基于校園一卡通平臺的集中式電控系統設計及應用

文章出處：http://www.jrzgy.com 作者：龔福和 ，盛其杰 ，段渭軍   人氣： 發表時間：2011年11月17日

    一 、概述 

    隨著時代的進步，高校學生公寓用電管理出現個性化發展趨勢。摒棄舊的用電管理模式，采用現代管理理念和技術從根本上滿足個性化需求已顯得十分迫切。校園一卡通系統是數字校園的基礎性工程，旨在為廣大師生員工的教學、科研和生活提供方便、快捷的電子化服務，從根本上實現“一卡在手，走遍校園”的設想。隨著校園一卡通應用領域的不斷推廣，將公寓用電管理納入一卡通系統，不僅實現了用電管理智能化，而且對建設節約型校園有十分積極的促進作用。 

    二、校園一卡通系統及傳統學生公寓用電管理現狀 

    1．校園一卡通系統基本框架 

    校園一卡通系統構建于數字校園的統一身份認證、中央共享數據庫、統一信息門戶等基礎平臺之上，支撐學校教學、科研、管理和生活開展的應用系統。它與學校其他業務管理信息系統緊密結合，實現數據共享和交換，是數字化校園的重要信息采集網絡，能夠為學校決策層提供實時可靠的基礎信息。其系統框架如圖1所示。

圖1 校園一卡通系統基本框架

    由此可見．校園一卡通系統在學校的各個方面得到了廣泛應用。特別是一卡通系統的消費管理和身份認證模式．已成為高校日常管理的主要手段。因此以卡為媒介．基于校園一卡通系統平臺，開展學生公寓用電計量計費管理在技術上是可行的。 

    2．傳統學生公寓用電管理現狀 

    高校學生公寓用電大多實行粗放式管理。由于缺乏有效的管理手段，用電浪費大、安全隱患多等問題突顯。隨著學生對學習和生活環境要求的提高，用電需求多樣化并呈現個性化發展。簡單的開放式用電管理不僅使學校難以承受巨大的開支，學生的個性化需求也得不到滿足。 

    為了解決這種矛盾，部分高校開始在公寓用電管理方面引入了IC卡用電管理系統，以實現用電管理的計量化。但是該系統獨立于學校數字校園基礎平臺之外，不能與學校的業務系統無縫對接，不能實現學校層面的數據共享．難以為學校提供實時可靠的數據信息。形成了又一個校園信息孤島。 

    三、基于校園一卡通平臺的集中式電控系統設計 

    1．校園一卡通擴展應用的開發模式 

    為了便于對其他應用系統的集成，校園一卡通平臺采用通用接口與學校現有的各種系統實現無縫對接，其系統的開發模式如圖2所示。 

    進行系統集成時只需開發相應的同步程序。該同步程序調用相應的DLL動態庫，定期從一卡通數據中心下載黑白名單。該黑白名單信息和數字校園基礎平臺相關信息進行融合建立一卡通擴展應用的身份識別基礎身份信息庫。通過定期運行同步程序，來更新身份識別基礎身份庫，實現黑白名單的更新，為前端應用程序實現對身份認證提供有效的信息保障。前端應用程序在設計時，考慮在需要查詢輸入條件的時候，通過校園卡的ID號來實現對該系統應用相關信息的調用。程序通過將校園卡ID號 

圖2 校園一卡通擴展應用的開發模式 

    發送到身份識別基礎身份庫，來驗證該校園卡的有效性。如果有效則會將應用程序所需的身份信息返回到應用程序。如果在黑名單中，則將會在應用程序調用界面中報告相關錯誤。在安裝應用程序的計算機上安裝通用射頻讀卡器，學生在使用該系統時通過刷卡即可實現相應的本地應用。 

    2．系統總體架構設計 

    集中式電控系統與校園一卡通平臺采用第三方系統接口實現無縫對接。集中式電控系統硬件由電控系統服務器、電控單元管理機、電控單元三大部分組成；軟件系統則包括電控系統管理軟件、電控系統數據庫軟件，電控單元管理機應用與控制軟件。基于校園一卡通系統的集中式電控系統的架構如圖3所示。

圖3 基于校園一卡通平臺的集中式電控系統構架 

    

