海上風(fēng)電機組消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

中國電建集團國際工程有限公司 吳 迪 中國電建集團江西省電力設(shè)計院有限公司 李 克

新時代背景之下，國家對于可再生能源的開發(fā)愈加重視，而海上風(fēng)電機組的存在能夠有效促進可再生能源的開發(fā)?；诖耍托枰嚓P(guān)部門和企業(yè)加強對于海上風(fēng)電機組消防安全的重視度，明確在海上風(fēng)電機組中建設(shè)消防物聯(lián)網(wǎng)的實際意義，并及時完善消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)。

為使海上風(fēng)電機組更具安全性，消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計具有必要性。本文從消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計作用和意義入手，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、監(jiān)控設(shè)計、信息化管理、數(shù)據(jù)分析等多個方面闡述了海上風(fēng)電機組消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，旨在希望為海上風(fēng)電機組排除消防安全隱患。

1 消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計意義

海上風(fēng)電機組建設(shè)在海面之上，由于其地理位置的特殊性，導(dǎo)致海上風(fēng)電機組不能夠像陸地上的風(fēng)電機組一樣能夠隨時進行維護工作。海上風(fēng)電機組在工作時是處于機組獨立運行的工作狀態(tài)，并不能在值班人員看守下進行作業(yè)，所以導(dǎo)致海上風(fēng)電機組一旦出現(xiàn)消防事故，陸面很可能無法實現(xiàn)對于機組設(shè)備的及時救援，從而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。

為保證海上風(fēng)電機組設(shè)備安全，可以使用消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對其進行安全維護，先要派專業(yè)技術(shù)人員前往海上風(fēng)電機組所處位置，并為其安裝一套能夠自動實現(xiàn)消防功能的裝置，然后將海上風(fēng)電機組錄入到消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，錄入之后，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)就可以隨時實現(xiàn)對于海上風(fēng)電機組工作狀態(tài)以及健康狀態(tài)的實時監(jiān)控，一旦出現(xiàn)消防事故物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)就會立即報警，以實現(xiàn)陸面工作者的及時救援，若遇到大風(fēng)大雨天氣無法實現(xiàn)人工救援，還可以手動啟動系統(tǒng)中的自動消防系統(tǒng)進行滅火操作，能夠進一步保證海上風(fēng)電機組的設(shè)備及運行安全，促進可再生能源開發(fā)速度。

2 消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在海上風(fēng)電機組中的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.1.1 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是安裝在海上風(fēng)電機組之上、用來實現(xiàn)海上與陸地之間連接的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以對數(shù)據(jù)進行分析和轉(zhuǎn)換。為防止海上風(fēng)電機組出現(xiàn)消防安全隱患，一般是將物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與消防系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)，一般連接時使用的是RS485串口來連接，聯(lián)接之后物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)就可以隨時監(jiān)控并采集海上風(fēng)電機組消防系統(tǒng)的所有運行數(shù)據(jù)，若出現(xiàn)故障或報警信息，網(wǎng)關(guān)就會迅速將這些信息傳回陸地上的監(jiān)控指揮中心，以實現(xiàn)海上風(fēng)電機組消防安全維護。在選擇物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)時，選擇了具有國家標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，在此通信協(xié)議的基礎(chǔ)之上，還在網(wǎng)關(guān)上添加了能夠遠(yuǎn)程控制的系統(tǒng)設(shè)置，能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)海面上出現(xiàn)大風(fēng)或大雨無法實現(xiàn)及時救援時，能夠遠(yuǎn)程操控消防系統(tǒng)實現(xiàn)緊急滅火。

2.1.2 通信網(wǎng)絡(luò)

