淺談無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：電氣故障是引起火災(zāi)的重要原因。由于傳統(tǒng)的火災(zāi)報警器都是獨(dú)立存在的，不僅沒有組網(wǎng)，數(shù)據(jù)也不同步，造成發(fā)生火災(zāi)后響應(yīng)不夠及時。為了對火情及消防設(shè)施進(jìn)行智能化監(jiān)控與管理，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將感知設(shè)備、監(jiān)控平臺、監(jiān)管系統(tǒng)連接在一起，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，通過搭建智能、安全的消防體系，做到響應(yīng)迅速、減少客戶火災(zāi)損失，其中消防系統(tǒng)數(shù)據(jù)也為后期維保提供了數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞:火災(zāi)監(jiān)控;物聯(lián)網(wǎng);智慧消防

0引言

人口較多的商場和住宅區(qū)容易發(fā)生火災(zāi),而且人員密集環(huán)境復(fù)雜，更容易造成人員受傷或死亡。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，常見的發(fā)生電氣火災(zāi)方式有兩種:一種是過熱型火災(zāi)，由于電氣設(shè)備的某個部位過熱,并未進(jìn)行及時的修理,從而導(dǎo)致線路絕緣層老化，甚至直接點(diǎn)燃可燃物?？赡芤疬^熱型火災(zāi)情況有工作電壓不符合用電器的額定電壓;用電器的線路發(fā)生短路;用電器的導(dǎo)體連接部位解除不好，使解除電阻變大;用電器頻繁的啟動關(guān)閉等。另一種是放電型火災(zāi)，由于產(chǎn)生火花和電弧，點(diǎn)燃了附近的物體而發(fā)生火災(zāi)可能引起放電型火災(zāi)情況有用電器的線路短路、單向短路或者斷路;通過用電器電壓過大等。在日常生活中,過熱型電氣火災(zāi)比放電型火災(zāi)發(fā)生的多。面對這種情況，我國在住宅區(qū)和大型商場等安裝火災(zāi)探測報警系統(tǒng),但是大部分火災(zāi)報警器都是獨(dú)立使用的,效果不是很理想,這就需要進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，增加現(xiàn)代化的消防設(shè)備以及聯(lián)網(wǎng)管理監(jiān)控系統(tǒng)。

1國內(nèi)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展分析

筆者認(rèn)為，我國的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可以分為三個階段。

*一階段為多線制階段，該階段的電氣火災(zāi)監(jiān)控產(chǎn)品_般只能利用開關(guān)量來控制,而且監(jiān)控設(shè)備和探測器的信號都是獨(dú)立的,二者之間的信號傳遞需要用傳感器來完成，這就需要更多的線路來連接,不僅增加成本,并且復(fù)雜的線路對于后期維護(hù)而言較為困難，我國早期的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)大多采用這種形式叫

*二階段為總線式階段，隨著通信技術(shù)的進(jìn)步，硬件成本也在逐漸降低。監(jiān)控設(shè)備中常用到總線技術(shù)，常見的有控制器局域網(wǎng)絡(luò)(ControllerAreaNetwork,CAN)總線、二總線和RS-485總線。總線式電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備利用的是數(shù)字信號,而不是開關(guān)量,此方法能夠降低成本,并且更有效、便捷地傳遞探測器的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)如今,我國采用的電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備基本上都是總線式監(jiān)控系統(tǒng)。盡管這種設(shè)備的擴(kuò)展性相對較差,但是卻具有較高的穩(wěn)定性。

*三階段為網(wǎng)絡(luò)化階段,隨著5G技術(shù)的成熟與應(yīng)用，越來越多的電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備從總線式階段進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化階段。該階段中*重要的就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),物聯(lián)網(wǎng)(internetofThings)就是把各種信息傳感器按照規(guī)定好的協(xié)議用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接起來，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,信息交換和信息處理。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，電氣設(shè)備的線路可以被工作人員遠(yuǎn)程的監(jiān)控，也可以和消防部門的報警系統(tǒng)直接關(guān)聯(lián)。一旦發(fā)生電氣火災(zāi)報警,消防部門可以在*一時間知曉并及時趕來現(xiàn)場,從而有效控制住火災(zāi)或者把損傷降到*低。這樣利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計的火災(zāi)報警控制系統(tǒng)不僅有效地解決了問題，更有效地規(guī)避了電氣火災(zāi)。檢修工作人員還可以通過網(wǎng)絡(luò)化電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)準(zhǔn)確、快速地找到故障位置，從而從源頭上減少電氣火災(zāi)的發(fā)生。

