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    淺談基于物聯網的智能電氣火災監控系統研究及功能

    發布時間: 2020-06-04  點擊次數: 475次

    摘要:隨著科學技術水平的不斷進步,國民經濟水平的不斷增長,給工農業生產帶來了無限力,大量高性能高功率的電器也已進入普通家庭。但因電氣線路和電氣故障引起的火災事故居高不下,電氣火災在整個火災所占的比例中,已從 80年代的10%上升到近幾年的 30%左右,而且還有進一步上升的趨勢。因此研究基于物聯網技術來實現電氣火災的遠程智能監控,從而抑制電氣火災的產生,減少電氣火災對人身和財產危害的影響是非常重要的。 本文所介紹的內容是將物聯網技術、電氣火災監控技術集一體的遠程電氣火災監控系統。

    關鍵詞:物聯網;電氣火災;智能監控;火災防控、安全用電監控
    言:
        目在上的各個領域對物聯網技術的研究與應用非常重視。 作為步入新時代的中國,已將物聯網做為新興的戰略產業,并逐漸應用于智能工農業、智能家居、智能安防與環境檢測等為廣闊的領域。 在十九界人大報告中總書記明確提出“樹立安全發展理念,弘揚生命至上、安全的思想,健全公共安全體系,完善安全生產責任制,堅決遏制重特大安全事故,提升防災減災救災能力”的要求。而根據消防局統計數據顯示,僅 2017 年一季度全國因電氣故障等原因所引發的火災就有 2.4萬起,占起火原因比例高。因此,在現有技術的基礎上,將物聯網、大數據、云計算等先進的技術應用于災害應急響應領域,實現遠程數據監控。
    一、系統技術方案                                           
        本系統是將物聯網技術、電氣火災監控技術集一體的遠程電氣火災監控系統。 利用無線通信、移動互聯網、云計算、大數據等技術手段,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、電弧傳感器等設備做為終端數據的采集,用以監管電纜、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時安全用電閾值與現場信息;采集所得的監控終端數據參數與狀態信息通過電氣火災監控探測器收集匯總到采用嵌入式面板安裝的電氣火災監控器上,進行數據的分析與預處理;經分布式網絡通信的總線連接,即:現場電氣火災監控的網絡通信 CAN 總線,以及實現遠程監控的以太網,將分析所得的數據信號與預處理結果,及時準確的傳遞至監控主機;采用觸摸液晶顯示的監控主機較為直觀的將報警信號、圖形信息、電氣運行狀況、控制信號、故障點等信息,呈現予遠程用戶以便監控管理;通過互聯網將監控主機所收集的數據信息上傳到智能管理云平臺,利用移動通信等智能終端實時為用戶推送監控信息、用電閾值等云端服務。
    本系統各結構所組成的工作平臺,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據采集的基礎層;以電氣火災監控系統做為數據分析與預處理的決策層;以分布式網絡通信總線連接的通信管理機做為系統的網絡通信層;以采用觸摸液晶顯示的監控主機做為系統的綜合管理層;以智能管理云平臺做為監控主機的運維服務層。以上 5 種結構層完整構建了具有物聯網技術,且能夠實現電氣火災遠程監控功能的系統工作平臺。
    二、系統基本信息
    (一) 系統工作原理
        本系統的工作原理是,當電氣設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設的異常狀態范圍值時,終端探測裝置會利用自身功能進行數據參數與狀態信息的現場采集,并將所采集的監控終端數據輸送至電氣火災監控探測器中,通過監控探測器 CUP 對異常閾值進行運算分析、A / D 轉換,比較其報警預設值,同時將數據信息、報警信息、狀態信息傳至電氣火災監控器,監控器對所獲得信息進一步處理分析,當確認現場信息的發展趨勢存在火災隱患時,經 CAN 總線、以太網組成的分布式網絡通信總線傳送到監控主機,同時監控主機的報警器蜂鳴、報警指示燈閃爍,顯示屏上顯示現場狀態信息、數據參數及報警等信息以便通知監控用戶對報警現場執行正確操作,如現場異常狀態發展趨勢較為迅猛,系統會自動將所監控的電氣進行斷電, 避免火災的發生,并將所采集的實時數據信息由GPRS、3G/4G、SMS、WIFI等多種互聯網方式及時準確地上傳至智能管理云平臺,以短信、手機APP等多種形式將報警信息推送到相關部門領導及管理用戶的終端,實現電氣火災隱患早管控、早預防、早發現、早化解的智能監控管理的目的。
    ( 二) 系統特征
        通過智能監控系統對電氣終端的實時監控,能夠加及時準確地將現場相關指標參數以數字化的形式呈現予監控用戶, 便于用戶將電氣的運行控制在安全范圍。
    利用物聯網技術真正實現智能遠程監控,無需監控人員長期堅守在電氣運行現場。如有火災隱患,本系統會通過無線互聯的形式傳送至用戶終端及相關部門,減少嚴重事故的發生的頻次,減少損失,降低人力定點巡查的成本,在避免火災發生的同時進一步提升管理效率。
    大數據智能云平臺可以為監控用戶提供可視化圖表分析,指標監控,實時異常報警通知等服務。能夠有效地抵抗各種因素造成的干擾,能夠適應惡劣的現場環境智能監控系統實行實名認證,限制非認證用戶的訪問權限,對非法操作進行日志記錄,對用戶信息進行加密以防外泄,確保系統的安全性;緩存所采集數據,避免網絡傳輸繁忙丟失數據確保系統的可靠性。
     
