基于校園一卡通平臺的集中式電控系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

文章出處：http://www.nyfzw.net 作者：龔福和 ，盛其杰 ，段渭軍   人氣： 發(fā)表時間：2011年11月17日

    一 、概述 

    隨著時代的進步，高校學(xué)生公寓用電管理出現(xiàn)個性化發(fā)展趨勢。摒棄舊的用電管理模式，采用現(xiàn)代管理理念和技術(shù)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(tǒng)是數(shù)字校園的基礎(chǔ)性工程，旨在為廣大師生員工的教學(xué)、科研和生活提供方便、快捷的電子化服務(wù)，從根本上實現(xiàn)“一卡在手，走遍校園”的設(shè)想。隨著校園一卡通應(yīng)用領(lǐng)域的不斷推廣，將公寓用電管理納入一卡通系統(tǒng)，不僅實現(xiàn)了用電管理智能化，而且對建設(shè)節(jié)約型校園有十分積極的促進作用。 

    二、校園一卡通系統(tǒng)及傳統(tǒng)學(xué)生公寓用電管理現(xiàn)狀 

    1．校園一卡通系統(tǒng)基本框架 

    校園一卡通系統(tǒng)構(gòu)建于數(shù)字校園的統(tǒng)一身份認證、中央共享數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)一信息門戶等基礎(chǔ)平臺之上，支撐學(xué)校教學(xué)、科研、管理和生活開展的應(yīng)用系統(tǒng)。它與學(xué)校其他業(yè)務(wù)管理信息系統(tǒng)緊密結(jié)合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換，是數(shù)字化校園的重要信息采集網(wǎng)絡(luò)，能夠為學(xué)校決策層提供實時可靠的基礎(chǔ)信息。其系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 校園一卡通系統(tǒng)基本框架

    由此可見．校園一卡通系統(tǒng)在學(xué)校的各個方面得到了廣泛應(yīng)用。特別是一卡通系統(tǒng)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(tǒng)平臺，開展學(xué)生公寓用電計量計費管理在技術(shù)上是可行的。 

    2．傳統(tǒng)學(xué)生公寓用電管理現(xiàn)狀 

    高校學(xué)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(xué)生對學(xué)習(xí)和生活環(huán)境要求的提高，用電需求多樣化并呈現(xiàn)個性化發(fā)展。簡單的開放式用電管理不僅使學(xué)校難以承受巨大的開支，學(xué)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(tǒng)，以實現(xiàn)用電管理的計量化。但是該系統(tǒng)獨立于學(xué)校數(shù)字校園基礎(chǔ)平臺之外，不能與學(xué)校的業(yè)務(wù)系統(tǒng)無縫對接，不能實現(xiàn)學(xué)校層面的數(shù)據(jù)共享．難以為學(xué)校提供實時可靠的數(shù)據(jù)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(tǒng)設(shè)計 

    1．校園一卡通擴展應(yīng)用的開發(fā)模式 

    為了便于對其他應(yīng)用系統(tǒng)的集成，校園一卡通平臺采用通用接口與學(xué)?，F(xiàn)有的各種系統(tǒng)實現(xiàn)無縫對接，其系統(tǒng)的開發(fā)模式如圖2所示。 

    進行系統(tǒng)集成時只需開發(fā)相應(yīng)的同步程序。該同步程序調(diào)用相應(yīng)的DLL動態(tài)庫，定期從一卡通數(shù)據(jù)中心下載黑白名單。該黑白名單信息和數(shù)字校園基礎(chǔ)平臺相關(guān)信息進行融合建立一卡通擴展應(yīng)用的身份識別基礎(chǔ)身份信息庫。通過定期運行同步程序，來更新身份識別基礎(chǔ)身份庫，實現(xiàn)黑白名單的更新，為前端應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)對身份認證提供有效的信息保障。前端應(yīng)用程序在設(shè)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(xiàn)對該系統(tǒng)應(yīng)用相關(guān)信息的調(diào)用。程序通過將校園卡ID號 

