基于電氣火災監控系統與物聯(lián)網(wǎng)的設計與研究

摘要：在電氣火災監控方面，利用物聯(lián)網(wǎng)能夠實(shí)現對監控系統的升級改造?；谶@種認識，本文對電氣火災監控系統與物聯(lián)網(wǎng)的結合問(wèn)題展開(kāi)了探討，完成了基于物聯(lián)網(wǎng)的電氣火災監控系統設計，以實(shí)現智慧式安全用電管理。

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

0引言

從火災事故的發(fā)生原因來(lái)看，大量的事故都是由電氣故障引起的。但就目前來(lái)看，現有電氣火災監控系統具有實(shí)時(shí)性差、集成度低等問(wèn)題，難以滿(mǎn)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(shí)現智慧式安全用電管理提供了技術(shù)支撐。因此，還應加強對電氣火災監控系統與物聯(lián)網(wǎng)的研究，以便更好地推動(dòng)電氣火災監控技術(shù)的發(fā)展。

1 電氣火災監控系統與物聯(lián)網(wǎng)的結合

電氣火災監控系統的設計，目的是有效預防電氣火災事故。借助系統，則能通過(guò)實(shí)時(shí)監控完成電氣火災隱患的動(dòng)態(tài)排查，從而實(shí)現事故防控和預警預報。但從家庭用電角度進(jìn)行思考，采用該種系統無(wú)法實(shí)現對家庭用電情況的實(shí)時(shí)監控，所以也無(wú)法及時(shí)進(jìn)行電氣火災隱患排查。近年來(lái)，隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品向著(zhù)智能化、系統化的方向發(fā)展，在不同領(lǐng)域相繼出現了應用標準，并獲得了市場(chǎng)和*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 )的構建，所以能夠加強與現實(shí)世界的lianxi。作為物聯(lián)網(wǎng)系統的感知層，傳感器網(wǎng)絡(luò )能夠用于獲取周?chē)h(huán)境信息，包含溫濕度、圖像等，能夠將信息上傳網(wǎng)絡(luò )，并進(jìn)行處理、分析和存儲。結合分析結果，系統則能完成相關(guān)事件的觸發(fā)，進(jìn)而實(shí)現對監控物體參數的調整或發(fā)出警報[1]。將電氣火災監控系統與物聯(lián)網(wǎng)結合在一起，則能利用物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)、大數據技術(shù)等技術(shù)完成電氣線(xiàn)路設備上的漏電、負載、短路、接觸電阻過(guò)大、溫度、電火花及電弧等用電數據的采集和處理，并利用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)將數據上傳云平臺，然后借助手機APP實(shí)現安全用電集中管理。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的電氣火災監控系統的設計

2.1 系統架構

從系統架構上來(lái)看，基于物聯(lián)網(wǎng)的電氣火災監控系統可以劃分為三個(gè)層次，即感知層、網(wǎng)絡(luò )層和應用層。其中，感知層負責進(jìn)行外界火災信息采集，需要利用感知設備獲取信息，由測溫式監控探測器、剩余電流式監控探測器、故障電弧探測裝置、電壓式監控探測器等多種設備構成。網(wǎng)絡(luò )層負責實(shí)現信息傳遞，由無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)、互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、后臺數據服務(wù)器構成，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)負責將感知層數據上傳至互聯(lián)網(wǎng)，后臺服務(wù)器由WEB服務(wù)器、智能分析服務(wù)器和數據存儲服務(wù)器構成。采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)，則能突破系統數據傳輸所受的時(shí)空限制，因此能夠為系統信息交互提供保障。此外，系統應用層負責進(jìn)行終端監控，可利用手機APP進(jìn)行信息獲取，并結合數據分析結果進(jìn)行用電裝置的管理。為此，還要完成開(kāi)放式監控中心平臺的搭設，并允許系統用戶(hù)憑借賬戶(hù)、密碼進(jìn)入平臺，以實(shí)現對電氣火災監控信息的隨時(shí)查看。而該平臺也負責完成在線(xiàn)監測和統計分析，能夠結合電氣線(xiàn)路參數數據及時(shí)發(fā)現線(xiàn)路和設備的用電安全隱患，并及時(shí)向用戶(hù)發(fā)送預警信息，以指導用戶(hù)對用電設備和線(xiàn)路隱患進(jìn)行治理。

