用智能化系統(tǒng)管理高校學(xué)生宿舍用電

1、用智能化系統(tǒng)管理高校學(xué)生的宿舍用電鄭明松（福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 福州 350003）內(nèi)容提要：數(shù)字化校園一卡通，應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)，實現(xiàn)高校學(xué)生宿舍電控的智能化管理，改變了大學(xué)生的生活，促進(jìn)了學(xué)校人性化管理與創(chuàng)建安全節(jié)約型校園的工作；從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度看，這種新型管理也符合帕累托（Pareto）改進(jìn)。關(guān)鍵詞： 校園 電控 智能 管理 一、宿舍用電的原先管理方式及弊端以往，高校對學(xué)生宿舍的用電一般采取統(tǒng)一管制。早期靠宿舍管理員的人工手動控制閘刀開關(guān)，以后逐漸發(fā)展為利用“空氣開關(guān)可編程時間控制器接觸器”的定時自動控制，按照學(xué)校作息制度及其它相關(guān)規(guī)定在一定時間段內(nèi)向宿舍供電。在這種情況下，學(xué)生宿舍內(nèi)難免有使用

2、違章電器的事件發(fā)生，并且一度發(fā)展得相當(dāng)普遍和嚴(yán)重。安全工作是宿舍管理的中心工作，學(xué)生宿舍內(nèi)違章用電，一直是學(xué)校宿管安全工作中的突出問題。學(xué)生在宿舍內(nèi)違章用電，不僅浪費(fèi)電能，增加開支，還可能使供電設(shè)備因為過載或短路而造成損壞，影響正常供電。同時違章用電還埋下火災(zāi)和觸電的事故隱患，一旦發(fā)生此類事故，將給學(xué)校和學(xué)生生命和財產(chǎn)造成巨大損失。對于此類事件的頻頻發(fā)生，學(xué)校曾采取加強(qiáng)管理監(jiān)督和加大懲罰力度，以及各宿舍安裝電表，限制用電等措施，但收效甚微。二、智能化管理系統(tǒng)思路的提出在實際管理工作中，管理人員和學(xué)生“用”與“禁”的矛盾相當(dāng)尖銳，我們認(rèn)識到僅靠簡單“堵”和“卡”是不行的，還需要“引”和“導(dǎo)”。隨

3、著時代進(jìn)步，電腦是學(xué)生與外界聯(lián)系溝通、獲取新知識的重要渠道。電腦等電器設(shè)備進(jìn)入宿舍已成為必然趨勢。同時隨著學(xué)生宿舍條件的不斷改善，越來越多的電器，如熱水器、飲水機(jī)等正逐步走進(jìn)學(xué)生宿舍，定額電量已難以滿足不同學(xué)生的不同的用電量要求。這就需要學(xué)生宿舍用電實行開放式管理，以更好地適應(yīng)現(xiàn)代化學(xué)生宿舍的用電需求，建立和諧的人性化的校園宿舍環(huán)境。開放式管理也有多種模式：如采用分散安裝傳統(tǒng)普通電表模式，但需要定期派專人上門抄表催收電費(fèi)，工作量大，而且給供電集中管理帶來很多的不便。如采用眾多的傳統(tǒng)電表集中安放到一個專門的房間實行集中管理模式，則要占用很大的空間，配套的線路比較復(fù)雜，費(fèi)用也比較昂貴，同時仍需派專

4、人催收電費(fèi)。2004年福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院在對學(xué)生宿舍用電管理進(jìn)行充分詳實的調(diào)研的基礎(chǔ)上，為了從根本上解決這個兩難的問題，在學(xué)院數(shù)字化校園建設(shè)的平臺上，利用學(xué)院的信息技術(shù)優(yōu)勢，調(diào)集精兵強(qiáng)將，成立校園一卡通工作小組，本人有幸成為其中一員，參與了集餐飲、水控、電控、門禁、考勤、機(jī)房管理等多項功能的校園一卡通管理系統(tǒng)的建設(shè)全過程，并主持了電控、水控、餐飲子系統(tǒng)的實施。三、校園一卡通系統(tǒng)的構(gòu)成及運(yùn)作學(xué)校是個小社會，師生員工在日常生活中，有大量的經(jīng)濟(jì)活動。隨著校園的數(shù)字化、信息化建設(shè)的逐步深入，校園內(nèi)的各種信息資源整合已經(jīng)進(jìn)入全面規(guī)劃和實施階段。所謂“校園一卡通”即在學(xué)校內(nèi)，凡有現(xiàn)金、票證或需要識別身份