在我國電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備逐步從總線式階段步入網(wǎng)絡(luò)化階段,許多電氣火災(zāi)監(jiān)控產(chǎn)品的龍頭企業(yè)不僅結(jié)合了國外成熟產(chǎn)品的科學(xué)技術(shù)，還根據(jù)我國建筑物的特點(diǎn)進(jìn)行了專屬定制,進(jìn)一步促進(jìn)了我國電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備的快速發(fā)展。基于此，筆者設(shè)計了一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。

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

2.1監(jiān)控結(jié)構(gòu)分析

一方面，以往的電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備只能監(jiān)控單個建筑物,因此監(jiān)控整個商場或者住宅就需要設(shè)置很多監(jiān)控設(shè)備。監(jiān)控點(diǎn)越多,線路就越多,數(shù)據(jù)也就越難讀取,這就對設(shè)備的質(zhì)量提出了有更高的要求。尤其是大型建筑物中的管道、線路比較密集，一旦發(fā)生火災(zāi)將難以控制，因此應(yīng)該針對不同地點(diǎn)運(yùn)用獨(dú)立的系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。為此，筆者針對大型商場或者樓層結(jié)構(gòu)復(fù)雜的住宅區(qū)設(shè)計了電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備，旨在實(shí)現(xiàn)更廣范圍的控制,以及更有效地掌控。另一方面,由于傳統(tǒng)的火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備不能很好地監(jiān)控大型商場，自然達(dá)不到消防要求;檢修也較為困難,而且一旦線路老化，進(jìn)一步增加了更新和升級監(jiān)控設(shè)備的難度。通過以上情況分析可知，傳統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備僅能解決單個建筑物的需求,若想將其應(yīng)用到大型建筑中則需要增加上位機(jī)，并對各個建筑物的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和匯總，這就需要對硬件進(jìn)行改進(jìn)和更新，同時還需要對上位機(jī)進(jìn)行合理地改造和設(shè)計,以提升工作效率，從而*大程度地采集和匯總數(shù)據(jù)。只有更快地找到問題所在，才能更有效地預(yù)防火災(zāi)肌對于大型商場等大型建筑物而言，所需的24小時不間斷監(jiān)控可以通過網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。這樣就能更清楚地掌握用電器的情況，從而有效地預(yù)防火災(zāi)?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧消防系統(tǒng)原理如圖1所示。

通過建設(shè)圖1中的智慧型消防平臺，不僅能夠?qū)ο老到y(tǒng)、消防裝備、消防設(shè)施和消防人員等相關(guān)信息進(jìn)行智能數(shù)據(jù)采集,還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的分析、處理與智能決策。作為一體化服務(wù)云平臺，在為業(yè)主提供7*24小時值守服務(wù)的同時,還能實(shí)時監(jiān)控消防設(shè)施的運(yùn)行情況，并為客戶提供火災(zāi)預(yù)警和設(shè)備故障提示，再結(jié)合AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)火警智能研判，以便*一時間發(fā)現(xiàn)火警和火情。通過運(yùn)營中心管理系統(tǒng)7*24小時不間斷監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)對管理服務(wù)進(jìn)程與質(zhì)量的管控;通過消防管家實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)風(fēng)險要素可視化、預(yù)警實(shí)時化和智能化的安全管理;通過維保助手高效地維護(hù)消防管理，實(shí)現(xiàn)了多維管控。

2.2電氣火災(zāi)監(jiān)測控系統(tǒng)性能要求

電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備應(yīng)達(dá)到以下要求:當(dāng)設(shè)備未達(dá)到安全要求時，系統(tǒng)可以自行檢查,并做到隨時對設(shè)備監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行排查;當(dāng)監(jiān)控設(shè)備發(fā)現(xiàn)異常時,應(yīng)及時報警并且提供準(zhǔn)確的異常位置和問題原因;當(dāng)監(jiān)控點(diǎn)電流和溫度的變化達(dá)到預(yù)警值時，及時向主機(jī)報警;監(jiān)控設(shè)備應(yīng)該符合國家相關(guān)規(guī)定,不能對原設(shè)備進(jìn)行大幅度改動，電路中的母線不能接入配電箱。

2.3電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控主機(jī)和探測器兩部分組成。監(jiān)控主機(jī)做到24小時實(shí)時監(jiān)控，一旦發(fā)生報警信息時,相關(guān)工作人員應(yīng)及時進(jìn)行檢査與處理，并通知檢修人員到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行故障檢測及處理。探測器由電氣火災(zāi)監(jiān)控模塊、配電線路漏電監(jiān)控和溫度監(jiān)測報警模塊三個模塊組成。

