基于物联网技术的电气火灾监控系统设计.pdf

第36卷第4期2022年第4期Vol.36 No.4N0.4.2022技术与教育TECHNIQUE&EDUCATION基于物联网技术的电气火灾监控系统设计孙学智(吉林工业职业技术学院智能制造学院，吉林吉林132013)摘要：电气故障是引起火灾的重要原因。由于传统的火灾报警器都是独立存在的，不仅没有组 网，数据也不同步，造成发生火灾后响应不够及时。为了对火情及消防设施进行智能化 监控与管理，应用物联网技术，将感知设备、监控平台、监管系统连接在一起，可以实现 数据共享，通过搭建智能、安全的消防体系，做到响应迅速、减少客户火灾损失，其中消 防系统数据也为后期维保提供了数据支撑。关键词:火灾监控;物联网;智慧消防中图分类号:TP27 7汀P391.4 文献标识码:A1引言人口较多的商场和住宅区容易发生火灾,而 且人员密集环境复杂，更容易造成人员受伤或死 亡。根据数据显示，常见的发生电气火灾方式有 两种:一种是过热型火灾，由于电气设备的某个 部位过热,并未进行及时的修理,从而导致线路 绝缘层老化，甚至直接点燃可燃物。可能引起过 热型火灾情况有工作电压不符合用电器的额定 电压;用电器的线路发生短路;用电器的导体连 接部位解除不好，使解除电阻变大;用电器频繁 的启动关闭等。另一种是放电型火灾，由于产生 火花和电弧，点燃了附近的物体而发生火灾叭 可能引起放电型火灾情况有用电器的线路短路、单向短路或者断路;通过用电器电压过大等。在 日常生活中,过热型电气火灾比放电型火灾发生 的多。面对这种情况，我国在住宅区和大型商场 等安装火灾探测报警系统,但是大部分火灾报警 器都是独立使用的,效果不是很理想,这就需要 进行技术创新，增加现代化的消防设备以及联网 管理监控系统。2国内电气火灾监控系统发展分析笔者认为，我国的电气火灾监控系统可以分 为三个阶段。第一阶段为多线制阶段，该阶段的电气火灾 监控产品_般只能利用开关量来控制,而且监控 设备和探测器的信号都是独立的,二者之间的信 号传递需要用传感器来完成，这就需要更多的线 路来连接,不仅增加成本,并且复杂的线路对于 后期维护而言较为困难，我国早期的电气火灾监 控系统大多采用这种形式叫第二阶段为总线式阶段，随着通信技术的进 步，硬件成本也在逐渐降低。监控设备中常用到 总线技术，常见的有控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)总线、二总线和 RS-4 85 总 线。总线式电气火灾监控设备利用的是数字信 号,而不是开关量,此方法能够降低成本,并且更 有效、便捷地传递探测器的数据。现如今,我国采 用的电气火灾监控设备基本上都是总线式监控作者简介:孙学智(1982-)，男，硕士，讲师。研究方向:电气自动化技术。基金项目：本文系吉林工业职业技术学院2022年院级课题“基于物联网技术的火灾监控预警系统研究”(课题编号:22ky10)的研究成果之一。孙学智 基于物联网技术的电气火灾监控系统设计17系统。尽管这种设备的扩展性相对较差,但是却 具有较高的稳定性。第三阶段为网络化阶段,随着5G技术的成 熟与应用，越来越多的电气火灾监控设备从总线 式阶段进入网络化阶段。该阶段中最重要的就是 物联网技术,物联网(internet of Things)就是把各 种信息传感器按照规定好的协议用互联网技术 连接起来，可以进行数据传输,信息交换和信息 处理。通过物联网技术，电气设备的线路可以被 工作人员远程的监控，也可以和消防部门的报警 系统直接关联。一旦发生电气火灾报警,消防部 门可以在第一时间知晓并及时赶来现场,从而有 效控制住火灾或者把损伤降到最低。这样利用物 联网技术设计的火灾报警控制系统不仅有效地 解决了问题，更有效地规避了电气火灾W 检修 工作人员还可以通过网络化电气火灾监控设备 准确、快速地找到故障位置，从而从源头上减少 电气火灾的发生。在我国电气火灾监控设备逐步从总线式阶 段步入网络化阶段,许多电气火灾监控产品的龙 头企业不仅结合了国外成熟产品的科学技术，还 根据我国建筑物的特点进行了专属定制,进一步 促进了我国电气火灾监控设备的快速发展。基于 此，笔者设计了一套基于物联网技术的电气火灾 监控系统。