5、的場合均采用一張智能IC卡來完成。此種管理模式代替了傳統(tǒng)的消費(fèi)管理模式，為學(xué)校的管理帶來了高效、方便與安全。一卡通系統(tǒng)是數(shù)字化校園建設(shè)的重要組成部分，是為校園信息化提供信息采集與管理的基礎(chǔ)工程之一。校園一卡通系統(tǒng)最根本的特征是“信息共享、集中控制”，因此系統(tǒng)的設(shè)計不應(yīng)是各單個功能的簡單組合，而是從統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺、統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)一的身份認(rèn)證體系、數(shù)據(jù)傳輸安全、各類管理系統(tǒng)接口、異常處理等諸方面綜合考慮，統(tǒng)一設(shè)計。通過這樣的有機(jī)結(jié)合，可以避免重復(fù)投入，提高建設(shè)進(jìn)度，為系統(tǒng)間的資源共享打下基礎(chǔ)。同時還使各管理系統(tǒng)，各讀卡終端設(shè)備綜合性能的智能化達(dá)到最佳狀態(tài)。一卡通系統(tǒng)在NET架構(gòu)下建立基于WEB的多層

6、架構(gòu)，通過基于WEB的全方位應(yīng)用，無縫接入數(shù)字化校園。同時基于WEB的多層架構(gòu)，使用中間技術(shù)將中心數(shù)據(jù)庫和具體的應(yīng)用程序分離，提供了一個易于擴(kuò)展的業(yè)務(wù)架構(gòu)，可以更好的、更合理的規(guī)劃業(yè)務(wù)流和數(shù)據(jù)流，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，數(shù)據(jù)實時性能優(yōu)越，可維護(hù)性強(qiáng)。圖1為一卡通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。一卡通系統(tǒng)的構(gòu)成主要有：（一）系統(tǒng)支撐平臺1.中心服務(wù)器選用Unix小型機(jī)或高性能的企業(yè)級服務(wù)器，操作系統(tǒng)選用Unix，中心數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)選用Oracle 9i；主要負(fù)責(zé)一卡通中心數(shù)據(jù)庫的存儲、更新、備份、維護(hù)等。圖1 一卡通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.應(yīng)用服務(wù)器選用工作組級服務(wù)器。主要負(fù)責(zé)校園一卡通系統(tǒng)的日常工作，如一卡通系統(tǒng)平臺中的管理

7、中心對系統(tǒng)基礎(chǔ)信息的管理、維護(hù)，各子系統(tǒng)的管理、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控及安全管理等。負(fù)責(zé)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的同步與安全事務(wù)的處理，應(yīng)用服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸。3.專用網(wǎng)控器24小時連續(xù)運(yùn)行，無人值守，實時監(jiān)控各種RS-485通訊協(xié)議的校園卡機(jī)具（包含消費(fèi)、身份識別兩大類），通過校園網(wǎng)與中心數(shù)據(jù)庫連接，保持?jǐn)?shù)據(jù)同步，可靠保障對終端機(jī)的實時監(jiān)控工作，配備128M以上內(nèi)存，硬盤存儲空間應(yīng)大于2000M。其他工作站選用標(biāo)準(zhǔn)商用微機(jī)。（二）系統(tǒng)應(yīng)用框架系統(tǒng)應(yīng)用軟件采用三層架構(gòu)設(shè)計，充分考慮規(guī)范化和模塊化，技術(shù)實現(xiàn)的合理性和業(yè)務(wù)劃分的范圍，注意將業(yè)務(wù)流程和組織機(jī)構(gòu)分離，使系統(tǒng)不致因業(yè)務(wù)部門的組織結(jié)構(gòu)變化而作很大的修改。同

