基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)研究

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，國民經(jīng)濟(jì)水平的不斷增長，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了無限動力，大量高性能高功率的電器也已進(jìn)入普通家庭。但因電氣線路和電氣故障引起的火災(zāi)事故居高不下，電氣火災(zāi)在整個火災(zāi)所占的比例中，已從80年代的10%上升到近幾年的30%左右，而且還有進(jìn)一步上升的趨勢。因此，研究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控，從而抑制電氣火災(zāi)的產(chǎn)生，減少電氣火災(zāi)對人身和財產(chǎn)危害的影響是非常重要的。本文所介紹的內(nèi)容是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、電氣火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)集一體的遠(yuǎn)程電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；電氣火災(zāi)；智能監(jiān)控；火災(zāi)防控

目前，在國際上的各個領(lǐng)域?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用非常重視。作為步入新時代的中國，已將物聯(lián)網(wǎng)做為新興的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，并逐漸應(yīng)用于智能工農(nóng)業(yè)、智能家居、智能安防與環(huán)境檢測等更為廣闊的領(lǐng)域。在十九大報告中習(xí)近平總書記明確提出“樹立安全發(fā)展理念，弘揚(yáng)生命至上、安全第一的思想，健全公共安全體系，完善安全生產(chǎn)責(zé)任制，堅決遏制重特大安全事故，提升防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)能力”的要求。而根據(jù)公安部消防局統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，僅2017年一季度全國因電氣故障等原因所引發(fā)的火災(zāi)就有2.4萬起，占起火原因比例最高。因此，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用于災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控的精細(xì)化管理，提高電氣火災(zāi)隱患排查的預(yù)防及監(jiān)管能力。

一、系統(tǒng)技術(shù)方案

本系統(tǒng)是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、電氣火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)集一體的遠(yuǎn)程電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。利用無線通信、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段，將電氣安全探測器、感煙探測器、漏電探測器、溫度探測器、剩余電流互感器、CCD圖像傳感器、電弧傳感器等設(shè)備做為終端數(shù)據(jù)的采集，用以監(jiān)管電纜、分支箱、配電室、高低壓配電柜、供電末端以及變壓器等電氣的實(shí)時安全用電閾值與現(xiàn)場信息；采集所得的監(jiān)控終端數(shù)據(jù)參數(shù)與狀態(tài)信息通過電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器收集匯總到采用嵌入式面板安裝的電氣火災(zāi)監(jiān)控器上，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與預(yù)處理；經(jīng)分布式網(wǎng)絡(luò)通信的總線連接，即：現(xiàn)場電氣火災(zāi)監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)通信CAN總線，以及實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的以太網(wǎng)，將分析所得的數(shù)據(jù)信號與預(yù)處理結(jié)果，及時準(zhǔn)確的傳遞至監(jiān)控主機(jī)；采用觸摸液晶顯示的監(jiān)控主機(jī)較為直觀的將報警信號、圖形信息、電氣運(yùn)行狀況、控制信號、故障點(diǎn)等信息，呈現(xiàn)予遠(yuǎn)程用戶以便監(jiān)控管理；通過互聯(lián)網(wǎng)將監(jiān)控主機(jī)所收集的數(shù)據(jù)信息上傳到智能管理云平臺，利用移動通信等智能終端實(shí)時為用戶推送監(jiān)控信息、用電閾值等云端服務(wù)。

本系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)所組成的工作平臺，是以感煙、漏電等探測器以及圖像、剩余電流等傳感器做為終端數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)層；以電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)做為數(shù)據(jù)分析與預(yù)處理的決策層；以分布式網(wǎng)絡(luò)通信總線連接的通信管理機(jī)做為系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信層；以采用觸摸液晶顯示的監(jiān)控主機(jī)做為系統(tǒng)的綜合管理層；以智能管理云平臺做為監(jiān)控主機(jī)的運(yùn)維服務(wù)層。以上5種結(jié)構(gòu)層完整構(gòu)建了具有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，且能夠?qū)崿F(xiàn)電氣火災(zāi)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的系統(tǒng)工作平臺。