為保證陸地與海面能夠?qū)崿F(xiàn)順暢的通信，在監(jiān)控中心和海上風(fēng)電機組之間建立了光纖環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，且為了保證通信網(wǎng)絡(luò)能夠具有一定的安全性，在設(shè)計時采用的是冗余技術(shù)，這種技術(shù)形式能夠做到對通信網(wǎng)絡(luò)中所有數(shù)據(jù)進行實時備份，且若在通信工作中某一點出現(xiàn)了系統(tǒng)斷開，也能夠繼續(xù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信工作，不會出現(xiàn)系統(tǒng)癱瘓的情況，冗余技術(shù)的使用對通信網(wǎng)絡(luò)安全性有著重要意義。為了進一步保證通信網(wǎng)絡(luò)安全，通信系統(tǒng)中所包含的所有網(wǎng)關(guān)、監(jiān)控設(shè)備、信息化設(shè)備都應(yīng)該配備獨立的IP地址，并為其設(shè)立了虛擬局域網(wǎng)，虛擬局域網(wǎng)的設(shè)置會將其與光纖網(wǎng)絡(luò)中的其他應(yīng)用系統(tǒng)分割開來，以保證通信網(wǎng)絡(luò)安全性能夠?qū)崿F(xiàn)進一步提升[1]。

2.1.3 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心在海上風(fēng)電機組消防安全維護上具有重要作用。所以監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)安全是最需要重視的。實現(xiàn)監(jiān)控功能的軟件安裝至監(jiān)控中心的服務(wù)器中，技術(shù)人員可以通過監(jiān)控計算機上的瀏覽器對海上風(fēng)電機組消防安全進行實時監(jiān)控。為提升監(jiān)控中心系統(tǒng)安全性和實用性，一般從兩個方面進行安全維護操作：

第一，兩臺監(jiān)控服務(wù)器所采用的是雙機熱備份的工作模式，也就是兩臺服務(wù)器可以實現(xiàn)同步監(jiān)控進度，一旦工作服務(wù)器出現(xiàn)不能正常運行系統(tǒng)時，另一臺服務(wù)器就會立即接手繼續(xù)工作，給技術(shù)人員維修提供了時間；第二，每一臺服務(wù)器中都有兩套硬盤設(shè)備，但一個是主硬盤、另一個是基于服務(wù)器硬盤設(shè)置模式而衍生出來的鏡像硬盤，若主硬盤在工作中出現(xiàn)異常，鏡像硬盤就能夠自動替代主硬盤進行工作，進一步保證了監(jiān)控中心系統(tǒng)安全性。但海上風(fēng)電機組數(shù)量會逐漸增加，產(chǎn)出數(shù)據(jù)量也會增加，進而會對服務(wù)器產(chǎn)生壓力。為避免這一現(xiàn)象，可以使用動態(tài)擴充的方式將服務(wù)器數(shù)量做出一定程度的提升，以分擔(dān)海上風(fēng)電機組數(shù)量增加對服務(wù)器產(chǎn)生的壓力[2]。

2.2 實時監(jiān)控設(shè)計

實時監(jiān)控的設(shè)計能夠做到隨時監(jiān)控海上風(fēng)電機組的所有消防設(shè)備的運行狀態(tài)。如果出現(xiàn)消防問題，監(jiān)控系統(tǒng)捕捉到后就會將這一問題通報給陸地上的監(jiān)控中心。實時監(jiān)控還可以實現(xiàn)對報警機組的定位工作，它既可以在整個海上風(fēng)電機組的設(shè)備布局圖中選定是具體哪一個設(shè)備出現(xiàn)了消防警報，也可以直接對報警機組在地圖上進行精確度較高的定位。不同程度和級別的消防警報會在監(jiān)控中心中產(chǎn)生不同顏色的警報顏色，且系統(tǒng)能夠自動根據(jù)不同級別消防安全產(chǎn)出一個最佳消防方案，并提示陸地上監(jiān)控中心的值班技術(shù)人員進行系統(tǒng)操作。

若海上風(fēng)電機組出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的火災(zāi)，監(jiān)控中心會直接下達命令要求開啟遠(yuǎn)程滅火系統(tǒng)，接收到命令之后海上風(fēng)電機組自動消防系統(tǒng)就會開始工作。為避免工作人員出現(xiàn)系統(tǒng)誤操作而耽誤海上風(fēng)電機組工作效率，遠(yuǎn)程滅火系統(tǒng)的啟動需要當(dāng)時值班的兩名技術(shù)人員同時將啟動密碼輸入才可以實現(xiàn)。