8、時要求在進(jìn)行軟件開發(fā)時，應(yīng)用程序必須規(guī)范化、模塊化和可復(fù)用。圖2為三層架構(gòu)示意圖。 圖2 三層架構(gòu)示意圖（三）一卡通的軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)由綜合業(yè)務(wù)平臺和應(yīng)用子系統(tǒng)兩大部分組成。1.一卡通系統(tǒng)平臺1.1 中心管理平臺 對校園卡進(jìn)行制作發(fā)行、掛失/解掛、凍結(jié)/解凍、充值、黑名單管理等操作；對校園一卡通系統(tǒng)中的各應(yīng)用模塊、子系統(tǒng)的注冊、管理，各個子系統(tǒng)重要參數(shù)設(shè)定；設(shè)置管理人員，職責(zé)定義，權(quán)限設(shè)置；工作區(qū)域設(shè)置、管理、分派、指定；校園一卡通系統(tǒng)中的財務(wù)、資金等業(yè)務(wù)的管理。 1.2 中心服務(wù)平臺 負(fù)責(zé)網(wǎng)上查詢、語音查詢、領(lǐng)導(dǎo)查詢等服務(wù)。 2. 各應(yīng)用子系統(tǒng) 2.1負(fù)責(zé)本子系統(tǒng)和業(yè)務(wù)事務(wù)處理，主要分為電子

9、錢包類應(yīng)用、身份識別類應(yīng)用和銀行轉(zhuǎn)賬應(yīng)用。2.2 校園卡圈存業(yè)務(wù) 負(fù)責(zé)與銀行系統(tǒng)的連接，同時管理、監(jiān)控各個自助轉(zhuǎn)帳終端，代理自助、自動兩種方式的實時轉(zhuǎn)帳業(yè)務(wù)。四、智能電控管理系統(tǒng)的安裝及調(diào)試電控管理系統(tǒng)作為校園一卡通系統(tǒng)的子系統(tǒng)，應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)，實現(xiàn)高校學(xué)生宿舍電控的智能化管理。該系統(tǒng)的安裝使安全用電和合理開放用電之間找到了很好的結(jié)合點，既體現(xiàn)學(xué)生的主體地位又提高用電的安全性。圖3為智能電控管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（485通訊型）圖3 智能電控管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（485通訊型）智能電控管理系統(tǒng)主要由一臺主控計算機(jī)、若干臺管理機(jī)、集中式供電控制機(jī)柜（采用單片機(jī)模塊化控制）、控制管理軟件及通訊網(wǎng)絡(luò)組成。每臺管理

10、機(jī)作為一個測控站，通過單片機(jī)模塊化控制的方式，對若干個用戶進(jìn)行用電的控制管理，從而形成一個計算機(jī)集散測控系統(tǒng)，供電控制機(jī)柜實現(xiàn)對多棟宿舍的數(shù)千個房間用電的控制和智能化管理。系統(tǒng)配置：硬件：由管理機(jī)、自助購電機(jī)、單元計量模塊板、數(shù)據(jù)采集板組成；軟件：由房間信息管理、綜合查詢分析、系統(tǒng)維護(hù)三大模塊組成。圖4為集中式智能供電控制柜外形圖，與常見的低壓開關(guān)柜一樣要求符合國家電力規(guī)范的產(chǎn)品圖4 集中式智能供電控制柜外形圖標(biāo)準(zhǔn)，但智能供電控制柜實現(xiàn)強(qiáng)弱電分離，避免互相干擾，使計量精度更準(zhǔn)確、散熱效果更好。單元計量板、數(shù)據(jù)采集板即插即用，便于安裝維修。單元主電路相（L）線串接小型斷路器，單路最大輸出電流20

