后勤信息化丨高校智慧电控实现节能提效

智慧后勤是高校后勤信息化发展的全新阶段，也是智慧城市、智慧校园在后勤服务中的必然延伸。

所谓高校智慧后勤，本质是后勤业务流程及服务方式与现有软硬件资源的融合与优化，其核心内容是利用技术手段，创新、高效、智能地实现管理，其终极目标是追求后勤管理服务效率、质量与师生的需求高度契合，继而为全校师生的教学、科研、学习活动创造全时空、全事务、全服务、全保障的学习生活环境，这也是全面推动后勤管理水平与服务能力的持续变革、发展的过程。

用电管理的痛点问题

目前，高校学生宿舍用电大多采用统一管控制度，通过定时熄灯保证青年学生按时就寝和身体健康。技术上通过改造宿舍照明电路，利用“可编程时间控制器+交流接触器”的定时自动控制方式进行常态管理，在特殊节假日期间结合人工控制，按照学校作息时间制度在规定时间内合闸，拉闸。

校园路灯是采用时间控制器的典型，一年中通常只在夏季和秋季做两次时间调整。虽然师生可能习惯了早晨提前的熄灯和夜幕降临姗姗来迟的亮灯，但提前亮灯和推迟熄灯也积少成多地造成了电力资源浪费，更不用说阴雨天气对照明的迫切需求。

时间控制器是一个非联网设备，遇节假日及临时停送电就需要人工逐台调整，工作繁琐重复，日常运行状态也不能检测，对于发生故障的时控器往往被动知晓。

经过市场调查，有网络版时控器和云平台网络时控器，但这些产品与高校的运维管理规律并不契合。网络版时控器不满足一个控制器管理多个控制端口，不具备节假日时间策略，夏冬季作息时间自定义，与校园信息化集成无开放性接口，管理平台也多为孤立的管理系统，缺乏与其他系统集成、共享的开放性。云平台网络时控器管理通过云平台管理，符合SaaS的理念，但电控权限和系统数据暴露于互联网，安全方面的存在隐患。

电控管理设计

为解决现有控制器在监测、节能、远程控制等方面存在的不足，学校结合物联网技术可实现特性，重新对宿舍电控管理时控器进行了设计。

该控制器不再仅基于固定时间设定这一个维度，而是整合亮度监测，学校校历，夏冬令作息时间等多维度数据，通过校园网接入到远程管理，通过联网系统对光照度、作息时间、节假日等控制措施进行策略化配置，实现精细化管理，减少不必要的电能浪费。

同时，传感器可对照明线路工作状态进行远程监测，将有限的人力释放，提高运维检修的效率，使人员管理和事务管理有效性进一步提升。

图1 时间控制器组网运营示意

新设计的时间控制器由控制模块、远程管理模块、光照度监测模块、线路工况监测模块组成。基于物联网的时间控制器，具有2回路和8回路控制端口和本地常开按钮。按周进行时间段控制循环，每天可以设置10组开关时段，具有节假日策略及寒暑假策略，开放数据接口对接学校校历。

通过后台管理配置设备名称、网络、时间段等配置项。光照亮度由数字光照强度传感器采集。当光照强度信息传入系统后，通过各控制器回路预设的阈值进行比较，根据设备分组和属性的不同进行差异化判断是否需要开启线路，从而实现在人控、时控的基础上实现精细控制。

时间控制器的硬件采用硬看门狗单片机设计，确保硬件长时间稳定运行。2路控制与8路控制分别解决不同应用场景需求，终端可选客户端模式与服务端模式，解决不同联网方式应用。面板控制按键，液晶显示屏轮询显示亮度、定时策略、电流电压等摘要信息，设备开关，网络通讯模块兼顾IPv4/IPv6双协议栈及无线网络802.11g/ac/n的接入，保留有线网络接入提供poe供电的特性，扩展接口提供485通讯接口，为接入其他传感设备保留能力。

