基于電氣火災監控系統與物聯網的設計與研究

摘要：在電氣火災監控方面，利用物聯網能夠實現對監控系統的升級改造。基于這種認識，本文對電氣火災監控系統與物聯網的結合問題展開了探討，完成了基于物聯網的電氣火災監控系統設計，以實現智慧式安全用電管理。

關鍵詞：電氣火災監控系統；物聯網；智慧式安全用電管理

 0引言

從火災事故的發生原因來看，大量的事故都是由電氣故障引起的。但就目來看，現有電氣火災監控系統具有實時性差、集成度低等問題，難以滿足人們的安全用電管理需求。而互聯網技術的發展，為實現智慧式安全用電管理提供了技術支撐。因此，還應加強對電氣火災監控系統與物聯網的研究，以便更好地推動電氣火災監控技術的發展。

1 電氣火災監控系統與物聯網的結合

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，則能通過實時監控完成電氣火災隱患的動態排查，從而實現事故防控和預警預報。但從家庭用電角度進行思考，采用該種系統無法實現對家庭用電情況的實時監控，所以也無法及時進行電氣火災隱患排查。近年來，隨著物聯網技術的發展，物聯網產品向著智能化、系統化的方向發展，在不同領域相繼出現了應用標準，并獲得了市場和的支持。在這背景下，智慧式安全用電管理理念得以被提出。不同于互聯網，物聯網引入了傳感器，完成了傳感器網絡的構建，所以能夠加強與現實世界的系。作為物聯網系統的感知層，傳感器網絡能夠用于獲取周圍環境信息，包含溫濕度、圖像等，能夠將信息上傳網絡，并進行處理、分析和存儲。結合分析結果，系統則能完成相關事件的觸發，進而實現對監控物體參數的調整或發出警報[1]。將電氣火災監控系統與物聯網結合在起，則能利用物聯網傳感技術、大數據技術等技術完成電氣線路設備上的漏電、負載、短路、接觸電阻過大、溫度、電火花及電弧等用電數據的采集和處理，并利用無線通信技術將數據上傳云平臺，然后借助手機APP實現安全用電集中管理。

 2 基于物聯網的電氣火災監控系統的設計

2.1 系統架構

從系統架構上來看，基于物聯網的電氣火災監控系統可以劃分為三個層次，即感知層、網絡層和應用層。其中，感知層負責進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。網絡層負責實現信息傳遞，由無線網關、互聯網網關、后臺數據服務器構成，無線網關負責將感知層數據上傳至互聯網，后臺服務器由WEB服務器、智能分析服務器和數據存儲服務器構成。采用無線網關，則能突破系統數據傳輸所受的時空限制，因此能夠為系統信息交互提供保障。此外，系統應用層負責進行終端監控，可利用手機APP進行信息獲取，并結合數據分析結果進行用電裝置的管理。為此，還要完成開放式監控中心平臺的搭設，并允許系統用戶憑借賬戶、密碼進入平臺，以實現對電氣火災監控信息的隨時查看。而該平臺也負責完成在線監測和統計分析，能夠結合電氣線路參數數據及時發現線路和設備的用電安全隱患，并及時向用戶發送預警信息，以指導用戶對用電設備和線路隱患進行治理。

 2.2 系統工作流程

在系統工作的過程中，先會開始監聽用電情況，即將監控系統打開，并利用數據采集終端完成電氣線路數據的實時采集，然后對采集得到的數據進行分析和處理。通過處理，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。根據數據的實時變化情況，系統可判斷電氣線路是否出現設備接入或移除情況。在有設備接入或移除時，系統可根據用電采樣值差值對設備用電數據和相關特征參數進行計算，然后結合線路功率變化確認采用哪種操作方式。在線路功率超負荷的條件下，系統會采取些保護措施或向用戶報警。此外，采用電弧檢測算法，系統可進行線路電流特征值分析，以確認電氣線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，并決定是否發出警報。

 2.3 系統各部分功能

從系統功能上來看，數據采集終端負責完成電氣線路中各種用電數據的采集，并負責完成采樣點數據處理和分析。按照定的格式將處理得到的數據打包，采集終端則能利用無線網關將數據上傳至網絡層。借助互聯網網關，分散的端數據信息則能得到集中，并傳輸至系統服務器端。借助大數據、云計算等技術，系統智能分析服務器可處理接收得到的數據包，以獲得實時用電數據信息和終端號。從數據存儲服務器中進行特征值樣本的提取，智能分析服務器則能完成數據的匹配度計算，以獲得設備類型和判斷線路是否存在故障電弧。借助WEB服務器，系統能實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手機瀏覽器進行線路供電、設備用電和故障電弧等信息的顯示，并通過遠程管理實現設備通斷電管理。在用戶需要利用手機APP進行電氣火災監控管理時，可借助APP平臺訪問互聯網網關。系統監控終端可從數據存儲服務器中完成用戶信息的調取，以確認用戶是否有管理控制權限。在確認用戶身份后，系統可提供用電信息，用戶則能結合信息對各種用電設備進行遠程監控和管理。