3基于物联网技术的电气火灾监控系统设计3.1监控结构分析一方面，以往的电气火灾监控设备只能监控 单个建筑物,因此监控整个商场或者住宅就需要 设置很多监控设备。监控点越多,线路就越多,数 据也就越难读取,这就对设备的质量提出了有更 高的要求。尤其是大型建筑物中的管道、线路比 较密集，一旦发生火灾将难以控制，因此应该针 对不同地点运用独立的系统进行监控。为此，笔 者针对大型商场或者楼层结构复杂的住宅区设 计了电气火灾监控设备，旨在实现更广范围的控 制,以及更精准地掌控。另一方面,由于传统的火 灾监控设备不能很好地监控大型商场，自然达不 到消防要求;检修也较为困难,而且一旦线路老 化，进一步增加了更新和升级监控设备的难度。通过以上情况分析可知，传统的监控设备仅能解 决单个建筑物的需求,若想将其应用到大型建筑 中则需要增加上位机，并对各个建筑物的数据进 行采集和汇总，这就需要对硬件进行改进和更 新，同时还需要对上位机进行合理地改造和设 计,以提升工作效率，从而最大程度地采集和汇 总数据。只有更精准地找到问题所在，才能更有 效地预防火灾肌对于大型商场等大型建筑物而 言，所需的24小时不间断监控可以通过网络化 系统来实现。这样就能更清楚地掌握用电器的情 况，从而有效地预防火灾。基于物联网技术的智 慧消防系统原理如图所示。手机APP(用户)高兼容性 物联网传感器维保助手图1基于物联网技术的智慧消防系统原理18技术与教育通过建设图1中的智慧型消防平台，不仅能 够对消防系统、消防装备、消防设施和消防人员 等相关信息进行智能数据采集,还能够实现数据 的分析、处理与智能决策。作为一体化服务云平 台，在为业主提供7 x 24小时值守服务的同时,还能实时监控消防设施的运行情况，并为客户提 供火灾预警和设备故障提示，再结合AI技术实 现火警智能研判，以便第一时间发现火警和火 情。通过运营中心管理系统7 x24小时不间断监 控,实现对管理服务进程与质量的管控;通过消 防管家实现了火灾风险要素可视化、预警实时化 和智能化的安全管理;通过维保助手高效地维护 消防管理，实现了多维管控。3.2电气火灾监测控系统性能要求电气火灾监控设备应达到以下要求:当设备 未达到安全要求时，系统可以自行检查,并做到 随时对设备监控点进行排查;当监控设备发现异 常时,应及时报警并且提供准确的异常位置和问 题原因;当监控点电流和温度的变化达到预警值 时，及时向主机报警;监控设备必须符合国家相 关规定,不能对原设备进行大幅度改动，电路中 的母线不能接入配电箱。3.3电气火灾监控系统设计电气火灾监控系统由监控主机和探测器两 部分组成。监控主机做到24小时实时监控，一旦 发生报警信息时,相关工作人员应及时进行检査 与处理，并通知检修人员到达现场进行故障检测 及处理。探测器由电气火灾监控模块、配电线路 漏电监控和温度监测报警模块三个模块组成。3.3.1配电线路漏电监控设计线路漏电是非常严重的问题，因此应严格监 控，尤其需要注意以下几方面:监控系统的报警 值应为报警系统的80%100%,报警值范围应为 20-10 000 mA;不确定的预警范围应控制在电源 值的34倍,并且不能超过100-300 mA。对于配 电线路而言，应设为二级保护。第一级一般是线 路的末端，其作用是预防发生触电危险,作为一 种防触电装置，末端应选择未延时RCD,首端应 选择电磁式RCD,电流值应该小于30 mAo由于 的通过故障电流来工作，因此与电路上的电压无 关，这样就可以有效提高准确性。第二级保护主 要是预警,从产生故障到发生火灾会有一段较长 的延时，可以利用第二级保护进行精确排査。使 用时，应确保二级保护始终生效，因为一旦保护 脱扣,可能会造成不必要的恐慌。监控器包括动 力回路监控器和照明回路监控器两部分,应分别 设置成不同阈值和电流报警值。动力回路监控器 的电流报警值范围通常为50-100 mA,阈值范围 应为 200-300 mAo3.3.2电气火灾监控设备要求电气设备的用电线路装配有电流传感器、电 流探测器和配电箱。电流在预设值范围内进行调 节,当需要设置漏电脱扣时，可以使用正常的漏 电脱扣断路器，而不需要使用剩余电流断路器;如果不需要漏电报警,可以使用报警式剩余电流 探测器，以减少浪费;也可以在回路中设置短路 隔离器,以有效避免监控中心和监控设备之间的 线路短路。