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浅谈基于物联网的智能电气火灾监控系统研究及功能
  • 发布日期:2020-05-31      浏览次数:164
    • 蒋超萍

      江苏安科瑞电器制造有限公司 江苏江阴  214405

      摘要随着科学技术水平的不断进步,国民经济水平的不断增长,给工农业生产带来了无限力,大量高性能高功率的电器也已进入普通家庭。但因电气线路和电气故障引起的火灾事故居高不下,电气火灾在整个火灾所占的比例中,已从 80年代的10%上升到近几年的 30%左右,而且还有进一步上升的趋势。因此研究基于物联网技术来实现电气火灾的远程智能监控,从而避免电气火灾的产生,减少电气火灾对人身和财产危害的影响是非常重要的。 本文所介绍的内容是将物联网技术、电气火灾监控技术集一体的远程电气火灾监控系统。

      关键词:物联网;电气火灾;智能监控;火灾防控、安全用电监控

      前言:

      目前在国际上的各个领域对物联网技术的研究与应用非常重视。 作为步入新时代的中国,已将物联网做为新兴的战略产业,并逐渐应用于智能工农业、智能家居、智能安防与环境检测等更为广阔的领域。 在十jiu大报告中习近平总书记明确提出“树立安全发展理念,弘扬生命至上、安全的思想,健全公共安全体系,完善安全生产责任制,坚决遏制重特大安全事故,提升防灾减灾救灾能力”的要求。而根据公*部消防局统计数据显示,仅 2017 年一季度全国因电气故障等原因所引发的火灾就有 2.4万起,占起火原因比例高。因此,在现有技术的基础上,将物联网、大数据、云计算等先进的技术应用于灾害应急响应领域,实现远程数据监控。

      • 系统技术方案                                           

      本系统是将物联网技术、电气火灾监控技术集一体的远程电气火灾监控系统。 利用无线通信、移动互联网、云计算、大数据等技术手段,将电气安全探测器、感烟探测器、漏电探测器、温度探测器、剩余电流互感器、CCD 图像传感器、电弧传感器等设备做为终端数据的采集,用以监管电缆、分支箱、配电室、高低压配电柜、供电末端以及变压器等电气的实时安全用电阈值与现场信息;采集所得的监控终端数据参数与状态信息通过电气火灾监控探测器收集汇总到采用嵌入式面板安装的电气火灾监控器上,进行数据的分析与预处理;经分布式网络通信的总线连接,即:现场电气火灾监控的网络通信 CAN 总线,以及实现远程监控的以太网,将分析所得的数据信号与预处理结果,及时准确的传递至监控主机;采用触摸液晶显示的监控主机较为直观的将报警信号、图形信息、电气运行状况、控制信号、故障点等信息,呈现予远程用户以便监控管理;通过互联网将监控主机所收集的数据信息上传到智能管理云平台,利用移动通信等智能终端实时为用户推送监控信息、用电阈值等云端服务。

      本系统各结构所组成的工作平台,是以感烟、漏电等探测器以及图像、剩余电流等传感器做为终端数据采集的基础层;以电气火灾监控系统做为数据分析与预处理的决策层;以分布式网络通信总线连接的通信管理机做为系统的网络通信层;以采用触摸液晶显示的监控主机做为系统的综合管理层;以智能管理云平台做为监控主机的运维服务层。以上 5 种结构层完整构建了具有物联网技术,且能够实现电气火灾远程监控功能的系统工作平台。

      二、系统基本信息

      (一) 系统工作原理

      本系统的工作原理是,当电气设备由于电流载荷过大、功率过高、温度骤升等原因、使电弧、漏电等探测器以及图像、剩余电流等传感器所检测的报警阈值超出预设的异常状态范围值时,终端探测装置会利用自身功能进行数据参数与状态信息的现场采集,并将所采集的监控终端数据输送至电气火灾监控探测器中,通过监控探测器 CUP 对异常阈值进行运算分析、A / D 转换,比较其报警预设值,同时将数据信息、报警信息、状态信息传至电气火灾监控器,监控器对所获得信息进一步处理分析,当确认现场信息的发展趋势存在火灾隐患时,经 CAN 总线、以太网组成的分布式网络通信总线传送到监控主机,同时监控主机的报警器蜂鸣、报警指示灯闪烁,显示屏上显示现场状态信息、数据参数及报警等信息以便通知监控用户对报警现场执行正确操作,如现场异常状态发展趋势较为迅猛,系统会自动将所监控的电气进行断电, 避免火灾的发生,并将所采集的实时数据信息由GPRS、3G/4G、SMS、WIFI等多种互联网方式及时准确地上传至智能管理云平台,以短信、wei信、手机APP等多种形式将报警信息推送到相关部门领导及管理用户的终端,实现电气火灾隐患早管控、早预防、早发现、早化解的智能监控管理的目的。

