淺談電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)的研究與應(yīng)用

劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是進(jìn)行早期火災(zāi)預(yù)防的關(guān)鍵，也是建筑消防非常重要的組成部分。隨著信息和通信科技飛速發(fā)展，如今可以通過相關(guān)技術(shù)條件實(shí)現(xiàn)從任何時(shí)間、任何地點(diǎn)連接到任何人，甚至實(shí)現(xiàn)任何物體之間的有效連接，而萬物的連接就形成了我們平常所說的“物聯(lián)網(wǎng)"。本文旨在通過對(duì)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的綜合應(yīng)用進(jìn)行探討研究，并對(duì)搭建完善系統(tǒng)的電氣火災(zāi)監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)提出合理建議，以期對(duì)相關(guān)從業(yè)人員提供理論借鑒。 

關(guān)鍵詞：電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng) ；物聯(lián)網(wǎng)

       電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在對(duì)電氣火災(zāi)的預(yù)警和防控過程中作用十分顯著，可以有效避免電氣火災(zāi)的發(fā)生。但是目前我國大部分電氣火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)采用的是有線組網(wǎng)的方式，這種方式需要在每個(gè)配電區(qū)域都安裝電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，這不僅布線難度大，而且每個(gè)區(qū)域都需要專人看管，因此就產(chǎn)生了人力資源的浪費(fèi)。在歷史數(shù)據(jù)的展示上也不能形成圖形化顯示，這就給用戶了解監(jiān)控系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)造成了困難。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，在電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中就產(chǎn)生了新的趨勢(shì)和方向，下面我們進(jìn)行系統(tǒng)探討。

       1990年英國的 KevinAshton 提出了物聯(lián)網(wǎng)概念，到如今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)深入到各個(gè)行業(yè)各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展過程中，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)我們可以對(duì)傳統(tǒng)的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行完善升級(jí)，從而更好地防控火災(zāi)的發(fā)生，為社會(huì)進(jìn)步、人民生命財(cái)產(chǎn)做出更多的保障。 

       物聯(lián)網(wǎng)主要由信息采集、信息傳遞和信息處理三大要素組成。其中信息采集指的是將傳感器或 RFID 等信息采集設(shè)備置入特定的采集地點(diǎn)，對(duì)所要關(guān)注的物體或者相關(guān)的系統(tǒng)進(jìn)行信息采集和狀態(tài)監(jiān)控，這是其開端過程。信息傳遞指的是通過無處不在的無線網(wǎng)絡(luò)，對(duì)采集到的系統(tǒng)信息進(jìn)行合理有效的傳遞，這是其中間環(huán)節(jié)。最后信息處理指的是借助相關(guān)的云計(jì)算處理方式，來進(jìn)行最終的信息數(shù)據(jù)輔助決策過程。通過以上三個(gè)要素和過程就決定了物聯(lián)網(wǎng)的三層構(gòu)架體系，也就是感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層完成信息采集，網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)信息傳遞，應(yīng)用層進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

       監(jiān)控設(shè)備、監(jiān)控探測器和故障探測裝置共同連接成整個(gè)電氣火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)布線運(yùn)行的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的有序運(yùn)轉(zhuǎn)。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)作為一個(gè)三層架構(gòu)體系，只需要做一下簡單延伸就可以與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)連接起來，從而構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控下的電氣火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。 

       根據(jù)對(duì)比可以得知，火災(zāi)監(jiān)測監(jiān)控器和電弧故障檢測系統(tǒng)相當(dāng)于整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)體系的感知階段。它們的作用是作為前端的監(jiān)測手段對(duì)潛在的火災(zāi)信息進(jìn)行采集預(yù)警。 

       物聯(lián)網(wǎng)的傳輸層也就是信息傳遞過程，可以通過將有線短距離信息傳遞方式（RS485、RS232\CAN）轉(zhuǎn)為無線移動(dòng)通道傳遞方式（GPRS、SMS、CDMA）的形式來實(shí)現(xiàn)。這種不限空間和距離的傳輸方式對(duì)于火災(zāi)監(jiān)控時(shí)效性和準(zhǔn)確性具有很大的推動(dòng)作用。最后是物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層，這一階段主要是通過搭建一個(gè)綜合式的監(jiān)控開發(fā)平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)的，在這個(gè)系統(tǒng)中技術(shù)人員通過賬號(hào)密碼登錄的手段實(shí)現(xiàn)了個(gè)體用戶火災(zāi)監(jiān)控信息的記錄和有效提取。此外監(jiān)控平臺(tái)還可以通過信息的采集和傳遞過程，及時(shí)將報(bào)警信息發(fā)送到相關(guān)單位和個(gè)人，實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)預(yù)警的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