2.3 視頻聯(lián)動

為了保證海上風(fēng)電機組的工作安全，在海上風(fēng)電機組中需要設(shè)置一定數(shù)量的視頻監(jiān)控設(shè)備，并同時做好視頻設(shè)備之間的聯(lián)動工作，確保能夠?qū)崿F(xiàn)一個機組設(shè)備有兩個或兩個以上的視頻設(shè)備做覆蓋，并對這些視頻設(shè)備及其所覆蓋的機組設(shè)備進行準(zhǔn)確數(shù)據(jù)記錄。這一系統(tǒng)設(shè)置的主要目的是當(dāng)海上風(fēng)電機組中某一設(shè)備出現(xiàn)了火災(zāi)警報時，陸地工作人員可以立即根據(jù)系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)調(diào)取覆蓋該設(shè)備的視頻監(jiān)控設(shè)備，并對該設(shè)備進行多角度視頻觀察，以獲取判斷火災(zāi)警報真?zhèn)?、火?zāi)情況嚴(yán)重程度等信息，觀察完畢后，陸地上的工作人員需要根據(jù)海上風(fēng)電機組設(shè)備具體情況，來采取不同的救援手段，以保證將海上風(fēng)電機組消防事故造成的損害降到最低，視頻監(jiān)控設(shè)備的使用也有效避免了消防系統(tǒng)誤警報、值班人員誤操作的情況產(chǎn)生，對于海上風(fēng)電機組的工作安全和工作效率都能夠有所幫助[3]。

2.4 明確消防系統(tǒng)建設(shè)情況

在整個消防系統(tǒng)都設(shè)立好了之后，需要工作人員將整個消防系統(tǒng)的設(shè)置繪制成一張圖。通過這張繪制圖，可以使陸地上的工作人員明確系統(tǒng)布局，為后續(xù)消防安全維護工作提供方便。在繪制圖的過程之中也要注意，圖中的一些具體信息一定要記錄的準(zhǔn)確細(xì)致，例如視頻監(jiān)控的數(shù)量、滅火控制器的數(shù)量、感煙探測器的數(shù)量等，這些數(shù)據(jù)的記錄能夠使工作人員明確救援方案，在海上機組設(shè)備發(fā)生消防安全問題時能夠起到至關(guān)重要的作用。

2.5 消防資料信息化管理

消防系統(tǒng)的資料能夠被完整保存是整個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)得以運行的重要基礎(chǔ)，也是在對消防設(shè)備進行日常維護和保養(yǎng)的技術(shù)保障。消防資料上需要明確風(fēng)電機組數(shù)量、自動消防設(shè)備布局、消防設(shè)備的型號及編號等重要信息，并能夠?qū)崿F(xiàn)對信息進行實時查詢與修改。消防資料信息化能夠更加直接有效的對消防信息進行管理和制作。

首先，信息化平臺可以對圖元進行制作，技術(shù)人員在制作圖元時要將圖元設(shè)置為不同類型，以方便其對不同消防設(shè)備進行表達；其次，信息化平臺還可以對消防設(shè)備布局圖實現(xiàn)制作，系統(tǒng)中存在和CAD繪圖軟件級別相同的圖紙，技術(shù)人員可以直接使用本系統(tǒng)進行布局圖繪制工作，根據(jù)海上風(fēng)電機組消防系統(tǒng)設(shè)置，利用不同圖元來表示不同設(shè)備，進而實現(xiàn)完整消防布局圖的制作。完成制作后，當(dāng)海上風(fēng)電機組發(fā)生火災(zāi)警報，工作人員就可以直接通過消防布局圖上的定位來確定預(yù)警設(shè)備，方便后續(xù)救援工作。若海上風(fēng)電機組建筑面積較大，則可以按照樓層或防火區(qū)域?qū)ο啦季謭D進行劃分，使海上風(fēng)電機組消防布局圖更加清晰且具有實用性。