    三、系統實現的主要功能
    ( 一) 一體化安全監控
        實現將電氣設備安全狀態的實時參數與運行狀況,以圖表及數字化的形式進行實時監控、智能監控;實現異常狀態下故障報警的精準診斷,智能排除誤報的可能性,通過手機     APP、短信、PC等多種客戶端進行實時推送監控信息,隨時隨地全天候地為用戶終端提供及時準確可靠的現場監控信息,以便對現場情況進行分析,輔助管理者提高對監控現場的正確判斷能力;實現客戶端對火災監控器進行遠程配置,監控點數據信息逐個瀏覽等功能;實現大數據智能云平臺對安全用電閾值與預設報警值的處理分析,預測電氣運行狀態的發展趨勢,對可能出現的電氣故障進行預估處理,為監控用戶提供可視化圖表分析,做到未見火災先知隱情的科學化、自動化、現代化的指標監控智能管理系統。
    ( 二) 能耗監測分析
        實時監測電氣正常運行所消耗的電能是否符合其出廠時,制定的能耗標準,預測各監測區域的能耗走勢;實現環比同比分項分類匯總顯示所監控對象在年、月、日、時的能耗水平,并對其進行評估分析掌握用能趨勢;實現實時動態監測管理,制定監測周期計劃及額定用能值,對用能高負荷進行預報警,促進節能降耗;實現利用無線互聯網跨網絡、跨平臺訪問服務器,個性配置用能參數、類型、結構等基本信息,科學準確的判斷耗能情況,做到集中管理、智能管理。
    ( 三) 設備動態管理
        實現電氣設備運行周期的動態臺賬管理,記錄電氣設備的安裝調試時間、記錄維修保養及巡檢次數、故障頻次及運行時長等信息;實現電氣與監控設備動態關聯,實時新臺賬數據; 實現維保人員對電氣及監控設備做出正確質量評估,及時對存在隱患的零部件進行維護或換,智能監控系統中的電氣火災探測器實現終端數據的采集,及時發現報警信息 并將剩余電流、溫度等信息上傳至的電氣火災監控器;監控器實現實時與歷史數據的存儲 分析及預處理功能。
    ( 四) 其他功能
        實現電纜溫度、漏電及剩余電流的分布式、線式探測;實現民用、工農業等多領域電氣火災的預防;實現高低壓分支箱、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備的狀態監測;實現嵌入式的較大數據處理內存,增強數據運算能力、加快通信速率,提高系統實時監控的性能;實現人性化、個性化的圖表數據監控界面,以加直觀 加便捷易操作的形式呈現予客戶終端。
    本系統是以預防為主、防控結合,實現云平臺的數據集中管理與實時推送,將分布式架構與多層管理模式有效應用于實際,不僅能做到電氣設備的故障報警與自動斷電,同時還能有效利用無線互聯技術使相關部門領導及管理用戶的終端及時 準確掌握現場情況。

    四、安科瑞安全用電管理云平臺系統架構和硬件選型

    本平臺的整體結構如圖所示:

    硬件配置:

     
    1、 平臺服務器:建議按照我方提供配置標準購買,或者客戶自己租用阿里云資源。
    硬件配置:(如申請阿里云可忽略)
     

    2、 現場硬件配置
    方案一:100A以下回路,開口式互感器
      
    方案二:100A以下回路,普通互感器,會增加施工量


    方案三:100A以下回路,普通電流互感器,探測器和無線模塊分開,可適用多回路

    配置針對1個回路,剩余電流互感器根據現場回路電流大小選擇,安裝由甲方負責。
     

    運行條件:

    1) 瀏覽器運行設備:
    臺式電腦(Windows XP以上),安卓系統或IOS系統手機(android 或IOS4.0及以上版本)。
    2) 瀏覽器端運行環境:
    Windows系統下使用谷歌、火狐、360(極速模式)等瀏覽器訪問。

    主要技術指標: 

    數據上傳頻率:2分鐘
    通信方式:RS485、2G/3G/4G
    并發訪問量:>=10000
    歷史數據存儲:>=3年
    五、結語
        電氣火災監控系統雖然已經被一些企事業單位所使用,但受利益的驅使、安全意識淡薄等原因致使電氣火災事故仍居高不下,國家為了降低威脅人民群眾生命財產安全的火災事故,已經制定了相關法律法規與安全管理措施,其目的不僅是為了防止和減少電氣火災,同時也是為了保障單位和個人利益,促進社會和諧穩定、經濟穩中向好可持續發展。因此研究基于物聯網技術來實現電氣火災的遠程智能監控,響應數字中國戰略布局新時代,樹立生命至上、安全發展的理念,立足于“ 預防為主,消防結合”的消防工作方針。

        總而言之,物聯網技術與監控系統的結合應用,不僅實現了電氣火災的遠程智能監控 同時也將科學化、現代化的電氣火災監控系統推向了高速發展的快車道。智能監控系統在現階段雖然取得了很大的進步,但在一些科技水平要求較高、創新能力較強的技術領域仍有待提高。所以合理利用物聯網大數據、云管理平臺等先進的技術應用于災害應急響應領域,實現遠程數據智能監控的精細化管理,提高電氣火災隱患排查的預防及監管能力。
    【參考文獻】
    [1] 王建剛,杜玉龍,等.電氣火災監控系的功能可靠性分析[J]. 消防科學與技術,2009(4):40-43.
    [2] 朱鵬,基于物聯網的智能電氣火災監控系統研究[J]科技風.
    [3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2019.11版.
    [4] 安科瑞安全用電管理云平臺樣本.2020.2版.

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