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基于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計與研究
點擊次數(shù)：1303 更新時間：2020-08-21

王蒙蒙

（安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801）

摘要：在電氣火災(zāi)監(jiān)控方面，利用物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)對監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造?；谶@種認識，本文對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合問題展開了探討，完成了基于物聯(lián)網(wǎng)的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，以實現(xiàn)智慧式安全用電管理。

關(guān)鍵詞：電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；智慧式安全用電管理

 0引言

從火災(zāi)事故的發(fā)生原因來看，大量的事故都是由電氣故障引起的。但就目前來看，現(xiàn)有電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)具有實時性差、集成度低等問題，難以滿足人們的安全用電管理需求。而互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為實現(xiàn)智慧式安全用電管理提供了技術(shù)支撐。因此，還應(yīng)加強對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)的研究，以便更好地推動電氣火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。

1 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，目的是有效預(yù)防電氣火災(zāi)事故。借助系統(tǒng)，則能通過實時監(jiān)控完成電氣火災(zāi)隱患的動態(tài)排查，從而實現(xiàn)事故防控和預(yù)警預(yù)報。但從家庭用電角度進行思考，采用該種系統(tǒng)無法實現(xiàn)對家庭用電情況的實時監(jiān)控，所以也無法及時進行電氣火災(zāi)隱患排查。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品向著智能化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展，在不同領(lǐng)域相繼出現(xiàn)了應(yīng)用標準，并獲得了市場和政府的支持。在這一背景下，智慧式安全用電管理理念得以被提出。不同于互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)引入了傳感器，完成了傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，所以能夠加強與現(xiàn)實世界的。作為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的感知層，傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠用于獲取周圍環(huán)境信息，包含溫濕度、圖像等，能夠?qū)⑿畔⑸蟼骶W(wǎng)絡(luò)，并進行處理、分析和存儲。結(jié)合分析結(jié)果，系統(tǒng)則能完成相關(guān)事件的觸發(fā)，進而實現(xiàn)對監(jiān)控物體參數(shù)的調(diào)整或發(fā)出警報[1]。將電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合在一起，則能利用物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等技術(shù)完成電氣線路設(shè)備上的漏電、負載、短路、接觸電阻過大、溫度、電火花及電弧等用電數(shù)據(jù)的采集和處理，并利用無線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)上傳云平臺，然后借助APP實現(xiàn)安全用電集中管理。

 2 基于物聯(lián)網(wǎng)的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

從系統(tǒng)架構(gòu)上來看，基于物聯(lián)網(wǎng)的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可以劃分為三個層次，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。其中，感知層負責進行外界火災(zāi)信息采集，需要利用感知設(shè)備獲取信息，由測溫式監(jiān)控探測器、剩余電流式監(jiān)控探測器、故障電弧探測裝置、電壓式監(jiān)控探測器等多種設(shè)備構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)層負責實現(xiàn)信息傳遞，由無線網(wǎng)關(guān)、互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、后臺數(shù)據(jù)服務(wù)器構(gòu)成，無線網(wǎng)關(guān)負責將感知層數(shù)據(jù)上傳至互聯(lián)網(wǎng)，后臺服務(wù)器由WEB服務(wù)器、智能分析服務(wù)器和數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器構(gòu)成。采用無線網(wǎng)關(guān)，則能突破系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸所受的時空限制，因此能夠為系統(tǒng)信息交互提供保障。此外，系統(tǒng)應(yīng)用層負責進行終端監(jiān)控，可利用APP進行信息獲取，并結(jié)合數(shù)據(jù)分析結(jié)果進行用電裝置的管理。為此，還要完成開放式監(jiān)控中心平臺的搭設(shè)，并允許系統(tǒng)用戶憑借賬戶、密碼進入平臺，以實現(xiàn)對電氣火災(zāi)監(jiān)控信息的隨時查看。而該平臺也負責完成在線監(jiān)測和統(tǒng)計分析，能夠結(jié)合電氣線路參數(shù)數(shù)據(jù)及時發(fā)現(xiàn)線路和設(shè)備的用電安全隱患，并及時向用戶發(fā)送預(yù)警信息，以指導用戶對用電設(shè)備和線路隱患進行治理。