软件平台基于B/S架构进行开发，便于集成到服务门户的PC端与移动端；身份认证采用ldap、AD的标准化认证体系，便于和校园统一身份认证集成；权限管理按照三级层次进行划分；时控器的本地时间自动与服务器端进行校正和同步。其他主要模块包括：

设备注册管理：通过IP地址段和端口批量扫描时控器进行主动注册，也允许时控器设置服务端IP后进行主动连接注册，在该界面对所有时控器进行命名、分组、地理位置标注等标签化管理。

策略管理：编制不同的时间组，每组可基于校历数据及自定义规则编制时间段启停和优先级策略。

数据管理：通过时控器能够获取不同位置的光照度数据，电气数据，这些数据可以同步到学校大数据平台和节能平台实现进一步的加工利用；系统运行数据记录时控器运行状态日志、开关指令来源，以及系统登录和操作日志，实现管理的可追溯。

应用效果

根据学校实际情况，选取试点建筑进行先行先试的探索，对实际应用发现的短板和疏漏进行边做边改，待基本功能验证都符合要求后，再逐步对其他建筑进行大范围改造。

01

学生宿舍用电管理

选取一栋学生宿舍房间最多的楼栋进行验证，控制的优先级为本地控制优先于远程控制设定的时间段。远程时间控制器安装在宿舍市电的开关上，通过在服务端页面设置相应的时间策略，在指定的时间下发合闸与开闸的指令，设置时间策略如下：

当本地控制状态为开时，设备处于常开状态，系统显示为本地控制开，此时忽略远程开关指令和时间段控制，可以通过控制指令关闭本地控制状态；

本地关闭控制时，设备处于正常状态，系统显示为本地控制关，此时远程开关指令和时间段控制有效；

当设备处于正常状态时，如果阈值比时间段先到，通过指令开关端口，此时时间段维持当前开关状态。

如果阈值比时间段后到，通过预设的时间段开关端口，阈值控制指令维持当前开关状态。

基于校历数据获取的工作日、休息日，每到工作日早上通电、晚上断电，休息日全天供电，寒暑假默认全天断电。

通过以上策略较好地解决了本地应急开关，不同楼宇因设计差异，以及光照度不同需要不同时间开关，在节约能源的同时提升了体验，既提升了管理效率也改进了运行可靠性。

02

路灯及亮化管理

对学校的路灯系统实施控制改造，选择有遮蔽、无遮蔽及半遮蔽的三处区域进行试验，光照度传感器安装于路灯顶部，周围无光源干扰和遮挡，以TCP/IP通讯方式间隔5分钟传递一次数据给后端数据库，时控器系统根据采集的数据和系统的设定，对远程时间控制器下发控制指令。

中南民族大学

路灯供电按照三相电进行分组，设置间隔1盏亮2盏，间隔2盏亮1盏的控制策略，结合时间段，设置为晚上开1/3，开2/3，全开，凌晨关闭1/3，关闭2/3，全关。

当光照度小于设定阈值时，优先光照度控制开。3套光照度感应器的值相差小于10时取平均数，相差大于10时去掉高值和低值取中间数，避免因设备原因导致的控制错误，当光照度达到设定阈值时，系统发送开闸指令和关闸指令，控制设备端口开关，应急情况远程可以控制路灯全部开。

通过以上策略较好地解决了学校路灯的应急开关，合理根据光照度开关，分组控制开关和时间段开关。节约了能源，提升了用户体验感，提高了工作效率和运行可靠性。

随着高校后勤信息化的迅速发展，物联网，智慧后勤受到了学校越来越多的关注和重视。尤其是在当前节能环保的社会共识下，节能管理已成为学校师生共同关心的问题。

针对学校在宿舍照明控制及公共照明控制方面的要求，本系统以物联网理念，通过硬件与软件设计，利用传感器实现了多维度数据协同下的智慧电控，通过现场实际应用，达到设计要求，实现了系统的开放性，为后续扩充应用和提供科学决策依据打下了良好基础。

本文刊载于《中国教育网络》杂志2020年5月刊，作者：高杰欣、张淼、安中印，单位为中南民族大学现代教育技术中心；责编：朴艺娜。