11、A / 40A (可選)，與常見照明箱電路配置無異，用于宿舍單元的控制和過載、短路保護(hù)。智能控電管理系統(tǒng)，實行以每間宿舍為用電計量核算單元，涉及學(xué)生宿舍舊供電線路改造配套，裝有熱水器的宿舍要有兩根火線(其中一根火線控制宿舍照明與插座電路，另一根控制宿舍熱水器電路)、一根零線進(jìn)智能機(jī)柜，線路到達(dá)機(jī)柜底座預(yù)留2米，以便接線。電腦和供電控制柜是相互獨(dú)立的兩個工作單元。電腦采集智能供電控制柜的用電數(shù)據(jù)并發(fā)送控制指令。智能供電控制柜在電腦不正常或關(guān)機(jī)后仍能夠單獨(dú)工作，正確完成對各分路電量的計量，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)掉電保護(hù)。可實現(xiàn)統(tǒng)計查詢每個學(xué)生宿舍的電量、電費(fèi)，還可以實現(xiàn)在學(xué)生宿舍用電管理中預(yù)存電費(fèi)。 （一）安

12、裝施工基本要求安裝工程布線應(yīng)符合國家頒發(fā)的“電氣裝置工程施工及驗收規(guī)范”有關(guān)規(guī)定。設(shè)計方案中應(yīng)對以下要求作詳細(xì)回應(yīng)。1在管內(nèi)或線槽內(nèi)的穿線，應(yīng)在建筑抹灰及地面工程結(jié)束后進(jìn)行。在穿線前，應(yīng)將管內(nèi)或線槽內(nèi)的積水及雜物清除干凈。2不同系統(tǒng)不同電壓等級不同電流類別的線路，不應(yīng)穿在同一管內(nèi)或線槽同一槽孔內(nèi)。3導(dǎo)線在管內(nèi)或線槽內(nèi)，不應(yīng)有接頭或扭結(jié)。導(dǎo)線的接頭，應(yīng)在接線盒內(nèi)焊接或用端子連接。(小截面系統(tǒng)連接可以絞接，絞接匝數(shù)應(yīng)在五匝以上，然后搪錫，用絕緣帶包扎。4管線經(jīng)過建筑物的變形縫（包括沉降縫伸縮縫抗震縫等）處，應(yīng)采取補(bǔ)償措施，導(dǎo)線跨越變形縫的兩側(cè)應(yīng)固定，并留有適當(dāng)余量。5接線端子箱內(nèi)的端子宜選擇壓接或

13、帶錫焊接點的端子板，其接線端子上應(yīng)有相應(yīng)的標(biāo)號。6自助購電POS機(jī)等應(yīng)安裝牢固，不得傾斜，并應(yīng)有明顯標(biāo)志。安裝在輕質(zhì)隔墻上，應(yīng)采取加固措施。7電纜或電線應(yīng)符合下列規(guī)定：配線應(yīng)整齊避免交叉，并應(yīng)固定牢固；電纜芯線和所配導(dǎo)線的頭部均應(yīng)標(biāo)明編號，并與圖紙及單元號一致，字跡清晰，不易褪色；端子板與每個接線端，接線不得超過二根；電纜芯和導(dǎo)線應(yīng)留有不小于20cm 余量；導(dǎo)線應(yīng)綁扎成束；導(dǎo)線引入線穿線后，在進(jìn)線管處應(yīng)封堵。8自助購電POS機(jī)等的主電源引入線應(yīng)直接與電源連接，嚴(yán)禁用電源插頭，主電源應(yīng)有明顯標(biāo)志。9自助購電POS機(jī)等的接地牢固，并有明顯標(biāo)志。（二）調(diào)試1調(diào)試前應(yīng)檢查接地并測量接地電阻值并做好記錄

14、。2按施工布線圖對各回路進(jìn)行校驗、檢查以確保接續(xù)正確良好編號無誤。3按設(shè)計圖紙及產(chǎn)品說明要求及相關(guān)規(guī)范要求，逐個逐項接通調(diào)試，以確保系統(tǒng)符合設(shè)計及有關(guān)規(guī)范要求。提供完整的系統(tǒng)測試報告和文字說明。（三）竣工系統(tǒng)竣工時，施工單位至少應(yīng)提交下列文件：1完整竣工圖（含設(shè)計說明、平面圖系統(tǒng)圖安裝大樣及設(shè)備材料清單等）；2設(shè)計變更文字記錄；3施工記錄（包括隱蔽工程驗收記錄）；4調(diào)試檢驗記錄，完整的試驗和試運(yùn)轉(zhuǎn)報告；5完整的產(chǎn)品說明書，維護(hù)及操作手冊與產(chǎn)品資料；6竣工報告。提交系統(tǒng)竣工報告的所有文檔，并完成功能測試后，組織驗收。（四）系統(tǒng)特點、使用方法圖5為購電示意圖 用戶 自助購電POS 管理機(jī) 控電中心