二、系統(tǒng)基本信息

（一）系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)的工作原理是，當(dāng)電氣設(shè)備由于電流載荷過大、功率過高、溫度驟升等原因，使電弧、漏電等探測器以及圖像、剩余電流等傳感器所檢測的報警閾值超出預(yù)設(shè)的異常狀態(tài)范圍值時，終端探測裝置會利用自身功能進(jìn)行數(shù)據(jù)參數(shù)與狀態(tài)信息的現(xiàn)場采集，并將所采集的監(jiān)控終端數(shù)據(jù)輸送至電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器中，通過監(jiān)控探測器CUP對異常閾值進(jìn)行運(yùn)算分析、A/D轉(zhuǎn)換，比較其報警預(yù)設(shè)值，同時將數(shù)據(jù)信息、報警信息、狀態(tài)信息傳至電氣火災(zāi)監(jiān)控器，監(jiān)控器對所獲得信息進(jìn)一步處理分析，當(dāng)確認(rèn)現(xiàn)場信息的發(fā)展趨勢存在火災(zāi)隱患時，經(jīng)CAN總線、以太網(wǎng)組成的分布式網(wǎng)絡(luò)通信總線傳送到監(jiān)控主機(jī)，同時監(jiān)控主機(jī)的報警器蜂鳴、報警指示燈閃爍，顯示屏上顯示現(xiàn)場狀態(tài)信息、數(shù)據(jù)參數(shù)及報警等信息以便通知監(jiān)控用戶對報警現(xiàn)場執(zhí)行正確操作，如現(xiàn)場異常狀態(tài)發(fā)展趨勢較為迅猛，系統(tǒng)會自動將所監(jiān)控的電氣進(jìn)行斷電，避免火災(zāi)的發(fā)生，并將所采集的實(shí)時數(shù)據(jù)信息由GPRS、3G/4G、SMS、WIFI等多種互聯(lián)網(wǎng)方式及時準(zhǔn)確地上傳至智能管理云平臺，以短信、微信、手機(jī)APP等多種形式將報警信息推送到相關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)及管理用戶的終端。實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)隱患早管控、早預(yù)防、早發(fā)現(xiàn)、早化解的智能監(jiān)控管理的目的。

（二）系統(tǒng)特征

1）通過智能監(jiān)控系統(tǒng)對電氣終端的實(shí)時監(jiān)控，能夠更加及時準(zhǔn)確地將現(xiàn)場相關(guān)指標(biāo)參數(shù)以數(shù)字化的形式呈現(xiàn)予監(jiān)控用戶，便于用戶將電氣的運(yùn)行控制在安全范圍。

2）利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)智能遠(yuǎn)程監(jiān)控，無需監(jiān)控人員長期堅守在電氣運(yùn)行現(xiàn)場。如有火災(zāi)隱患，本系統(tǒng)會通過無線互聯(lián)的形式傳送至用戶終端及相關(guān)部門，減少嚴(yán)重事故的發(fā)生的頻次，減少損失，降低人力定點(diǎn)巡查的成本，在避免火災(zāi)發(fā)生的同時進(jìn)一步提升管理效率。

3）大數(shù)據(jù)智能云平臺可以為監(jiān)控用戶提供可視化圖表分析，全方位指標(biāo)監(jiān)控，實(shí)時異常報警通知等服務(wù)。能夠有效地抵抗各種因素造成的干擾，能夠適應(yīng)惡劣的現(xiàn)場環(huán)境。

4）智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)行實(shí)名認(rèn)證，限制非認(rèn)證用戶的訪問權(quán)限，對非法操作進(jìn)行日志記錄，對用戶信息進(jìn)行加密以防外泄，確保系統(tǒng)的安全性；緩存所采集數(shù)據(jù)，避免網(wǎng)絡(luò)傳輸繁忙丟失數(shù)據(jù)，確保系統(tǒng)的可靠性。

三、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能

（一）一體化安全監(jiān)控

實(shí)現(xiàn)將電氣設(shè)備安全狀態(tài)的實(shí)時參數(shù)與運(yùn)行狀況，以圖表及數(shù)字化的形式進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控、智能監(jiān)控；實(shí)現(xiàn)異常狀態(tài)下故障報警的精準(zhǔn)診斷，智能排除誤報的可能性，通過手機(jī)APP、短信、微信、PC等多種客戶端進(jìn)行實(shí)時推送監(jiān)控信息，隨時隨地全天候地為用戶終端提供及時準(zhǔn)確可靠的現(xiàn)場監(jiān)控信息，以便對現(xiàn)場情況進(jìn)行分析，輔助管理者提高對監(jiān)控現(xiàn)場的正確判斷能力；實(shí)現(xiàn)客戶端對火災(zāi)監(jiān)控器進(jìn)行遠(yuǎn)程配置，監(jiān)控點(diǎn)數(shù)據(jù)信息逐個瀏覽等功能；實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)智能云平臺對安全用電閾值與預(yù)設(shè)報警值的處理分析，預(yù)測電氣運(yùn)行狀態(tài)的發(fā)展趨勢，對可能出現(xiàn)的電氣故障進(jìn)行預(yù)估處理，為監(jiān)控用戶提供可視化圖表分析，做到未見火災(zāi)先知隱情的科學(xué)化、自動化、現(xiàn)代化的全方位指標(biāo)監(jiān)控智能管理系統(tǒng)。

