劉丹
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:為了更好地保障學(xué)生宿舍用電安全,減少用電事故的發(fā)生,利用工控技術(shù),把PLC、觸摸屏和電參數(shù)采集模塊通過通信協(xié)議組合在一起,搭建了安全用電系統(tǒng)。該系統(tǒng)對學(xué)生宿舍的用電狀況、惡性發(fā)熱電器等進行監(jiān)控和管理,能夠及時發(fā)現(xiàn)并處理過載、短路及惡性負載接入等異常情況,并具備用電量計量功能。
關(guān)鍵詞:安全用電;PLC;觸摸屏;惡性負載
0引言
空調(diào)、洗衣機、電熱水器等大功率用電器的使用,給我們的生產(chǎn)、生活帶來了極大的便利,但使用這些設(shè)備會存在大電流、發(fā)熱等問題,特別是電吹風(fēng)、熱得快、電飯鍋等發(fā)熱設(shè)備,使用不當(dāng)很容易造成安全事故。對于人員較為集中的學(xué)生宿舍來說,安全用電尤為重要。雖然各個學(xué)校都有相關(guān)規(guī)章制度禁止在宿舍內(nèi)使用大功率、發(fā)熱量大的用電器,但屢禁不止,用電安全事故時有發(fā)生。安全重于泰山,我們不僅僅要做好學(xué)生的用電安全教育,還要有監(jiān)督、發(fā)現(xiàn)、處理安全用電隱患的能力,把隱患消滅在萌芽狀態(tài)。本裝置就是為了保障學(xué)生宿舍用電安全而研發(fā)設(shè)計的。
1 硬件系統(tǒng)設(shè)計
學(xué)生宿舍用電設(shè)備主要為電飯鍋、熱得快、電磁爐、電吹風(fēng)等一些電熱器具,這些電器使用不當(dāng)很容易引起安全事故,引發(fā)火災(zāi),后果不堪設(shè)想。安全用電保障裝置的設(shè)計要求為:能識別大功率電器,比如800W 以上的用電器禁止使用;能夠識別小功率的電熱設(shè)備;能夠準確報警切斷故障電源;能夠?qū)崟r顯示各路電壓、電流、功率等參數(shù);能夠計量用電量。
1.1系統(tǒng)框圖
根據(jù)功能進行分析設(shè)計,系統(tǒng)框圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖
1.2 各模塊說明
1.2.1信息采集模塊
信息采集的主要任務(wù)是采集用電負載的電參量,包括電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。從設(shè)計成本、穩(wěn)定性等綜合考慮,選用了深圳市健思科技有限公司研制的6路互感式計量模塊,型號為JSY-MK-141。該模塊能夠監(jiān)測6路用電負載,分別完成各路電能的采集、監(jiān)測及數(shù)據(jù)傳輸,準確測量每一路的交流電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、用電量等電參數(shù),測量精度達到0.1級,提供一路RS485通信接口,具有很高的性價比。MODBUS-RTU通信協(xié)議規(guī)約見表1。
表1 MODBUS-RTU規(guī)約
負載單相輸入220V、互感器檢測電流50A,模塊供電24V,符合設(shè)計要求指標(biāo)。MODBUS-RTU通信規(guī)約實例:讀多路寄存器的數(shù)據(jù),功能碼為0X03。例:主機要讀取的地址為01H、開始地址為0048H的2個從機寄存器數(shù)據(jù)。
1.2.2人機界面
人機界面能夠?qū)崿F(xiàn)信息的內(nèi)部形式與用戶可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。人機界面在本裝置中的作用有:實時顯示電流、電壓、用電量、功率因數(shù)等電參量,控制處理器和信息采集模塊;在用戶違規(guī)使用電熱器具或者大功率用電器時,及時報警提醒管理人員??紤]人機交互的可操作性、實用性和經(jīng)濟性原則,選用步科eView ET100工業(yè)型人機界面。該屏為10.1英寸、分辨率1024×60像素的4線電阻觸摸屏,額定電壓24V,功率5.3W,并帶有節(jié)能保護功能,支持 MODBUS-RS通信規(guī)約的PLC、單片機通信,組態(tài)軟件功能,系統(tǒng)參數(shù)、固件更新、觸控校準方便,性價比高。該觸摸屏通過RS232、RS485 串口分別與處理器、信息采集模塊通信,并讀取、顯示各路負載的用電參量,同時獲取屏幕的觸摸事件,把相應(yīng)的信號回傳給處理器。