    3．硬件系統設計 

    根據公寓用電管理的特點．硬件控制系統采用集中式控制，每間宿舍采用一路供電，獨立分配一個電量計量模塊；對每層樓設置一個電控箱，各控制部件集中安裝在樓層電控箱中，硬件控制系統如圖4所示。

圖4 硬件控制系統 

    計量電控單元通過數據線與中繼板相連，是一個有電能計量控制功能的單元裝置：中繼板與主板相連．向各計量控制單元傳達命令并進行地址解析：電源板向主板、中繼板、顯示板等控制電路部分提供工作電源；主板負責傳達電控管理機動作命令，通過中繼板采集、存儲各計量控電單元的用電量和當前控電狀態：顯示板與主板相連．用以顯示各計量控電單元用電狀態及用電量；電控管理機存儲電控管理服務器下達的信息．通過RS485通訊線與電控單元連接，下達控制命令，從各個電控單元中采集、存儲電能并上傳給電控管理服務器；電控管理服務器是一臺安裝了電控管理軟件的計算機，它用于系統數據的管理與控制。 

    4．軟件功能設計 

    根據系統需求以及軟件系統的初始化和運行維護需要，電控系統軟件功能結構如圖5所示

圖5 集中式電控系統軟件功能結構

    (1)基本信息維護
    該模塊的功能主要體現在卡片設置，后臺服務器設置，系統工作參數設置三個部分。 

    (2)房間設置
    房問設置的對象是對用電部門的設置，對房間類型的設置。對房間信息的設置三個部分。 

    (3)房間管理
    房間管理的對象是房間通斷電管理，電費管理。房間電控單位開戶管理，房間電控單位的撤戶管理，各個房間固定補助額度的設定和發放管理幾個部分。房間通斷電管理遵循公式： 

    A．當0<剩余補助電量+當前剩余消費電量<=報警電量，則報警催繳電費：
    B．當剩余補助電量+當前剩余消費電量=0，則報警催繳電費并通知電控單元管理機對相應房間斷電。 

    (4)電控柜管理 

    電控柜管理主要包括管理機管理，管理機操作員的設置，電控柜的設置，電控單元的設置，電控單元與房間的對應關系的設置幾個部分。 

    (5)報表管理 

    報表管理主要包括報表管理和房間操作記錄管理兩個方面。報表管理主要有結算報表管理，如日結算報表．月結算報表．年結算報表，任意時間段報表管理等 

    (6)系統維護 

    系統維護主要為軟件管理者提供臨時鎖定系統．操作員管理，口令修改，日志管理，黑名單維護，智能檢索．啟動停止網絡查詢工作等。 

    另外，當電控后臺服務器與電控單元管理機之間因為不可抗御原因造成通信中斷或網絡查詢為停止狀態時，電控單元管理機可以存儲由電控單元采集提交來的剩余補助電量、當前剩余消費電量、當前已用電量、當前電流、可用電流、報警電流電量等信息。當系統通信恢復或網絡查詢被啟動時，再由電控單元管理機將電控單元提交上來的各種信息發送給電控系統服務器。
 
    四、結論及效益分析 

    本文運用校園一卡通擴展應用的開發模式，采用第三方系統接口實現了對集中式電控系統的無縫集成設計了基于校園一卡通平臺的系統架構，改進了軟件系統的功能。通過實際應用驗證了系統的可靠性和成熟性。 

    在經濟效益方面，2008年我校對旺園學生公寓進行了電控試點改造，把公寓電控納入了校園一卡通系統管理。如表所示為西北工業大學旺同學生公寓使用一卡通電控系統前后的兩年數據對比。

    表西北工業大學旺園學生公寓用電情況對比

    項目改造前旺園學生公寓實行放開用電，平均每宿舍每月耗電105度，年電費消耗77．5萬元．該費用全額由學校補貼；項目改造后學校出臺了公寓用電管理辦法．辦法規定學生公寓每月每問補助25度電，超出部分自己承擔。該辦法實施后．學生公寓平均每宿舍每月耗電42度，年電費消耗31萬元(其中學校承擔18．4萬元，學生承擔12．6萬元)。從以上數據可以計算出通過對電控系統的改造，學校每年將節約59．1萬元；另外，還可以計算出項目投資的回收期為11個月，其經濟效益十分顯著。