2.2 系統工作流程

在系統工作的過(guò)程中，首先會(huì )開(kāi)始jianting用電情況，即將監控系統打開(kāi)，并利用數據采集終端完成電氣線(xiàn)路數據的實(shí)時(shí)采集，然后對采集得到的數據進(jìn)行分析和處理。通過(guò)處理，系統則能完成電弧檢測特征參數、功率值、電器識別特征參數等數據參數的獲取。根據數據的實(shí)時(shí)變化情況，系統可判斷電氣線(xiàn)路是否出現設備接入或移除情況。在有設備接入或移除時(shí)，系統可根據用電采樣值差值對設備用電數據和相關(guān)特征參數進(jìn)行計算，然后結合線(xiàn)路功率變化確認采用哪種操作方式。在線(xiàn)路功率超負荷的條件下，系統會(huì )采取一些保護措施或向用戶(hù)報警。此外，采用電弧檢測算法，系統可進(jìn)行線(xiàn)路電流特征值分析，以確認電氣線(xiàn)路是否存在故障電弧。根據分析結果，系統可判斷是否存在惡性負載，并決定是否發(fā)出警報。

2.3 系統各部分功能

從系統功能上來(lái)看，數據采集終端負責完成電氣線(xiàn)路中各種用電數據的采集，并負責完成采樣點(diǎn)數據處理和分析。按照一定的格式將處理得到的數據打包，采集終端則能利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)將數據上傳至網(wǎng)絡(luò )層。借助互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，分散的前端數據信息則能得到集中，并傳輸至系統服務(wù)器端。借助大數據、云計算等技術(shù)，系統智能分析服務(wù)器可處理接收得到的數據包，以獲得實(shí)時(shí)用電數據信息和終端號。從數據存儲服務(wù)器中進(jìn)行特征值樣本的提取，智能分析服務(wù)器則能完成數據的匹配度計算，以獲得設備類(lèi)型和判斷線(xiàn)路是否存在故障電弧。借助WEB服務(wù)器，系統能實(shí)現瀏覽器圖形化界面的管理，在監控終端顯示系統分析結果。系統監控終端可通過(guò)手機瀏覽器進(jìn)行線(xiàn)路供電、設備用電和故障電弧等信息的顯示，并通過(guò)遠程管理實(shí)現設備通斷電管理。在用戶(hù)需要利用手機APP進(jìn)行電氣火災監控管理時(shí)，可借助APP平臺訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。系統監控終端可從數據存儲服務(wù)器中完成用戶(hù)信息的調取，以確認用戶(hù)是否有管理控制權限。在確認用戶(hù)身份后，系統可提供用電信息，用戶(hù)則能結合信息對各種用電設備進(jìn)行遠程監控和管理。

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能夠對剩余電流、設備溫度、故障電弧等電氣故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監控、報警、記錄，并且通過(guò)云端的遠程控制。設備與云端的通訊方向不受限制，能上傳數據、透傳指令，并短時(shí)間顯示實(shí)時(shí)狀態(tài)。通過(guò)對上傳至云端的數據進(jìn)行分析，為用戶(hù)提供火災隱患的相關(guān)數據，能夠及早的發(fā)現問(wèn)題并實(shí)施排查，避免火災的發(fā)生。另一方面，云平臺提供超大容量的信息儲存及穩定的服務(wù)，提升了服務(wù)質(zhì)量，對用戶(hù)的長(cháng)遠發(fā)展具有戰略意義。此外，該系統通過(guò)集中監控，使得數據通過(guò)每個(gè)節點(diǎn)的4G網(wǎng)絡(luò )傳輸至云端集中式管理和監控，主控端布置于城市消防大隊，從而能夠對采集的信息進(jìn)行統一的監控和管理。