（二）能耗監(jiān)測分析

實(shí)時監(jiān)測電氣正常運(yùn)行所消耗的電能是否符合其出廠時制定的能耗標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)測各監(jiān)測區(qū)域的能耗走勢；實(shí)現(xiàn)環(huán)比同比分項分類匯總顯示所監(jiān)控對象在年、月、日、時的能耗水平，并對其進(jìn)行評估分析掌握用能趨勢；實(shí)現(xiàn)實(shí)時動態(tài)監(jiān)測管理，制定監(jiān)測周期計劃及額定用能值，對用能高負(fù)荷進(jìn)行預(yù)報警，促進(jìn)節(jié)能降耗；實(shí)現(xiàn)利用無線互聯(lián)網(wǎng)跨網(wǎng)絡(luò)、跨平臺訪問服務(wù)器，個性配置用能參數(shù)、類型、結(jié)構(gòu)等基本信息，科學(xué)準(zhǔn)確的判斷耗能情況，做到集中管理、智能管理；

（三）設(shè)備動態(tài)管理

實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備運(yùn)行周期的動態(tài)臺賬管理，記錄電氣設(shè)備的安裝調(diào)試時間、記錄維修保養(yǎng)及巡檢次數(shù)、故障頻次及運(yùn)行時長等信息；實(shí)現(xiàn)電氣與監(jiān)控設(shè)備動態(tài)關(guān)聯(lián)，實(shí)時更新臺賬數(shù)據(jù)；實(shí)現(xiàn)維保人員對電氣及監(jiān)控設(shè)備做出正確質(zhì)量評估，及時對存在隱患的零部件進(jìn)行維護(hù)或更換；智能監(jiān)控系統(tǒng)中的電氣火災(zāi)探測器實(shí)現(xiàn)終端數(shù)據(jù)的采集，及時發(fā)現(xiàn)報警信息，并將剩余電流、溫度等信息上傳至的電氣火災(zāi)監(jiān)控器；監(jiān)控器實(shí)現(xiàn)實(shí)時與歷史數(shù)據(jù)的存儲、分析及預(yù)處理功能；

（四）其他功能

實(shí)現(xiàn)電纜溫度、漏電及剩余電流的分布式、線式探測；實(shí)現(xiàn)民用、工農(nóng)業(yè)等多領(lǐng)域電氣火災(zāi)的預(yù)防；實(shí)現(xiàn)高低壓分支箱、配電室、高低壓配電柜、供電末端以及變壓器等不同高低壓電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測；實(shí)現(xiàn)ARM嵌入式的較大數(shù)據(jù)處理內(nèi)存，增強(qiáng)數(shù)據(jù)運(yùn)算能力、加快通信速率，提高系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控的性能；實(shí)現(xiàn)人性化、個性化的圖表數(shù)據(jù)監(jiān)控界面，以更加直觀、更加便捷、易操作的形式呈現(xiàn)予客戶終端；

本系統(tǒng)是以預(yù)防為主，防控結(jié)合，實(shí)現(xiàn)云平臺的數(shù)據(jù)集中管理與實(shí)時推送，將分布式架構(gòu)與多層管理模式有效應(yīng)用于實(shí)際，不僅能做到電氣設(shè)備的故障報警與自動斷電，同時還能有效利用無線互聯(lián)技術(shù)使相關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)及管理用戶的終端及時準(zhǔn)確掌握現(xiàn)場情況主體功能。

四、結(jié)語

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)雖然已經(jīng)被一些企事業(yè)單位所使用，但受利益的驅(qū)使、安全意識淡薄等原因致使電氣火災(zāi)事故仍居高不下，國家為了降低威脅人民群眾生命財產(chǎn)安全的火災(zāi)事故，已經(jīng)制定了相關(guān)法律法規(guī)與安全管理措施，其目的不僅是為了防止和減少電氣火災(zāi)，同時也是為了保障單位和個人利益，促進(jìn)社會和諧穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)穩(wěn)中向好可持續(xù)發(fā)展。因此，研究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控，響應(yīng)數(shù)字中國戰(zhàn)略布局新時代，樹立生命至上、安全發(fā)展的理念，立足于“預(yù)防為主，消防結(jié)合”的消防工作方針。

總而言之，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)合應(yīng)用，不僅實(shí)現(xiàn)了電氣火災(zāi)的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控，同時也將科學(xué)化、現(xiàn)代化的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)推向了高速發(fā)展的快車道。智能監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)階段雖然取得了很大的進(jìn)步，但在一些科技水平要求較高、創(chuàng)新能力較強(qiáng)的技術(shù)領(lǐng)域仍有待提高。所以合理利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云管理平臺等先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用于災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)智能監(jiān)控的精細(xì)化管理，提高電氣火災(zāi)隱患排查的預(yù)防及監(jiān)管能力。

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作者簡介：朱鵬（1984），男，漢族，天津人，本科，一級實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，研究方向：機(jī)械制造及其自動化。