圖2 校園一卡通擴展應(yīng)用的開發(fā)模式 

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

    2．系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計 

    集中式電控系統(tǒng)與校園一卡通平臺采用第三方系統(tǒng)接口實現(xiàn)無縫對接。集中式電控系統(tǒng)硬件由電控系統(tǒng)服務(wù)器、電控單元管理機、電控單元三大部分組成；軟件系統(tǒng)則包括電控系統(tǒng)管理軟件、電控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件，電控單元管理機應(yīng)用與控制軟件。基于校園一卡通系統(tǒng)的集中式電控系統(tǒng)的架構(gòu)如圖3所示。

圖3 基于校園一卡通平臺的集中式電控系統(tǒng)構(gòu)架 

    

    3．硬件系統(tǒng)設(shè)計 

    根據(jù)公寓用電管理的特點．硬件控制系統(tǒng)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(shè)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(tǒng)如圖4所示。

圖4 硬件控制系統(tǒng) 

    計量電控單元通過數(shù)據(jù)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(zé)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(dāng)前控電狀態(tài)：顯示板與主板相連．用以顯示各計量控電單元用電狀態(tài)及用電量；電控管理機存儲電控管理服務(wù)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(wù)器；電控管理服務(wù)器是一臺安裝了電控管理軟件的計算機，它用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)的管理與控制。 

    4．軟件功能設(shè)計 

    根據(jù)系統(tǒng)需求以及軟件系統(tǒng)的初始化和運行維護需要，電控系統(tǒng)軟件功能結(jié)構(gòu)如圖5所示

圖5 集中式電控系統(tǒng)軟件功能結(jié)構(gòu)

    (1)基本信息維護
    該模塊的功能主要體現(xiàn)在卡片設(shè)置，后臺服務(wù)器設(shè)置，系統(tǒng)工作參數(shù)設(shè)置三個部分。 

    (2)房間設(shè)置
    房問設(shè)置的對象是對用電部門的設(shè)置，對房間類型的設(shè)置。對房間信息的設(shè)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(shè)定和發(fā)放管理幾個部分。房間通斷電管理遵循公式： 

    A．當(dāng)0<剩余補助電量+當(dāng)前剩余消費電量<=報警電量，則報警催繳電費：
    B．當(dāng)剩余補助電量+當(dāng)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(yīng)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(shè)置，電控柜的設(shè)置，電控單元的設(shè)置，電控單元與房間的對應(yīng)關(guān)系的設(shè)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(jié)算報表管理，如日結(jié)算報表．月結(jié)算報表．年結(jié)算報表，任意時間段報表管理等 

    (6)系統(tǒng)維護 

    系統(tǒng)維護主要為軟件管理者提供臨時鎖定系統(tǒng)．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(wǎng)絡(luò)查詢工作等。 

    另外，當(dāng)電控后臺服務(wù)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(wǎng)絡(luò)查詢?yōu)橥Ｖ範(fàn)顟B(tài)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(dāng)前剩余消費電量、當(dāng)前已用電量、當(dāng)前電流、可用電流、報警電流電量等信息。當(dāng)系統(tǒng)通信恢復(fù)或網(wǎng)絡(luò)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(fā)送給電控系統(tǒng)服務(wù)器。
 
    四、結(jié)論及效益分析 

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

    在經(jīng)濟效益方面，2008年我校對旺園學(xué)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(tǒng)管理。如表所示為西北工業(yè)大學(xué)旺同學(xué)生公寓使用一卡通電控系統(tǒng)前后的兩年數(shù)據(jù)對比。

    表西北工業(yè)大學(xué)旺園學(xué)生公寓用電情況對比

    項目改造前旺園學(xué)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(xué)校補貼；項目改造后學(xué)校出臺了公寓用電管理辦法．辦法規(guī)定學(xué)生公寓每月每問補助25度電，超出部分自己承擔(dān)。該辦法實施后．學(xué)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(xué)校承擔(dān)18．4萬元，學(xué)生承擔(dān)12．6萬元)。從以上數(shù)據(jù)可以計算出通過對電控系統(tǒng)的改造，學(xué)校每年將節(jié)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(jīng)濟效益十分顯著。