1.2.3 處理器
處理器作為從機,與觸摸屏進行數(shù)據(jù)通信,處理相關(guān)的數(shù)據(jù)運算和邏輯判斷,并根據(jù)觸摸事件信息及運算結(jié)果控制各路負載的電源通斷。根據(jù)設(shè)計要求,需要控制6路負載的電源,故選用三菱FX3SA-20MT作為處理器。該處理器集CPU、電源、輸入輸出為一體,工作可靠,性價比高。
1.2.4 開關(guān)電源模塊
根據(jù)各模塊設(shè)備的用電參數(shù),信息采集器供電電源為9~24V、觸摸屏和處理器PLC供電電源均為24V。市場上有大量的開關(guān)電源,技術(shù)很成熟,不需自己開發(fā)設(shè)計??紤]到各模塊的功耗都不大,故選用24V、25W的開關(guān)電源。
2系統(tǒng)接線圖
系統(tǒng)接線圖如圖2所示。受通信端口限制,需自制通信線纜。由于PLC每個端口只能通過2A電流,且頻繁通斷負載電源容易損壞PLC端口,故在PLC輸出端口擴展了繼電器模塊。
圖2 系統(tǒng)接線圖
3工作原理及過程
3.1 監(jiān)控模式
數(shù)據(jù)采集模塊采集電參量(電壓、電流、用電量、功率),觸摸屏通過RS485 串口與之通信,以MODBUS協(xié)議的數(shù)據(jù)格式讀取相關(guān)數(shù)據(jù),并通過RS232串口與PLC通信,通過運算找到相應(yīng)數(shù)據(jù),送至對應(yīng)的存儲器中,由觸摸屏實時顯示出來。宿舍管理員就可以知道宿舍的用電情況,并在觸摸屏上操作,斷開或接通學(xué)生宿舍的電源。
3.2惡性負載的識別
該裝置需要識別大功率電器和發(fā)熱電器這類惡性負載。當(dāng)檢測到惡性負載時,在很短的時間內(nèi)給予斷電,經(jīng)過一段時間后再送電,并再次檢測惡性負載是否存在。若該宿舍發(fā)現(xiàn)3 次使用惡性負載,則斷開電源并記錄事件、報警。斷電后,只有通過宿舍管理員才能恢復(fù)供電。
3.2.1大功率負載的識別
宿舍中常用的大功率用電器有電水壺、電飯鍋(800W以上的)、熱得快等。為發(fā)現(xiàn)這些大功率電器,只需在觸摸屏中設(shè)置該線路的功率、電流(發(fā)生短路時電流急劇增加),把該數(shù)據(jù)保存到存儲器中。當(dāng)某一宿舍功率、電流超出預(yù)設(shè)范圍時,系統(tǒng)發(fā)出報警信號,同時切斷對應(yīng)線路的電源,并更新觸摸屏頁面監(jiān)控狀態(tài)。宿舍管理員通過屏幕就能知道哪個宿舍在使用大功率電器,可以迅速趕往事故點進行評批教育。
3.2.2小功率發(fā)熱器件的識別
對于一些小功率發(fā)熱用電器,如電吹風(fēng)、電熱毯、電烙鐵、小功率電飯鍋等,如果使用不當(dāng)(比如忘記關(guān)電吹風(fēng)、電熱毯等),長時間發(fā)熱也會引起火災(zāi)等重大安全事故,因此對這些小功率電器也不能忽視。我們對部分電器的電參數(shù)進行了測試,詳見表2。
表2部分電器電參數(shù)測試數(shù)據(jù)
對于大功率惡性負載,從功率上很容易發(fā)現(xiàn)處理。對于小功率的發(fā)熱電器,如電吹風(fēng)(高擋)、小功率的電飯鍋、電熱毯等,它們工作時功率因數(shù)都很高,差不多為1,我們只需要根據(jù)功率因數(shù)就可以判別。而電吹風(fēng)(低擋)工作時,功率為121W,功率因數(shù)為0.815;臺式電腦功率因數(shù)為0. 89左右,每增加1臺電腦時,功率增加60W,功率因數(shù)基本不變。只按照功率因數(shù)判斷,容易誤判臺式電腦為惡性負載。解決方法:設(shè)定功率單次增加80W 以上(電吹風(fēng)低檔位),同時功率因數(shù)大于0.8為惡性負載;功率單次增加小于80W(臺式電腦),同時功率因數(shù)大于0.93為惡性負載。通過這樣的程序設(shè)置,就可以把臺式電腦和電吹風(fēng)(低擋)區(qū)分開來。實驗證明該方法可靠可行。
3.3 用電量計量功能
采集系統(tǒng)采集線路中的用電量信息并存儲于內(nèi)存,PLC讀取該信息,并將用電量累加,存儲在存儲器中,每個月的用電量乘以單價,就是宿舍的電費??梢圆捎妙A(yù)繳模式,通過觸摸屏把宿舍預(yù)存電量輸入系統(tǒng),預(yù)存的用電量與實時的用電量進行運算,當(dāng)相減為0時,自動切斷電源,并顯示出是哪個宿舍,提醒宿舍人員繳費。
4 制作測試步驟