2.6 數(shù)據(jù)分析

大數(shù)據(jù)背景之下，可以運用現(xiàn)代化技術(shù)手段來幫助進行海上風(fēng)電機組的消防安全維護工作。當(dāng)前在市場上受到廣泛歡迎的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)很適合應(yīng)用于這一操作中。技術(shù)人員需要在監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)庫中應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，數(shù)據(jù)挖掘可以通過對設(shè)備維修時間、設(shè)備完好率、日常運行數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的挖掘，從中選擇出有效數(shù)據(jù)并對這些數(shù)據(jù)展開分析和預(yù)測工作，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)還能夠根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息，對當(dāng)前海上風(fēng)電機組消防安全及其日常維護水平進行系統(tǒng)性評估，為加強其消防系統(tǒng)設(shè)置提供一些有效修改建議并提供做出此決策的依據(jù)，能夠進一步保證海上風(fēng)電機組工作安全[4]。

2.7 權(quán)限管理

在對消防系統(tǒng)進行管理時，也要對陸地上管理人員管理權(quán)限進行細(xì)致劃分。在系統(tǒng)管理中主要涉及到三個部分的管理權(quán)限，分別是數(shù)據(jù)權(quán)限、菜單權(quán)限以及功能按鈕權(quán)限，其中具有數(shù)據(jù)權(quán)限的管理人員可以實現(xiàn)對于數(shù)據(jù)范圍的查看以及日常管理；具有菜單權(quán)限的管理人員可以設(shè)置是否展示某一菜單；具有功能按鈕權(quán)限的管理人員則是具有隨時添加、刪除或更改等按鈕的操作權(quán)限。

通過將管理系統(tǒng)中這些管理權(quán)限進行細(xì)致的劃分，可以實現(xiàn)對管理人員的成體系管理，明確個人管理職責(zé)，保證責(zé)任能夠落實到個人。若海上風(fēng)電機組設(shè)備較多，在管理時還可以采用分級管理的模式，在總監(jiān)控中心附近設(shè)立一些附屬監(jiān)控分中心，每一個分中心負(fù)責(zé)一個區(qū)域的消防系統(tǒng)管理，并在總監(jiān)控中心實現(xiàn)匯總，極大地提高了管理效率，也保證了海上風(fēng)電機組的安全。

2.8 自身監(jiān)控

消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是一個較為復(fù)雜、龐大的系統(tǒng)，且其在實際應(yīng)用中具有非常重要的作用，能夠保證海上風(fēng)電機組的消防安全。基于此，消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對于自身安全的監(jiān)控也不容忽視，系統(tǒng)中應(yīng)該進一步完善自身監(jiān)控系統(tǒng)，做到當(dāng)自身出現(xiàn)故障時能夠及時預(yù)警，方便技術(shù)人員對系統(tǒng)進行維修，保證后續(xù)工作順利進行。

2.9 遠(yuǎn)程調(diào)試及升級

消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在符合國家檢測標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上，添加了遠(yuǎn)程調(diào)試和軟件升級的功能設(shè)置。在陸地上的監(jiān)控中心中，這一功能能夠隨時挖掘物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，并隨時監(jiān)控其運行情況，若服務(wù)器自身運行出現(xiàn)問題會及時進行預(yù)警提示。

一般情況下，若物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)中的嵌入式軟件需要更新升級，需要專業(yè)技術(shù)人員到達現(xiàn)場，再對嵌入式軟件進行更新,這樣的軟件更新方式比較麻煩，工作效率也很低，會對海上風(fēng)電機組工作造成一定程度的影響。但現(xiàn)在通過系統(tǒng)處理器可以實現(xiàn)技術(shù)人員遠(yuǎn)程編程，編程完畢后，總監(jiān)控中心會將代碼通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸給互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通過對監(jiān)控中心傳來的嵌入式軟件更新代碼的接收，可以對代碼正確與否作出檢測，若代碼正確無誤便可以實現(xiàn)嵌入式軟件的自動更新，這一功能能夠有效提升海上風(fēng)電機組嵌入式軟件更新效率，以保證海上風(fēng)電機組工作能夠順利進行。

3 結(jié)語

綜上所述，消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)置能夠有效保證海上風(fēng)電機組的消防安全。系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)控，還能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制滅火，隨著我國海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的逐步發(fā)展，消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將會有更多的使用空間，進一步實現(xiàn)對于海上風(fēng)電機組的消防安全維護。