       根據(jù)以上分析，我們可以得知一個(gè)以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的完整的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)要由前端探測設(shè)備、無線收發(fā)設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸通道、監(jiān)控平臺(tái)以及監(jiān)控客戶端組成。

3.1 前端探測設(shè)備 

       前端探測設(shè)備是以對(duì)整體電氣線路的監(jiān)控為手段實(shí)現(xiàn)的信息收集和相關(guān)對(duì)比檢驗(yàn)，其中包括但不限于剩余電流監(jiān)控、實(shí)時(shí)電流負(fù)荷預(yù)警以及各樣設(shè)施溫度的監(jiān)控等。這一過程還可以直接聯(lián)系警報(bào)系統(tǒng)，在相應(yīng)的故障發(fā)生且被檢測到時(shí)就會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)以提示技術(shù)人員排除故障。這一系統(tǒng)環(huán)節(jié)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電弧現(xiàn)象的合理跟蹤，必要時(shí)實(shí)現(xiàn)消防聯(lián)動(dòng)，大程度上降低火災(zāi)發(fā)生的概率。外接收發(fā)器系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)指令的執(zhí)行監(jiān)督。 

3.2 無線遠(yuǎn)距離收發(fā)器及移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸 

       在實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)完整的信息采集過程之后，就要依賴無線收發(fā)器實(shí)現(xiàn)各種采樣數(shù)據(jù)和信息通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通道發(fā)送到監(jiān)控平臺(tái)和各項(xiàng)移動(dòng)通信設(shè)備上。同時(shí)也可以將控制平臺(tái)發(fā)來的各項(xiàng)指令傳輸給前端探測設(shè)備。 

3.3 監(jiān)控平臺(tái) 

       信息傳遞要有接收基地，監(jiān)控平臺(tái)就是主要的信息接收裝置，其中數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以對(duì)各種用戶單位信息、探測器數(shù)量、前端探測設(shè)備的地址碼、監(jiān)控實(shí)時(shí)狀態(tài)等在內(nèi)的信息進(jìn)行系統(tǒng)接收處理?？梢詫?shí)現(xiàn)監(jiān)控歷史信息的及時(shí)反饋和呈現(xiàn)。 

       平臺(tái)應(yīng)用軟件可以提供人機(jī)交互界面，用于顯示監(jiān)控和報(bào)警相關(guān)信息，很大程度上方便工作人員對(duì)信息進(jìn)行編輯和查詢。還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)報(bào)警地點(diǎn)的直接定位，并彈出該單位的相關(guān)電氣信息。 

3.4 監(jiān)控客戶端 

       監(jiān)控客戶端也就是客戶的使用平臺(tái)，它可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)火災(zāi)監(jiān)控信息的及時(shí)獲取和歷史信息的完善處理。具體操作是用戶可以在相關(guān)的客戶端通過賬號(hào)密碼的形式登錄個(gè)人平臺(tái)，在監(jiān)控個(gè)人平臺(tái)就可以及時(shí)獲取一定地理范圍內(nèi)的火災(zāi)檢測器所儲(chǔ)信息，地址碼及位置報(bào)警詳情都會(huì)直接顯示在移動(dòng)客戶端平臺(tái)上。操作方便的人機(jī)交互系統(tǒng)有效完善了用戶的火災(zāi)監(jiān)控體驗(yàn)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)火災(zāi)監(jiān)控的有效性提供了有利條件。

4.1 安科瑞用電云平臺(tái)介紹

       Acrelcloud-6000用電云管理系統(tǒng)能夠?qū)κＳ嚯娏鳌⒃O(shè)備溫度、故障電弧等電氣故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)警、記錄，并且通過云端的遠(yuǎn)程控制。設(shè)備與云端的通訊方向不受限制，能上傳數(shù)據(jù)、透傳指令，并時(shí)間顯示實(shí)時(shí)狀態(tài)。通過對(duì)上傳至云端的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為用戶提供火災(zāi)隱患的相關(guān)數(shù)據(jù)，能夠及早的發(fā)現(xiàn)問題并實(shí)施排查，避免火災(zāi)的發(fā)生。另一方面，云平臺(tái)提供超大容量的信息儲(chǔ)存及穩(wěn)定的服務(wù)，提升了服務(wù)質(zhì)量，對(duì)用戶的長遠(yuǎn)發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。此外，該系統(tǒng)通過集中監(jiān)控，使得數(shù)據(jù)通過每個(gè)節(jié)點(diǎn)的4G網(wǎng)絡(luò)傳輸至云端集中式管理和監(jiān)控，主控端布置于城市消防大隊(duì)，從而能夠?qū)Σ杉男畔⑦M(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控和管理。

 

具體功能如下：

      （1）用電監(jiān)管服務(wù)系統(tǒng)包含用電管理云平臺(tái)、電腦終端顯示系統(tǒng)、手機(jī)APP、漏電探測器、漏電互感器、電流互感器等。