      ( 二) 系统特征

      通过智能监控系统对电气终端的实时监控,能够更加及时准确地将现场相关指标参数以数字化的形式呈现予监控用户, 便于用户将电气的运行控制在安全范围。

      利用物联网技术实现智能远程监控,无需监控人员长期坚守在电气运行现场。如有火灾隐患,本系统会通过无线互联的形式传送至用户终端及相关部门,减少严重事故的发生的频次,减少损失,降低人力定点巡查的成本,在避免火灾发生的同时进一步提升管理效率。

      大数据智能云平台可以为监控用户提供可视化图表分析,指标监控,实时异常报警通知等服务。能够有效地抵抗各种因素造成的干扰,能够适应恶劣的现场环境智能监控系统实行实名认证,限制非认证用户的访问权限,对非法操作进行日志记录,对用户信息进行加密以防外泄,确保系统的安全性;缓存所采集数据,避免网络传输繁忙丢失数据确保系统的可靠性。

      三、系统实现的主要功能

      ( 一) 一体化安全监控

      实现将电气设备安全状态的实时参数与运行状况,以图表及数字化的形式进行实时监控、智能监控;实现异常状态下故障报警的诊断,智能排除误报的可能性,通过手机     APP、短信、wei信、PC等多种客户端进行实时推送监控信息,随时随地为用户终端提供及时准确可靠的现场监控信息,以便对现场情况进行分析,辅助管理者提高对监控现场的正确判断能力;实现客户端对火灾监控器进行远程配置,监控点数据信息逐个浏览等功能;实现大数据智能云平台对安全用电阈值与预设报警值的处理分析,预测电气运行状态的发展趋势,对可能出现的电气故障进行预估处理,为监控用户提供可视化图表分析,做到未见火灾先知隐情的科学化、自动化、现代化的指标监控智能管理系统。

      ( 二) 能耗监测分析

      实时监测电气正常运行所消耗的电能是否符合其出厂时,制定的能耗标准,预测各监测区域的能耗走势;实现环比同比分项分类汇总显示所监控对象在年、月、日、时的能耗水平,并对其进行评估分析掌握用能趋势;实现实时动态监测管理,制定监测周期计划及额定用能值,对用能高负荷进行预报警,促进节能降耗;实现利用无线互联网跨网络、跨平台访问服务器,个性配置用能参数、类型、结构等基本信息,科学准确的判断耗能情况,做到集中管理、智能管理。

      ( 三) 设备动态管理

      实现电气设备运行周期的动态台账管理,记录电气设备的安装调试时间、记录维修保养及巡检次数、故障频次及运行时长等信息;实现电气与监控设备动态关联,实时更新台账数据; 实现维保人员对电气及监控设备做出正确质量评估,及时对存在隐患的零部件进行维护或更换,智能监控系统中的电气火灾探测器实现终端数据的采集,及时发现报警信息 并将剩余电流、温度等信息上传至的电气火灾监控器;监控器实现实时与历史数据的存储 分析及预处理功能。

      ( 四) 其他功能

      实现电缆温度、漏电及剩余电流的分布式、线式探测;实现民用、工农业等多领域电气火灾的预防;实现高低压分支箱、配电室、高低压配电柜、供电末端以及变压器等不同高低压电气设备的状态监测;实现嵌入式的较大数据处理内存,增强数据运算能力、加快通信速率,提高系统实时监控的性能;实现人性化、个性化的图表数据监控界面,以更加直观 更加便捷易操作的形式呈现予客户终端。

      本系统是以预防为主、防控结合,实现云平台的数据集中管理与实时推送,将分布式架构与多层管理模式有效应用于实际,不仅能做到电气设备的故障报警与自动断电,同时还能有效利用无线互联技术使相关部门领导及管理用户的终端及时 准确掌握现场情况。

      四、安科瑞安全用电管理云平台系统架构和硬件选型

      本平台的整体结构如图所示:

      硬件配置:

      • 平台服务器:建议按照我方提供配置标准购买,或者客户自己租用阿里云资源。

      推荐硬件配置:(如申请阿里云可忽略)

      序号

      名称

      型号、规格

      单位

      数量

      备注

       

      平台部分

       

       

       

       

      1 

      数据服务器

      Dell R730 CPU:E5-2620 内存:32G  硬盘容量:4*1.2T(SAS 1万转 2.5英寸小盘) RAID5

      1

      甲供,供参考

      2 

      WEB服务器

      Dell R730 CPU:E5-2603 内存:16G 硬盘容量:3*300G(SAS 1万转 2.5英寸小盘) RAID5

      1

      甲供,供参考

      3 

      打印机

       