 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行實時監控、報警、記錄，并且通過云端的遠程控制。設備與云端的通訊方向不受限制，能上傳數據、透傳指令，并短時間顯示實時狀態。通過對上傳至云端的數據進行分析，為用戶提供火災隱患的相關數據，能夠及早的發現問題并實施排查，避免火災的發生。另方面，云平臺提供超大容量的信息儲存及穩定的服務，提升了服務質量，對用戶的長遠發展具有戰略意義。此外，該系統通過集中監控，使得數據通過每個節點的4G網絡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行統的監控和管理。

         具體功能如下：

    3.1.1安全用電監管服務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安全用電監管服務系統平臺能展示剩余電流、溫度、電流等電氣安全參數的實時監測數據及變化曲線、歷史數據與變化曲線、實時報警數據等，能實時顯示現場服務次數、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軟件同時具有IOS版本和安卓版本，能通過手機APP對每條報警記錄進行呼叫，便于緊急情況下能盡快通知用電單位。
    3.1.4能對各個單位及設備的電氣安全運行情況進行自動統計和分析評估，并隨時展示電氣安全運行分析報告。
    3.1.5監控探測終端產品滿足家法律法規和有關技術標準（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，并通過家消防產品質量監測檢驗中心提供的消防3C認證。
    3.1.6漏電探測器能同時探測剩余電流、四路溫度、三相電流等參數值，并能通過無線以移動通訊網絡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生，并及時預警，提醒用戶處理，防止電弧導致的火災的發生。

        AAFD可配合AF-GSM400使用并接入安全用電平臺，該產品不可在同臺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，可監測回路短路過載等故障信息，發生故障時預警和產生滅弧效果，防止電弧導致的火災的發生。
        ASCP200-1可配合AF-GSM400使用并接入安全用電平臺，也能夠通過插入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。保護器實時監測用電線路電流，當線路發生短路故障時，能在150微秒內實現快速限流保護，并發出聲光報警信號。
        3.4.2過載保護功能。當被保護線路的電流過載且過載持續時間超過動作時間（3…60秒可設）時，保護器啟動限流保護，并發出聲光報警信號。
        3.4.3表內超溫保護功能。當保護器內部器件工作溫度過高時，保護器啟動超溫限流保護，并發出聲光報警信號。
        3.4.4過、欠壓保護功能。當保護器檢測到線路電壓過壓或欠壓時，保護器發出聲光報警信號，可預先設置是否啟動限流保護。
        3.4.5配電線纜溫度監測功能。當被監測線纜溫度超過報警設定值時，保護器發出聲光報警信號，可預先設置是否啟動限流保護。
        3.4.6漏電流監測功能。當被監測的線路漏電超過報警設定值時，保護器發出聲光報警信號，可預先設置是否啟動限流保護。
        3.4.7保護器具有1路RS485接口，1路2G無線通訊，可以將數據發送到后臺監控系統，實現遠程監控。

3.5剩余電流互感器

3.6AF-GSM400-2G/4G無線上傳模塊
        AF-GSM400-2G/4G/CE模塊是款2G/4G有線無線模塊，該無線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，單個模塊可以接入30塊儀表。默認上傳間隔2分鐘，如發生報警，會實時上傳數據。

3.7溫度傳感器

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

4 結束語 
        通過分析可以發現，將電氣火災監控系統與物聯網結合在起，則能實現智慧式安全用電管理，從而為用戶用電提供安全保障。所以，在電氣火災預防管理方面，還應加強基于物聯網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空限制，并進步推動電氣火災監控技術的發展。因此，相信隨著相關技術的發展，智慧式安全用電管理系統也將迎來良好發展景。

【參考文獻】 
[1]張科強,池雄飛,石艷玲.基于物聯網技術的家庭火災監控硬件系統[J].中科技信息,2016,(12):44-45. 
[2]林杰強.關于電氣火災監控系統與物聯網的研究.

作者簡介：繆建梅，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電氣防火限流式保護器的研發與應用
[3]安科瑞安全用電管理云平臺手冊.2020.02版.

[3]安科瑞安全用電管理云平臺手冊.2020.02版.