具體功能如下：

3.1.1安全用電監管服務(wù)系統包含安全用電管理云平臺、電腦終端顯示系統、手機APP、漏電探測器、漏電互感器、電流互感器等。
   3.1.2安全用電監管服務(wù)系統平臺能展示剩余電流、溫度、電流等電氣安全參數的實(shí)時(shí)監測數據及變化曲線(xiàn)、歷史數據與變化曲線(xiàn)、實(shí)時(shí)報警數據等，能實(shí)時(shí)顯示現場(chǎng)服務(wù)次數、排除隱患數、未排除隱患數、報警未處理數、常規巡檢及產(chǎn)品維護等數據，監管數據能保存十年以上。
   3.1.3手機APP軟件同時(shí)具有IOS版本和安卓版本，能通過(guò)手機APP對每條報警記錄進(jìn)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(gè)單位及設備的電氣安全運行情況進(jìn)行自動(dòng)統計和分析評估，并隨時(shí)展示電氣安全運行分析報告。
   3.1.5監控探測終端產(chǎn)品滿(mǎn)足國家法律法規和有關(guān)技術(shù)標準（GB14287.2《剩余電流式電氣火災監控探測器》和GB14287.3《測溫式電氣火災監控探測器》）的要求，并通過(guò)國家消防產(chǎn)品質(zhì)量監測檢驗中心提供的消防3C認證。
   3.1.6漏電探測器能同時(shí)探測剩余電流、四路溫度、三相電流等參數值，并能通過(guò)無(wú)線(xiàn)以移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò )接入安全用電監管系統平臺。

3.2漏電火災監控探測器

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，可監測回路故障電弧的發(fā)生，并及時(shí)預警，提醒用戶(hù)處理，防止電弧導致的火災的發(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，可監測回路短路過(guò)載等故障信息，發(fā)生故障時(shí)預警和產(chǎn)生滅弧效果，防止電弧導致的火災的發(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(guò)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(shí)時(shí)監測用電線(xiàn)路電流，當線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí)，能在150微秒內實(shí)現快速限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。
       3.4.2過(guò)載保護功能。當被保護線(xiàn)路的電流過(guò)載且過(guò)載持續時(shí)間超過(guò)動(dòng)作時(shí)間（3…60秒可設）時(shí)，保護器啟動(dòng)限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。
       3.4.3表內超溫保護功能。當保護器內部器件工作溫度過(guò)高時(shí)，保護器啟動(dòng)超溫限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。
       3.4.4過(guò)、欠壓保護功能。當保護器檢測到線(xiàn)路電壓過(guò)壓或欠壓時(shí)，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動(dòng)限流保護。
       3.4.5配電線(xiàn)纜溫度監測功能。當被監測線(xiàn)纜溫度超過(guò)報警設定值時(shí)，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動(dòng)限流保護。
       3.4.6漏電流監測功能。當被監測的線(xiàn)路漏電超過(guò)報警設定值時(shí)，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動(dòng)限流保護。
       3.4.7保護器具有1路RS485接口，1路2G無(wú)線(xiàn)通訊，可以將數據發(fā)送到后臺監控系統，實(shí)現遠程監控。

3.5剩余電流互感器

3.6AF-GSM400-2G/4G無(wú)線(xiàn)上傳模塊
       AF-GSM400-2G/4G/CE模塊是一款2G/4G有線(xiàn)無(wú)線(xiàn)模塊，該無(wú)線(xiàn)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(gè)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(huì )實(shí)時(shí)上傳數據。

3.7溫度傳感器

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

4 結束語(yǔ) 
       通過(guò)分析可以發(fā)現，將電氣火災監控系統與物聯(lián)網(wǎng)結合在一起，則能實(shí)現智慧式安全用電管理，從而為用戶(hù)用電提供安全保障。所以，在電氣火災預防管理方面，還應加強基于物聯(lián)網(wǎng)的電氣火災監控系統的應用推廣，以突破電氣火災監控的時(shí)空限制，并進(jìn)一步推動(dòng)電氣火災監控技術(shù)的發(fā)展。因此，相信隨著(zhù)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，智慧式安全用電管理系統也將迎來(lái)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)的家庭火災監控硬件系統[J].中國科技信息,2016,(12):44-45. 
[2]林杰強.關(guān)于電氣火災監控系統與物聯(lián)網(wǎng)的研究.
[3]安科瑞安全用電管理云平臺手冊.2020.02版.