      （2）用電監(jiān)管服務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)能展示剩余電流、溫度、電流等電氣參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)及變化曲線、歷史數(shù)據(jù)與變化曲線、實(shí)時(shí)報(bào)警數(shù)據(jù)等，能實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場服務(wù)次數(shù)、排除隱患數(shù)、未排除隱患數(shù)、報(bào)警未處理數(shù)、常規(guī)巡檢及產(chǎn)品維護(hù)等數(shù)據(jù)，監(jiān)管數(shù)據(jù)能保存十年以上。

      （3）手機(jī)APP軟件同時(shí)具有IOS版本和安卓版本，能通過手機(jī)APP對(duì)每條報(bào)警記錄進(jìn)行呼叫，便于緊急情況下能盡快通知用電單位。

      （4）能對(duì)各個(gè)單位及設(shè)備的電氣運(yùn)行情況進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)和分析評(píng)估，并隨時(shí)展示電氣運(yùn)行分析報(bào)告。

      （5）監(jiān)控探測終端產(chǎn)品滿足國家法律法規(guī)和有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（GB14287.2《剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》和GB14287.3《測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器》）的要求，并通過國家消防產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測檢驗(yàn)提供的消防3C認(rèn)證。

      （6）漏電探測器能同時(shí)探測剩余電流、四路溫度、三相電流等參數(shù)值，并能通過無線以移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)接入用電監(jiān)管系統(tǒng)平臺(tái)。

4.2 產(chǎn)品選型

4.2.1漏電火災(zāi)監(jiān)控探測器

4.2.2故障電弧探測器

       安科瑞故障電弧產(chǎn)品型號(hào)代碼為AAFD，共有兩種電流等級(jí)，可監(jiān)測回路故障電弧的發(fā)生，并及時(shí)預(yù)警，提醒用戶處理，防止電弧導(dǎo)致的火災(zāi)的發(fā)生。

       AAFD可配合AF-GSM400使用并接入用電平臺(tái)，該產(chǎn)品不可在同一臺(tái)AF-GSM400下與ARCM混接。如圖：

4.2.3限流式保護(hù)器

       安科瑞限流式保護(hù)器型號(hào)代碼為ASCP200-1，有三種電流等級(jí)，可監(jiān)測回路短路過載等故障信息，發(fā)生故障時(shí)預(yù)警和產(chǎn)生滅弧效果，防止電弧導(dǎo)致的火災(zāi)的發(fā)生。

       ASCP200-1可配合AF-GSM400使用并接入用電平臺(tái)，也能夠通過插入SIM卡直接上傳到平臺(tái)。

       以下是ASCP200-1的主要功能：

       短路保護(hù)功能。保護(hù)器實(shí)時(shí)監(jiān)測用電線路電流，當(dāng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，能在150微秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

       過載保護(hù)功能。當(dāng)被保護(hù)線路的電流過載且過載持續(xù)時(shí)間超過動(dòng)作時(shí)間（3…60秒可設(shè)）時(shí)，保護(hù)器啟動(dòng)限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

       表內(nèi)超溫保護(hù)功能。當(dāng)保護(hù)器內(nèi)部器件工作溫度過高時(shí)，保護(hù)器啟動(dòng)超溫限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

       過、欠壓保護(hù)功能。當(dāng)保護(hù)器檢測到線路電壓過壓或欠壓時(shí)，保護(hù)器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，可預(yù)先設(shè)置是否啟動(dòng)限流保護(hù)。

       配電線纜溫度監(jiān)測功能。當(dāng)被監(jiān)測線纜溫度超過報(bào)警設(shè)定值時(shí)，保護(hù)器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，可預(yù)先設(shè)置是否啟動(dòng)限流保護(hù)。

       漏電流監(jiān)測功能。當(dāng)被監(jiān)測的線路漏電超過報(bào)警設(shè)定值時(shí)，保護(hù)器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，可預(yù)先設(shè)置是否啟動(dòng)限流保護(hù)。

       保護(hù)器具有1路RS485接口，1路2G無線通訊，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

4.2.4剩余電流互感器

4.2.5 AF-GSM400-2G/4G無線上傳模塊

       AF-GSM400-2G/4G/CE模塊是一款2G/4G有線無線模塊，該無線模塊為用電云平臺(tái)模塊。

       AF-GSM400接入每塊儀表所需流量為20M/月，單個(gè)模塊可以接入30塊儀表。默認(rèn)上傳間隔2分鐘，如發(fā)生報(bào)警，會(huì)實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)。

4.2.6 溫度傳感器

       溫度傳感器為一熱敏電阻NTC，它提供0-120°的溫度監(jiān)控基準(zhǔn)，可以用來監(jiān)測線纜或配電箱體的溫度，提供溫度保護(hù)。