15、 學(xué)生宿舍圖5 購電示意圖1.自助購電 當(dāng)用戶需要購買電量時，可自己隨時持卡在自助購電POS上買電，管理機(jī)接到購電信息后立即累加到用戶數(shù)據(jù)庫供用戶使用。2.預(yù)收費(fèi) 預(yù)存電費(fèi)，實現(xiàn)用前收費(fèi)，同時可免去人工抄表、人工收費(fèi)等繁瑣工作，管理更為方便、輕松。 3.軟件系統(tǒng)功能強(qiáng)大軟件設(shè)計充分考慮用戶的實際使用情況，功能豐富、操作簡單，可打印多種統(tǒng)計報表。 4.數(shù)據(jù)安全性高 數(shù)據(jù)庫采用SQL Server數(shù)據(jù)庫，運(yùn)行穩(wěn)定、安全性高、擴(kuò)展性強(qiáng)，非操作人員無法隨意更改，保證數(shù)據(jù)安全。五、系統(tǒng)運(yùn)行情況及今后改善的方向2005年10月學(xué)院智能用電管理系統(tǒng)一期項目完工，系統(tǒng)開始運(yùn)行，使用情況正常，達(dá)到預(yù)期目的?，F(xiàn)正

16、進(jìn)一步擴(kuò)展和改進(jìn)系統(tǒng)功能：1.樓道、走廊公共照明控制采用電子式全波、半波控制方式，節(jié)約公共照明部分的電能。2.故障診斷系統(tǒng)在采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)的同時，對現(xiàn)場系統(tǒng)的工作情況進(jìn)行自我診斷，一旦出現(xiàn)某一用戶電能計量設(shè)備出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)將顯示或打印出該用戶單元號，提示維護(hù)人員進(jìn)行修理。3.網(wǎng)絡(luò)管理及擴(kuò)展空間目前可通過裝在宿舍樓的查詢機(jī)查詢，逐步擴(kuò)展，通過學(xué)院校園內(nèi)的局域網(wǎng)，上網(wǎng)了解用電情況信息。六、應(yīng)用智能化管理系統(tǒng)后的思考1.科技改變生活“智能用電管理系統(tǒng)” 采用計算機(jī)控制方式，智能而合理地管理用電情況，集電能計量、收費(fèi)管理、用電過程管理為一體，計量精度高，適合高校學(xué)生宿舍特點及多種性能，同時完善的管理及

17、統(tǒng)計功能，徹底改變傳統(tǒng)的手工抄表、收費(fèi)方式，大大減少后勤管理的工作量，可以滿足學(xué)生用電需求的多樣化的要求，更加安全可靠，符合現(xiàn)代管理日益人性化、智能化、科學(xué)化的發(fā)展潮流，是解決高校學(xué)生宿舍用電管理難的理想方案。也有利于堅持以人為本，努力構(gòu)建和諧校園，貫徹落實國務(wù)院的建設(shè)節(jié)約型社會精神。2.經(jīng)濟(jì)學(xué)角度分析：帕累托(Pareto)改進(jìn)學(xué)院一卡通智能控電管理系統(tǒng)安裝完成，從2005年10月1日起實施定額管理，按月結(jié)算，超額繳費(fèi)，超出部分按照福州市居民用電收費(fèi)價格標(biāo)準(zhǔn)收取電費(fèi)。宿舍用電計量收費(fèi)一方面是為了培養(yǎng)同學(xué)們的節(jié)約意識，另一方面也是為了安全考慮，學(xué)院希望以此控制同學(xué)們對違規(guī)電器的使用。 系統(tǒng)運(yùn)行