4基于物联网技术的电气火灾监控系统安装通常情况下,探测器和检测器将一并安装在 配电门上，由于探测器需要穿过配电回路，并且 需要固定在框架里,因此最好是交给专业的配电 柜厂家进行安装,以确保安装正确o在找到安装 厂家后，首先需要与配电柜厂家进行仔细审核,通过核査各个线路是否存在问题,来确保线路连 接的正确性;再提交探测器和监控器的外形和设 备型号;然后进行现场安装。与其他安装相比,由于电气火灾监控设备线 路中的线数较少，因此安装较为简单，但仍注意 以下几个方面：铺设超五类非屏蔽双绞线(UTP)时，应在配电箱内预留一块;在压接好RJ4 5水 晶头后,应使用测线仪对线路进行测试,确认无 问题后才能进行安装;总线的管线不能与其他的 强或弱管线混在一起;未不影响配电柜里的器件 和线路，柜里的线路应清晰整洁、布局美观。在安 装完之后,应逐条检查线路，确认无问题后再对 火灾检测设备进行开机测试，进而确保整个装置 无问题。5结语随着我国的经济迅速发展，作为城市标志的 大型商场、高层建筑、大规模社区等的用电的需 求越来越多,而随着用电量的增加,发生的火灾 孙学智 基于物联网技术的电气火灾监控系统设计19也越来越多。为了避免严重影响人们的正常生产 生活,电气火灾监控系统显得尤为必要。不仅可 以高效预防电气火灾,从源头上减少电气火灾的 发生，对于控制电气火灾也有着重要意义。笔者 设计的这套电气火灾监控系统,不仅具有针对性 功能,还有着较强实时性能，作为完全嵌入配电 柜中的系统,主要通过相关传感器和电流检测器 来实时监控所覆盖个区域的所有线路节点,能够 满足应用的实际需求。参考文献1 李怀嘉关于电气火灾监控系统的设计与安装J.黑龙江科技信息,20136):34.2 卢敏华.电气火灾监控系统在医院的应用研究J.中国高新科技,2021(14):129-130.闽消.石狮全力推广智能电气火灾监控系统J.消防界(电子版),2021(08):37.4 郭鹏亮.电气火灾监控系统的探讨J.智能建筑,2019(07)：4 2-4 4.5 张军.基于CAN总线的电气火灾监控系统D.杭州:杭州电子科技大学,2011.Design of Electrical Fire Monitoring System Based on Internet of Things TechnologySUN Xuezhi(School of Intelligent Manufacturing,Jilin Vocational College of Industry and Technology,Jilin 132013,China)Abstract:Electrical failure is an important cause of fire.Because the traditional fire alarm is independent without networking and the data is not synchronized,the response after a fire is not timely enough.In order to carry out intelligent monitoring and management of fire situation and fire fighting facilities,the internet of things technology is applied to connect the sensing equipment,monitoring platform and supervision system,which can realize data sharing,build an intelligent and safe fire protection system,respond quickly,and reduce customer fire losses.The fire protection system data also provides data support for later maintenance.Key words：fire monitoring;internet of things;intelligent fire protection