2.3.1配電線路漏電監(jiān)控設(shè)計

線路漏電是非常嚴(yán)重的問題，因此應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控，尤其需要注意以下幾方面:監(jiān)控系統(tǒng)的報警值應(yīng)為報警系統(tǒng)的80%~100%,報警值范圍應(yīng)為20-10000mA;不確定的預(yù)警范圍應(yīng)控制在電源值的3~4倍,并且不能超過100-300mA。對于配電線路而言，應(yīng)設(shè)為二級保護(hù)。**級一般是線路的末端，其作用是預(yù)防發(fā)生觸電危險,作為一種防觸電裝置，末端應(yīng)選擇未延時RCD,首端應(yīng)選擇電磁式RCD,電流值應(yīng)該小于30mA。由于的通過故障電流來工作，因此與電路上的電壓無關(guān)，這樣就可以有效提高準(zhǔn)確性。*二級保護(hù)主要是預(yù)警,從產(chǎn)生故障到發(fā)生火災(zāi)會有一段較長的延時，可以利用*二級保護(hù)進(jìn)行有效排査。使用時，應(yīng)確保二級保護(hù)始終生效，因為一旦保護(hù)脫扣,可能會造成不必要的恐慌。監(jiān)控器包括動力回路監(jiān)控器和照明回路監(jiān)控器兩部分,應(yīng)分別設(shè)置成不同閾值和電流報警值。動力回路監(jiān)控器的電流報警值范圍通常為50-100mA,閾值范圍應(yīng)為200-300mA。

2.3.2電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備要求

電氣設(shè)備的用電線路裝配有電流傳感器、電流探測器和配電箱。電流在預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié),當(dāng)需要設(shè)置漏電脫扣時，可以使用正常的漏電脫扣斷路器，而不需要使用剩余電流斷路器;如果不需要漏電報警,可以使用報警式剩余電流探測器，以減少浪費(fèi);也可以在回路中設(shè)置短路隔離器,以有效避免監(jiān)控中心和監(jiān)控設(shè)備之間的線路短路。

3基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)安裝

通常情況下,探測器和檢測器將一并安裝在配電門上，由于探測器需要穿過配電回路，并且需要固定在框架里,因此*好是交給專業(yè)的配電柜廠家進(jìn)行安裝,以確保安裝正確。在找到安裝廠家后，首先需要與配電柜廠家進(jìn)行仔細(xì)審核,通過核査各個線路是否存在問題,來確保線路連接的正確性;再提交探測器和監(jiān)控器的外形和設(shè)備型號;然后進(jìn)行現(xiàn)場安裝。與其他安裝相比,由于電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備線路中的線數(shù)較少，因此安裝較為簡單，但仍注意以下幾個方面：鋪設(shè)超五類非屏蔽雙絞線(UTP)時，應(yīng)在配電箱內(nèi)預(yù)留一塊;在壓接好RJ45水晶頭后,應(yīng)使用測線儀對線路進(jìn)行測試,確認(rèn)無問題后才能進(jìn)行安裝;總線的管線不能與其他的強(qiáng)或弱管線混在一起;未不影響配電柜里的器件和線路，柜里的線路應(yīng)清晰整潔、布局美觀。在安裝完之后,應(yīng)逐條檢查線路，確認(rèn)無問題后再對火災(zāi)檢測設(shè)備進(jìn)行開機(jī)測試，進(jìn)而確保整個裝置無問題。

4安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

4.1概述

Acre1-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，是根據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)由安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的全數(shù)字化獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)，已通過國家消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的消防電子產(chǎn)品試驗認(rèn)證，并且均通過嚴(yán)格的EMC電磁兼容試驗，保證了該系列產(chǎn)品在低壓配電系統(tǒng)中的安全正常運(yùn)行，現(xiàn)均已批量生產(chǎn)并在全國得到廣泛地應(yīng)用。該系統(tǒng)通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)對電氣火災(zāi)的早期預(yù)防和報警，當(dāng)必要時還能聯(lián)動切除被檢測到剩余電流、溫度和故障電弧等超標(biāo)的配電回路;并根據(jù)用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺或火災(zāi)自動報警系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享。

4.2應(yīng)用場合

適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、國家*點(diǎn)消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領(lǐng)域。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

