与灯光亮度联动、一键远程开关灯、一键远程分合闸、空开计量参数实时监测、用电量月度年度分析、异常事件提前预警或告警通知等远程运营能力，在真正实现安全用电、绿色节能、服务高效的同时，以实际行动践行“碳达峰、碳中和”重大国家战略政策，彰显当代银行的良好形象。

关键词：物联网；智慧用电；节能；安全

中图分类号：TP311     文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）30-0101-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

今年两会上，“碳达峰、碳中和”被首次写入政府工作报告，再度掀起了全民关注与热议。报告明确指出，要制定2030年前碳排放达峰行动方案，优化产业结构和能源结构，以实际行动为全球应对气候变化做出应有贡献。

为全面贯彻习近平总书记提出的“碳达峰、碳中和”重大国家战略，促进各大银行从综合性网点经营发展向综合性智能银行转型，项目组综合考虑营业网点区域分布、辐射范围、经济条件、客户结构、网点功能布局等建设因素，围绕客户体验和员工体验，突出物联网、大数据、云计算等新技术对网点建设的变革，提出了银行网点智慧用电计量监测与控制系统的研究方案，以实现对银行网点的电量使用进行实时监测，实现环境光强与灯光亮度联动，平台实时控制，故障实时预警报警等功能，达到安全用电、节能减排、绿色发展、服务高效的目标，以实际行动践行“碳达峰、碳中和”重大国家政策，彰显银行良好形象。

银行属于重要的建筑场所，对安全有着很高的要求。一旦银行发生火灾，其经济损失会比普通的建筑火灾更加严重[1]。目前国内银行网点的空开系统大多处于传统阶段，无法实时监测线路的电气参数和用电情况，通断电时还需要手动合闸、分闸，发生故障后不易排查原因，存在浪费用电和用电安全隐患，综合智能化水平不高，尚未形成设备联动和平台统一监测与管控。此外，现在国内已有厂家推出了智能空开设备及配套软件系统，但针对银行用户个性化需求的方案少之又少，主要问题在于现有方案不支持环境光强、灯光控制和智能空开相互联动，配套软件系统（PC和App端）须经过厂家服务器中转，不符合银行对数据独享和绝对安全的要求。

自90年代以来，随着计算机技术和信息技术的不断进步和发展，国外的配电智能化程度得到快速发展。为实现中央监控设备与智能化电气设备之间的数据交换，还要求一些电气产品具有可通信的功能，于是相继开发了多种类型的可通信型断路器产品，这种能够实现通信功能的智能断路器产品便成为智能断路器领域的第四代发展目标[2]。

不可否认的是，在国际视野中，银行大力发展金融科技、提升智能化水平已成为银行业新型发展方向。我国银行若想进一步提升自身竞争力，朝着智能化方向演进是必经之路[3]。随着物联网等新技术的快速进步和安全、节能的发展要求，采用新技术将银行网点环境和相关照明设备一体化，实现智能化监测与管控的需求应运而生。规划、设计、实施一种新的智能化银行网点智慧用电监测与控制系统，实现安全用电、节能减排、绿色发展，更好地提高网点服务效率和客户满意度，提升银行对外品牌形象，是摆在未来银行网点运营发展面前的必然要求。同时，智能空开和为客户订制的配套软件系统由于市场潜力巨大，消费需求旺盛，将成为又一个信息产业创新的“风口”。

1 研究目标

（1） 利用物联网总控能力，把网点内所有空开设备接入项目组研发的物联网平台，搭建硬件测试环境，实现环境光强与灯光亮度、智能空开一起联动，真正实现安全用电、绿色节能的目标。

（2） 将实时监测读取到的相关计量参数分门别类地进行数据分析、图形显示、对比和本地存储，能够实现监测微型智能断路器的电气指标（电压、电流、剩余电流、故障报警类型、功率、电量、分合闸状态、板载温度等）实际运行情况，对故障断开点能够精准定位、即时信息处理及推送并能够快速处理故障等[4]，供银行运维人员使用和参考。

（3） 确保部署在银行私有服务器上的物联网平台，在实现所有相关监测、管控等功能的同时，有持续、良好的稳定性和较强的抗外界干扰能力，能防止数据外泄，并确保数据传输和本地保存的绝对安全。

2 待解决的问题

（1） 依据智能空开和漏电断路器的硬件通信接口和软件通信协议，搭建软硬件开发环境，编写底层协议驱动软件，将读取到的计量参数实时传输到物联网平台，并将物联网平台下发的查询或控制动作按协议指令格式，传输到对应的空开和漏保设备中，且保证数据传输的稳定性，将误码率控制在合理范围内；

（2） 对实时监测、读取到的相关计量参数（电压、电流、剩余电流、故障预警报警类型、功率、电量、分合闸状态、板载温度等）进行数据分析、图形显示、对比和本地存储，依托项目组现已开发的物联网平台，评估、规划、开发一套人机交互界面，可以通过该界面系统查看每台空开的用电量情况分析和故障预警报警情况，如：日用电量、月度用电量曲线、年度用电量曲线，当前线路有无故障等；

（3） 可以通过界面系统下发指令，实现一键全部分闸、一键全部合闸，一键控制某个对应的空开分合闸等操作，并增加校验机制，确保分合闸指令的动作成功；

（4） 可检测漏保开关的漏保功能是否良好，支持自动自检和手动自检，软件可通过界面系统中自检图标启动漏电自检功能，软件也可以定期在固定时间进行自动巡检，以确保漏保断路器的漏保功能正常；

（5） 實现当前环境亮度检测、人体感应检测与控制灯具的智能空开、调光开关联动，当有顾客在某个区域且光线较暗时，实现该区域自动开灯或调亮灯光；当区域光线较亮时，实现该区域自动关灯或调暗亮度，最终达到智能高效、绿色节能的目标；