      1

      甲供

      4 

      工业网络交换机

      华为(HUAWEI)S1728GWR-4P-AC,企业级网管24口千兆交换机

      1

      甲供,供参考

      • 现场硬件配置

      方案一:100A以下回路,开口式互感器

      序号

      名称

      型号、规格

      单位

      数量

      备注

      1 

      安全用电管理云模块 (2G/4G/NB)

      ARCM300T-Z-2G/4G/NB,一路剩余电流,4路温度,三相电流、电压、谐波、功率、电能,四象限电能计量,4路开关量输入,1路继电器输出,事件记录,内置时钟,点阵式LCD显示,1路RS485/Modbus通讯 2G无线通讯 可选4G或NB无线通讯

      1

      安科瑞

      2 

      开口测量型电流互感器

       AKH-0.66/K-φ24(150A)

       

      3

      安科瑞

      3 

      开口漏电流互感器

      AKH-0.66/L45K(16-100A)

      1

      安科瑞

       

      4 

      线缆温度传感器

      ARCM-NTC

      4

      安科瑞

      方案一:100A以下回路,普通互感器,会增加施工量

      序号

      名称

      型号、规格

      单位

      数量

      备注

      1 

      安全用电管理云模块 (2G/4G/NB)

      ARCM300T-Z-2G/4G/NB,一路剩余电流,4路温度,三相电流、电压、谐波、功率、电能,四象限电能计量,4路开关量输入,1路继电器输出,事件记录,内置时钟,点阵式LCD显示,1路RS485/Modbus通讯 2G无线通讯 可选4G或NB无线通讯

      1

      安科瑞

      2 

      测量型电流互感器

       AKH-0.66/ 30II 100/5

       

      3

      安科瑞

      3

      漏电流互感器

      AKH-0.66/L45

      1

      安科瑞

      4

      线缆温度传感器

      ARCM-NTC

      4

      安科瑞

      方案三:100A以下回路,普通电流互感器,探测器和无线模块分开,可适用多回路

      序号

      名称

      型号、规格

      单位

      数量

      备注

      1 

      安全用电管理云模块 (2G/4G/NB)

      ARCM200L-UI、ARCM200L-J4T12/J8T8等,可以测多回路漏电流和温度

      1

      安科瑞

      2 

      漏电流互感器

      AKH-0.66L-45

       

      按需

      安科瑞

      3 

      线缆温度传感器

      ARCM-NTC

      按需

      安科瑞

       

      4 

      无线DTU

      AF-GSM200 需加SIM卡

      1

      安科瑞

      5

      故障电弧探测器

      AAFD-40 检测范围0-40A

      1

      安科瑞

      6

      电气防火限流式保护器

      ASCP200-1 1路GPRS额定电流:   无线通讯 0-63A

      1

      安科瑞

       

      配置针对1个回路,剩余电流互感器根据现场回路电流大小选择,安装由甲方负责。

      运行条件:

      • 浏览器运行设备:

      台式电脑(Windows XP以上),安卓系统或IOS系统手机(android 或IOS4.0及以上版本)。

      • 浏览器端运行环境:

      Windows系统下使用gu歌、火狐、360(极速模式)等浏览器访问。

      主要技术指标: 

      数据上传频率:2分钟

      通信方式:RS485、2G/3G/4G

      并发访问量:>=10000

      历史数据存储:>=3年

      五、结语

      电气火灾监控系统虽然已经被一些企事业单位所使用,但受利益的驱使、安全意识淡薄等原因致使电气火灾事故仍居高不下,国家为了降低威胁人民群众生命财产安全的火灾事故,已经制定了相关法律法规与安全管理措施,其目的不仅是为了防止和减少电气火灾,同时也是为了保障单位和个人利益,促进社会和谐稳定、经济稳中向好可持续发展。因此研究基于物联网技术来实现电气火灾的远程智能监控,响应数字中国战略布局新时代,树立生命至上、安全发展的理念,立足于“ 预防为主,消防结合”的消防工作方针。

      总而言之,物联网技术与监控系统的结合应用,不仅实现了电气火灾的远程智能监控 同时也将科学化、现代化的电气火灾监控系统推向了高速发展的快车道。智能监控系统在现阶段虽然取得了很大的进步,但在一些科技水平要求较高、创新能力较强的技术领域仍有待提高。所以合理利用物联网大数据、云管理平台等先进的技术应用于灾害应急响应领域,实现远程数据智能监控的精细化管理,提高电气火灾隐患排查的预防及监管能力。

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