1）監(jiān)控設(shè)備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報警時發(fā)出聲、光報警信號，同時設(shè)備上紅色“報警”指示燈亮，顯示屏指示報警部位及報警類型，記錄報警時間，聲光報警一直保持，直至按設(shè)備的“復(fù)位”按鈕或觸摸屏的“復(fù)位”按鍵遠(yuǎn)程對探測器實(shí)現(xiàn)復(fù)位。對于聲音報警信號也可以使用觸摸屏“消聲”按鍵手動消除。

2）當(dāng)被監(jiān)測回路報警時，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護(hù)電路或其他設(shè)備，當(dāng)報警消除后，控制輸出繼電器釋放。

3）通訊故障報警：當(dāng)監(jiān)控設(shè)備與所接的任一臺探測器之間發(fā)生通訊故障或探測器本身發(fā)生故障時，監(jiān)控畫面中相應(yīng)的探測器顯示故障提示，同時設(shè)備上的黃色“故障”指示燈亮，并發(fā)出故障報警聲音。電源故障報警：當(dāng)主電源或備用電源發(fā)生故障時，監(jiān)控設(shè)備也發(fā)出聲光報警信號并顯示故障信息，可進(jìn)入相應(yīng)的界面查看詳細(xì)信息并可解除報警聲響。

4）當(dāng)發(fā)生剩余電流、超溫報警或通訊、電源故障時，將報警部位、故障信息、報警時間等信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。歷史數(shù)據(jù)提供多種便捷、快速的查詢方法。

4.5配置方案

應(yīng)用場合	型號	產(chǎn)品照片	功能
消防控制室	Acrel-6000/B		適用于1~4條通信總線*多可連接256個探測器，可適用于壁掛安裝的場所。
Acrel-6000/Q		適用于大型組網(wǎng)，壁掛式監(jiān)控主機(jī)數(shù)量較多且需集中查看的場所，主要監(jiān)測壁掛主機(jī)信息。
一、二級 低壓配電	ARCM200L-Z2		三相(I、U、kW、Kvar、kWh、Kvarh、Hz、cos中)，視在電能、四象限電能計量，單回路剩余電流監(jiān)測，4路溫度監(jiān)測，2路繼電器輸出，4路開關(guān)量輸入，事件記錄，內(nèi)置時鐘，點(diǎn)陣式LCD顯示，2路獨(dú)立RS485/Modbus通訊
ARCM200L-J8	8路剩余電流監(jiān)測，2路繼電器輸出，4路開關(guān)量輸入，事件記錄，內(nèi)置時鐘，點(diǎn)陣式LCD顯示，1路RS485/Modbus通訊
ARCM300-J1		1路剩余電流監(jiān)測，4路溫度監(jiān)測，1路繼電器輸出，事件記錄，LCD顯示，1路RS485/Modbus通訊
AAFD-□		檢測末端線路的故障電弧，485通訊，導(dǎo)軌式安裝。
ASCP200-□		短路限流保護(hù)、過載保護(hù)、內(nèi)部超溫限流保護(hù)、過欠壓保護(hù)、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測，1路RS485通訊，1路GPRS或NB無線通訊，額定電流為0-40A可設(shè)。
	短路限流保護(hù)、過載保護(hù)、內(nèi)部超溫限流保護(hù)、過欠壓保護(hù)、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測，1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊，額定電流為0-63A可設(shè)。
配套附件	AKH-0.66		測量型互感器，采集交流電流信號
AKH-0.66/L		剩余電流互感器，采集剩余電流信號
ARCM-NTC		溫度傳感器，采集線纜或配電箱體溫度

5結(jié)束語

隨著我國的經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，作為城市標(biāo)志的大型商場、高層建筑、大規(guī)模社區(qū)等的用電的需求越來越多,而隨著用電量的增加,發(fā)生的火災(zāi)也越來越多。為了避免嚴(yán)重影響人們的正常生產(chǎn)生活,電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)顯得尤為必要。不僅可以高效預(yù)防電氣火災(zāi),從源頭上減少電氣火災(zāi)的發(fā)生，對于控制電氣火災(zāi)也有著重要意義。筆者設(shè)計的這套電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng),不僅具有針對性功能,還有著較強(qiáng)實(shí)時性能，作為完全嵌入配電柜中的系統(tǒng),主要通過相關(guān)傳感器和電流檢測器來實(shí)時監(jiān)控所覆蓋個區(qū)域的所有線路節(jié)點(diǎn),能夠滿足應(yīng)用的實(shí)際需求。

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審核編輯 黃宇