（6） 为银行订制开发的物联网平台（包含人机交互界面）需部署在银行的私有服务器端，有持续、良好的稳定性和较强的抗外界干扰能力，能防止数据外泄，并确保数据传输和本地保存的绝对安全。

3 方案介绍

该系统方案由传感器内部网络、智能空开与灯具设备、智能网关与边缘网关、物联网平台等组成。其中，人体感应、调光开关、光照传感器组成传感器内部网，通过无线方式与智能网关进行双向数据传输；智能网关与边缘网关之间和银行私有云服务器之间都通过有线连接，保证数据传输的安全与稳定；智能空开通过RS485有线方式与边缘网关进行数据通信，通过物联网平台或手机App，可以实现查看线路的计量参数和用电情况，也可下发控制指令，如一键分合闸等。具体设备与平台之间的关系拓扑图如图1所示：

关于如何达到银行网点用电节能与智能控制的目标，即实现环境亮度检测、人体感应检测与控制灯具的智能空开、调光开关联动是关键所在。我们规划通过采用传感器与智能网关通过ZigBee无线组网的技术，并通过在物联网平台软件端增加对区域光照度阈值的设置和人体感应信号有无的检测，以及对调光开关的软件远程调节控制，实现当有顾客在某个区域且光线较暗时，自动调节该区域开灯或调亮灯光；当无顾客或区域光线过亮时，自动调节该区域关灯或调暗亮度，从而解决浪费电能和无法联动智能控制的问题。

关于远程控制智能空开的一键分合闸功能，在通过物联网平台软件发出分合闸指令后，需要再读取所有空开的分合闸状态，如果读取到的当前状态与之前发送的控制状态吻合，则表明控制动作成功；如不一致，则可以重发控制指令并再次读取当前状态并核实；如多次发送控制指令并读取当前状态均不一致时，可以通过软件系统提示出错显示可能的原因，告知银行人员尽快排查设备故障原因。

关于智能空开读取用电计量参数的硬件接口，我们采用RS485总线传输方式，该方式传输距离远，抗干扰性强，同时为降低误码率，还可以通过配置适当降低空开设备数据传输波特率的方式，从而确保读取数据到边缘网关的准确与稳定。

关于读取到智能空开的用电计量数据，个别数据可能存在错误或超出合理范围，此时需要软件系统进行对比、核实与过滤，通过一套完整的软件过滤算法，对计量数据进行滤波，既要保证有个别干扰数据时软件系统不进行错误提示和发出错误指令，又要可以区分干扰数据与真实数据，确保软件系统提示信息和发出指令的准确与及时。

4 方案特色与创新

新一代智能化断路器与物联网的融合既体现了智能化断路器数字化全新功能的优势，又为用户提供了极具高性价比和功能优越的整体解决方案[5]。

本方案解决了银行网点采用传统空开和漏保组成电表箱时，无法实时监测、远程控制，且浪费电能、效率低下，发生跳闸故障时不易排查和解决，用电系统存在安全隐患无法预知等问题。

该方案采用物联网技术，改用智能空开和智能漏保设备，通过RS485有线通信方式和Modbus软件通信协议，读取用电计量参数。同时，采用本项目组为银行客户订制研发的物联网平台（包括HMI人机交互界面），部署在银行的私有服务器端，对计量数据进行软件算法分析，远程控制开关闭合，实现环境亮度与灯光设备智能联动。这样既實现了网点用电过程中的省电节电、计量参数实时读取、数据分析显示对比、分合闸一键控制、故障预警报警、本地数据保存等功能，又解决了使用智能空开厂家配套的用电监测App必须经过第三方厂家服务器或第三方设备（如手机，PAD）而造成的数据外泄等不安全因素，实实在在地解决了银行网点用电过程中的痛点和难点，切实满足了银行客户对安全用电、省电节电、高效办公、数据保密等方面的个性化需求。

5 结语

银行网点如采用该智慧用电计量监测与控制系统，可实时监测每个线路的电气计量参数，非常清晰地记录和对比每天、每月、每年的用电量情况，基于数据分析和处理，为银行运维和管理人员提供用电统计参考；在较低客流时段但亮度较强的灯光环境进行自动调节或关闭对应灯光线路，从而实现节能减排，低碳环保的目标。同时支持银行上下班时一键上电、一键断电，即远程分合闸功能，节省时间，提高办公效率。可以预想，如果该系统在全国的银行网点大面积安装和实施后，可大量节省用电量，节省银行运营成本，提高用电安全保障系数。

该方案目前已在中国建设银行北京分行四个支行网点成熟落地实施，运行良好。后续还可以考虑推广应用到其他办公地点和公共场合，如政府机关和事业单位办公楼、学校、医院、大型商场、证券机构等等，形成更大规模的安全、节能、高效的用电监测与控制方式的技术方案变革，将产生更可观的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1] 刘捷，张祥，王梓凡.银行智慧用电系统的设计与应用[J].智能建筑电气技术，2020，14（5）：108-110.

[2] 胡绍兵.国内外智能低压断路器的研究现状与发展趋势[J].煤矿机电，2013（5）：52-54.

[3] 杨望，张钰.当智能银行遇到5G[J].科技与金融，2019（8）：49-51.

[4] 刘林山.泛在电力物联网下配电微型智能断路器技术及应用[J].农村电气化，2020（1）：38-40.

[5] 陈培国，管瑞良，陈平.新一代智能化断路器与物联网技术的融合[J].电器与能效管理技术，2018（21）：10-12，76.

【通联编辑：李雅琪】