 2.2 系統(tǒng)工作流程

在系統(tǒng)工作的過程中，先會開始監(jiān)聽用電情況，即將監(jiān)控系統(tǒng)打開，并利用數(shù)據(jù)采集終端完成電氣線路數(shù)據(jù)的實時采集，然后對采集得到的數(shù)據(jù)進行分析和處理。通過處理，系統(tǒng)則能完成電弧檢測特征參數(shù)、功率值、電器識別特征參數(shù)等數(shù)據(jù)參數(shù)的獲取。根據(jù)數(shù)據(jù)的實時變化情況，系統(tǒng)可判斷電氣線路是否出現(xiàn)設(shè)備接入或移除情況。在有設(shè)備接入或移除時，系統(tǒng)可根據(jù)用電采樣值差值對設(shè)備用電數(shù)據(jù)和相關(guān)特征參數(shù)進行計算，然后結(jié)合線路功率變化確認采用哪種操作方式。在線路功率超負荷的條件下，系統(tǒng)會采取一些保護措施或向用戶報警。此外，采用電弧檢測算法，系統(tǒng)可進行線路電流特征值分析，以確認電氣線路是否存在故障電弧。根據(jù)分析結(jié)果，系統(tǒng)可判斷是否存在惡性負載，并決定是否發(fā)出警報。

 2.3 系統(tǒng)各部分功能

從系統(tǒng)功能上來看，數(shù)據(jù)采集終端負責完成電氣線路中各種用電數(shù)據(jù)的采集，并負責完成采樣點數(shù)據(jù)處理和分析。按照一定的格式將處理得到的數(shù)據(jù)打包，采集終端則能利用無線網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)上傳至網(wǎng)絡(luò)層。借助互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，分散的前端數(shù)據(jù)信息則能得到集中，并傳輸至系統(tǒng)服務(wù)器端。借助大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)，系統(tǒng)智能分析服務(wù)器可處理接收得到的數(shù)據(jù)包，以獲得實時用電數(shù)據(jù)信息和終端號。從數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器中進行特征值樣本的提取，智能分析服務(wù)器則能完成數(shù)據(jù)的匹配度計算，以獲得設(shè)備類型和判斷線路是否存在故障電弧。借助WEB服務(wù)器，系統(tǒng)能實現(xiàn)瀏覽器圖形化界面的管理，在監(jiān)控終端顯示系統(tǒng)分析結(jié)果。系統(tǒng)監(jiān)控終端可通過瀏覽器進行線路供電、設(shè)備用電和故障電弧等信息的顯示，并通過遠程管理實現(xiàn)設(shè)備通斷電管理。在用戶需要利用APP進行電氣火災(zāi)監(jiān)控管理時，可借助APP平臺訪問互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。系統(tǒng)監(jiān)控終端可從數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器中完成用戶信息的調(diào)取，以確認用戶是否有管理控制權(quán)限。在確認用戶身份后，系統(tǒng)可提供用電信息，用戶則能結(jié)合信息對各種用電設(shè)備進行遠程監(jiān)控和管理。

 3安科瑞安全用電云平臺及選型

3.1安科瑞安全用電云平臺介紹

Acrelcloud-6000安全用電云管理系統(tǒng)能夠?qū)κＳ嚯娏?、設(shè)備溫度、故障電弧等電氣故障進行實時監(jiān)控、報警、記錄，并且通過云端的遠程控制。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，并短時間顯示實時狀態(tài)。通過對上傳至云端的數(shù)據(jù)進行分析，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)問題并實施排查，避免火災(zāi)的發(fā)生。另一方面，云平臺提供超大容量的信息儲存及穩(wěn)定的服務(wù)，提升了服務(wù)質(zhì)量，對用戶的長遠發(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)通過每個節(jié)點的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，從而能夠?qū)Σ杉男畔⑦M行統(tǒng)一的監(jiān)控和管理。