18、后，學(xué)院取消了夜間拉閘限電，全天向?qū)W生供電。正如預(yù)期的那樣，違章用電的現(xiàn)象也比以前少了很多。前后兩種狀況的鮮明對比，引發(fā)思考。若從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度來分析，其中蘊(yùn)涵了一個簡單而深刻的道理，即所謂的帕累托(Pareto)改進(jìn)。上述例子中的學(xué)生和學(xué)校作為兩個獨(dú)立的行為決策主體，假定他們雙方都是理性的，即力圖以最小的經(jīng)濟(jì)代價去追逐和獲得自身的最大經(jīng)濟(jì)利益。當(dāng)然，不排除個別學(xué)生有非理性的行為發(fā)生，但這只是少數(shù)，并不具有代表性。作為學(xué)校，系統(tǒng)投入以前，為了維持校園正常的學(xué)習(xí)生活秩序，保證學(xué)生的生命財產(chǎn)安全，所付出的代價，即成本，可劃分為如下幾個部分：（1）學(xué)生宿舍管理人員、保衛(wèi)人員的工資，保證有足夠的人力進(jìn)行檢

19、查監(jiān)督，消除安全隱患。（2）發(fā)生事故后的有形資產(chǎn)損失，包括宿舍樓、公共物品和學(xué)生私人物品等。（3）發(fā)生事故后的無形資產(chǎn)損失，這主要指學(xué)校的聲譽(yù)。這一點也不可忽視，一次大的火災(zāi)事故對學(xué)校的影響是非常惡劣的。系統(tǒng)投入之后，成本構(gòu)成發(fā)生了變化：（1）購置智能控電系統(tǒng)的花費(fèi)與學(xué)生宿舍供電線路的規(guī)范化整改，其投資費(fèi)用相當(dāng)可觀。但相應(yīng)減少了定量定額外的電費(fèi)支出。（2）智能控電系統(tǒng)的管理、維護(hù)，一卡通收費(fèi)處工作人員的工資等。（3）宿舍管理人員、保衛(wèi)人員的工資。這一條相對于改進(jìn)前有所降低。通過分析可以看出，系統(tǒng)投入實施成本小于改進(jìn)前的成本投入，這一改進(jìn)對學(xué)校是有利的。實施用水用電定額管理，有利于培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)儉

20、意識，用經(jīng)濟(jì)手段去制約浪費(fèi)行為，切實降低學(xué)校教育成本，提高辦學(xué)效益。再來分析一下學(xué)生。系統(tǒng)投入前，學(xué)生的用電成本包括：（1）一次性支付給校方的電費(fèi)(住宿費(fèi)中)。（2）電器的購置費(fèi)（包括違章和非違章）。（3）出現(xiàn)意外事故的風(fēng)險損失，包括罰款、處分等。系統(tǒng)投入后，用電成本構(gòu)成發(fā)生了變化：（1）分次交付的額外電費(fèi)（據(jù)統(tǒng)計：學(xué)院2006年收回學(xué)生定額外的電費(fèi)共389265元）。（2）電器購置費(fèi)，這一項比以前減少了。（3）用電不均造成宿舍內(nèi)矛盾的精神損失。大家要平攤額外的電費(fèi)，而大功率違章電器的使用不均會引起同學(xué)之間的矛盾。（4）出現(xiàn)意外事故的風(fēng)險損失。對于學(xué)生而言，必須明白用電的定量定額原則上只是確?；旧钣秒?。對于在宿舍使用電腦、熱水器、飲水機(jī)等電器不在核算范圍內(nèi)，是因為這些電器都是學(xué)生為了提高自身學(xué)習(xí)、生活質(zhì)量而使用的，需要自費(fèi)交納，學(xué)校不再買單。按照“誰受益誰付費(fèi)” 的原則，樹立有償使用的觀念。若在系統(tǒng)投入運(yùn)行后仍大量違章用電，學(xué)生的使用成本是很高的。作為一個精明的經(jīng)濟(jì)人，他自然會選擇少用或不用違章電器。學(xué)校提供的便利生活條件也不會使他們因此感到效用的大打折扣。智能控電管理系統(tǒng)，實行以每間宿舍為用電計量核算單位，超額用電費(fèi)