(1)按接線圖搭建硬件電路,并通電測試觸摸屏、PLC、采集器供電是否正常,若不正常,用萬用表逐步檢查,直至排除故障。
(2)利用組態(tài)軟件,對觸摸屏進行組態(tài)、編輯,設(shè)置相應(yīng)的開關(guān)、文本屬性,無誤后下載到觸摸屏中(組態(tài)方法見使用手冊)。
(3)觸摸屏與采集器通信測試,設(shè)置通信端口,編寫相關(guān)程序,讀取采集器數(shù)據(jù),進行計算處理,顯示出來。
(4)觸摸屏與PLC通信測試,編寫PLC程序,進行整機聯(lián)調(diào),完成相關(guān)的功能測試。
5安科瑞AcrelCloud-3200預(yù)付費水電云平臺
5.1 系統(tǒng)方案
系統(tǒng)為B/S架構(gòu),主要包括前端管理網(wǎng)站和后臺集抄服務(wù),配合公司的預(yù)付費電表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用戶計量箱ADF300L系列,實現(xiàn)電能計量和電費管理等功能。另外可以選配遠傳閥控水表組成水電一體預(yù)付費系統(tǒng),達到先交費后用水的目的,剩余水量用完自動關(guān)閥。
5.2 系統(tǒng)功能
AcrelCloud-3200預(yù)付費水電云平臺由云平臺-網(wǎng)關(guān)-預(yù)付費電能表組成,通過通信網(wǎng)絡(luò)完成系統(tǒng)到表的充值、查詢、監(jiān)控、控制及短信報警等功能。
本系統(tǒng)適用于一些大集團和大物業(yè),往往需要將多個物業(yè)環(huán)境、分散于各地的物業(yè)集中式收費和管理,面臨著數(shù)據(jù)公網(wǎng)傳輸,財務(wù)操作分散,在線支付,總部財務(wù)扎口等復(fù)雜的需求。
遠程集中抄表:抄表信息通過網(wǎng)關(guān)實時上傳到云平臺,快速便捷,免去人工抄表 。
水表預(yù)付費:可是查看某區(qū)域水表的實時狀態(tài)信息,并可以進行單表或批量設(shè)置水價控閥等操作。
遠程售電:財務(wù)集中管理,電量實時下發(fā),并比對充值次數(shù),方便快捷。
能耗分析:用戶和管理員都可查詢預(yù)付費表或管控表每天的用能狀況;可提供能耗分析+財務(wù)軌跡一體式綜合管理報表,包含用戶表的能耗、財務(wù)數(shù)據(jù)、能耗和財務(wù)的期初期末值等數(shù)據(jù)。
在線支付:商戶可以通過小程序或者微信公眾號實現(xiàn)在線自助充值水電費,也可以實時關(guān)注商鋪用水用電情況。
短信提醒:金額不足或金額欠費提醒、電表充值到賬提醒,都可及時短信通知商戶。
遠程控制:可對任意一塊電表執(zhí)行遠程拉閘或保電等一系列遠程控制操作,方便管理。
5.3 產(chǎn)品選型
6結(jié)束語
該系統(tǒng)方案,通過實物試制、測試達到了設(shè)計要求,并具有以下特點:簡潔性:不用復(fù)雜的布線方式,不用每個宿舍都安裝一個電表,一個采集器可以采集多個宿舍的用電情況,節(jié)約成本,節(jié)省安裝空間,易于集中管理控制。智能性:普通電表出現(xiàn)過載、短路現(xiàn)象,若不能及時發(fā)現(xiàn),就會燒毀熔斷器或者發(fā)生其他安全事故。本方案可以及時發(fā)現(xiàn)并切斷電源,同時報警提醒宿舍管理員對相關(guān)宿舍人員進行批評教育。多功能性:具備電表的用電量計量功能,并能算出實際用電費用。系統(tǒng)能夠存儲預(yù)繳電費,并按用電量自動扣減,當(dāng)剩余用電量等于0度時,自動切斷電源。相對于買卡充電,成本低,管理容易。該系統(tǒng)不需要復(fù)雜的技術(shù)支持,讀電、充電、斷電操作簡單便捷。隨著生活水平的提高,很多宿舍都安裝了空調(diào),空調(diào)都采用單獨布線,專線控制,集中管理。若要對空調(diào)進行控制及計費,該系統(tǒng)也是可行的,只需設(shè)定功率范圍,即可進行控制。
【參考文獻】
[1]苗鵬,陳燕鳳,謝文波.學(xué)生宿舍安全用電系統(tǒng)的設(shè)計
[2]朱向東,石劍榮.學(xué)生宿舍火災(zāi)事故樹分析[J].安全與環(huán)境工程,2009,16(1):78-80.
[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06
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