         具體功能如下：

    3.1.1安全用電監(jiān)管服務(wù)系統(tǒng)包含安全用電管理云平臺、電腦終端顯示系統(tǒng)、APP、漏電探測器、漏電互感器、電流互感器等。
    3.1.2安全用電監(jiān)管服務(wù)系統(tǒng)平臺能展示剩余電流、溫度、電流等電氣安全參數(shù)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)及變化曲線、歷史數(shù)據(jù)與變化曲線、實時報警數(shù)據(jù)等，能實時顯示現(xiàn)場服務(wù)次數(shù)、排除隱患數(shù)、未排除隱患數(shù)、報警未處理數(shù)、常規(guī)巡檢及產(chǎn)品維護等數(shù)據(jù)，監(jiān)管數(shù)據(jù)能保存十年以上。
    3.1.3APP軟件同時具有IOS版本和安卓版本，能通過APP對每條報警記錄進行呼叫，便于緊急情況下能盡快通知用電單位。
    3.1.4能對各個單位及設(shè)備的電氣安全運行情況進行自動統(tǒng)計和分析評估，并隨時展示電氣安全運行分析報告。
    3.1.5監(jiān)控探測終端產(chǎn)品滿足法律法規(guī)和有關(guān)技術(shù)標準（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，并通過消防產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測檢驗中心提供的消防3C認證。
    3.1.6漏電探測器能同時探測剩余電流、四路溫度、三相電流等參數(shù)值，并能通過無線以移動通訊網(wǎng)絡(luò)接入安全用電監(jiān)管系統(tǒng)平臺。

 3.2漏電火災(zāi)監(jiān)控探測器 

 3.3故障電弧探測器

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

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

 3.4限流式保護器
        安科瑞限流式保護器型號代碼為ASCP200-1，有三種電流等級，可監(jiān)測回路短路過載等故障信息，發(fā)生故障時預(yù)警和產(chǎn)生滅弧效果，防止電弧導致的火災(zāi)的發(fā)生。
        ASCP200-1可配合AF-GSM400使用并接入安全用電平臺，也能夠通過插入SIM卡直接上傳到平臺。
        以下是ASCP200-1的主要功能：
        3.4.1短路保護功能。保護器實時監(jiān)測用電線路電流，當線路發(fā)生短路故障時，能在150微秒內(nèi)實現(xiàn)快速限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。
        3.4.2過載保護功能。當被保護線路的電流過載且過載持續(xù)時間超過動作時間（3…60秒可設(shè)）時，保護器啟動限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。
        3.4.3表內(nèi)超溫保護功能。當保護器內(nèi)部器件工作溫度過高時，保護器啟動超溫限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。
        3.4.4過、欠壓保護功能。當保護器檢測到線路電壓過壓或欠壓時，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預(yù)先設(shè)置是否啟動限流保護。
        3.4.5配電線纜溫度監(jiān)測功能。當被監(jiān)測線纜溫度超過報警設(shè)定值時，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預(yù)先設(shè)置是否啟動限流保護。
        3.4.6漏電流監(jiān)測功能。當被監(jiān)測的線路漏電超過報警設(shè)定值時，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預(yù)先設(shè)置是否啟動限流保護。
        3.4.7保護器具有1路RS485接口，1路2G無線通訊，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

3.5剩余電流互感器

3.6AF-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，該無線模塊為安全用電云平臺模塊。
        AF-GSM400接入每塊儀表所需流量為20M/月，單個模塊可以接入30塊儀表。默認上傳間隔2分鐘，如發(fā)生報警，會實時上傳數(shù)據(jù)。

3.7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，可以用來監(jiān)測線纜或配電箱體的溫度，提供溫度保護。

 

4 結(jié)束語 
        通過分析可以發(fā)現(xiàn)，將電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合在一起，則能實現(xiàn)智慧式安全用電管理，從而為用戶用電提供安全保障。所以，在電氣火災(zāi)預(yù)防管理方面，還應(yīng)加強基于物聯(lián)網(wǎng)的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用推廣，以突破電氣火災(zāi)監(jiān)控的時空限制，并進一步推動電氣火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。因此，相信隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，智慧式安全用電管理系統(tǒng)也將迎來良好發(fā)展前景。

【參考文獻】
[1]張科強,池雄飛,石艷玲.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的家庭火災(zāi)監(jiān)控硬件系統(tǒng)[J].科技信息,2016,(12):44-45.
[2]林杰強.關(guān)于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)的研究.
[3]安科瑞安全用電管理云平臺手冊.2020.02版.

作者簡介：王蒙蒙，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事安全用電的研發(fā)與應(yīng)用。