基于物聯網技術的電氣火災監控系統設計

孫學智

（吉林工業職業技術學院智能制造學院，吉林 吉林 132013）

1 引言

人口較多的商場和住宅區容易發生火災，而且人員密集環境復雜，更容易造成人員受傷或死亡。根據數據顯示，常見的發生電氣火災方式有兩種：一種是過熱型火災，由于電氣設備的某個部位過熱，并未進行及時的修理，從而導致線路絕緣層老化，甚至直接點燃可燃物?？赡芤疬^熱型火災情況有工作電壓不符合用電器的額定電壓；用電器的線路發生短路；用電器的導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閉等。另一種是放電型火災，由于產生火花和電弧，點燃了附近的物體而發生火災[1]?？赡芤鸱烹娦突馂那闆r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，過熱型電氣火災比放電型火災發生的多。面對這種情況，我國在住宅區和大型商場等安裝火災探測報警系統，但是大部分火災報警器都是獨立使用的，效果不是很理想，這就需要進行技術創新，增加現代化的消防設備以及聯網管理監控系統。

2 國內電氣火災監控系統發展分析

筆者認為，我國的電氣火災監控系統可以分為三個階段。

第一階段為多線制階段，該階段的電氣火災監控產品一般只能利用開關量來控制，而且監控設備和探測器的信號都是獨立的，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，并且復雜的線路對于后期維護而言較為困難，我國早期的電氣火災監控系統大多采用這種形式[2]。

第二階段為總線式階段，隨著通信技術的進步，硬件成本也在逐漸降低。監控設備中常用到總線技術，常見的有控制器局域網絡（Controller Area Network，CAN）總線、二總線和RS-485 總線?？偩€式電氣火災監控設備利用的是數字信號，而不是開關量，此方法能夠降低成本，并且更有效、便捷地傳遞探測器的數據?，F如今，我國采用的電氣火災監控設備基本上都是總線式監控系統。盡管這種設備的擴展性相對較差，但是卻具有較高的穩定性。

第三階段為網絡化階段，隨著5G 技術的成熟與應用，越來越多的電氣火災監控設備從總線式階段進入網絡化階段。該階段中最重要的就是物聯網技術，物聯網（Internet of Things）就是把各種信息傳感器按照規定好的協議用互聯網技術連接起來，可以進行數據傳輸，信息交換和信息處理。通過物聯網技術，電氣設備的線路可以被工作人員遠程的監控，也可以和消防部門的報警系統直接關聯。一旦發生電氣火災報警，消防部門可以在第一時間知曉并及時趕來現場，從而有效控制住火災或者把損傷降到最低。這樣利用物聯網技術設計的火災報警控制系統不僅有效地解決了問題，更有效地規避了電氣火災[3-4]。檢修工作人員還可以通過網絡化電氣火災監控設備準確、快速地找到故障位置，從而從源頭上減少電氣火災的發生。

在我國電氣火災監控設備逐步從總線式階段步入網絡化階段，許多電氣火災監控產品的龍頭企業不僅結合了國外成熟產品的科學技術，還根據我國建筑物的特點進行了專屬定制，進一步促進了我國電氣火災監控設備的快速發展?；诖?，筆者設計了一套基于物聯網技術的電氣火災監控系統。

3 基于物聯網技術的電氣火災監控系統設計

3.1 監控結構分析

一方面，以往的電氣火災監控設備只能監控單個建筑物，因此監控整個商場或者住宅就需要設置很多監控設備。監控點越多，線路就越多，數據也就越難讀取，這就對設備的質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，一旦發生火災將難以控制，因此應該針對不同地點運用獨立的系統進行監控。為此，筆者針對大型商場或者樓層結構復雜的住宅區設計了電氣火災監控設備，旨在實現更廣范圍的控制，以及更精準地掌控。另一方面，由于傳統的火災監控設備不能很好地監控大型商場，自然達不到消防要求；檢修也較為困難，而且一旦線路老化，進一步增加了更新和升級監控設備的難度。通過以上情況分析可知，傳統的監控設備僅能解決單個建筑物的需求，若想將其應用到大型建筑中則需要增加上位機，并對各個建筑物的數據進行采集和匯總，這就需要對硬件進行改進和更新，同時還需要對上位機進行合理地改造和設計，以提升工作效率，從而最大程度地采集和匯總數據。只有更精準地找到問題所在，才能更有效地預防火災[5]。對于大型商場等大型建筑物而言，所需的24 小時不間斷監控可以通過網絡化系統來實現。這樣就能更清楚地掌握用電器的情況，從而有效地預防火災?；谖锫摼W技術的智慧消防系統原理如圖1所示。

圖1 基于物聯網技術的智慧消防系統原理

通過建設圖1中的智慧型消防平臺，不僅能夠對消防系統、消防裝備、消防設施和消防人員等相關信息進行智能數據采集，還能夠實現數據的分析、處理與智能決策。作為一體化服務云平臺，在為業主提供7×24 小時值守服務的同時，還能實時監控消防設施的運行情況，并為客戶提供火災預警和設備故障提示，再結合AI 技術實現火警智能研判，以便第一時間發現火警和火情。通過運營中心管理系統7×24 小時不間斷監控，實現對管理服務進程與質量的管控；通過消防管家實現了火災風險要素可視化、預警實時化和智能化的安全管理；通過維保助手高效地維護消防管理，實現了多維管控。

3.2 電氣火災監測控系統性能要求

電氣火災監控設備應達到以下要求：當設備未達到安全要求時，系統可以自行檢查，并做到隨時對設備監控點進行排查；當監控設備發現異常時，應及時報警并且提供準確的異常位置和問題原因；當監控點電流和溫度的變化達到預警值時，及時向主機報警；監控設備必須符合國家相關規定，不能對原設備進行大幅度改動，電路中的母線不能接入配電箱。

3.3 電氣火災監控系統設計

電氣火災監控系統由監控主機和探測器兩部分組成。監控主機做到24 小時實時監控，一旦發生報警信息時，相關工作人員應及時進行檢查與處理，并通知檢修人員到達現場進行故障檢測及處理。探測器由電氣火災監控模塊、配電線路漏電監控和溫度監測報警模塊三個模塊組成。

3.3.1 配電線路漏電監控設計

線路漏電是非常嚴重的問題，因此應嚴格監控，尤其需要注意以下幾方面：監控系統的報警值應為報警系統的80%～100%，報警值范圍應為20～10 000 mA；不確定的預警范圍應控制在電源值的3～4 倍，并且不能超過100～300 mA。對于配電線路而言，應設為二級保護。第一級一般是線路的末端，其作用是預防發生觸電危險，作為一種防觸電裝置，末端應選擇未延時RCD，首端應選擇電磁式RCD，電流值應該小于30 mA。由于的通過故障電流來工作，因此與電路上的電壓無關，這樣就可以有效提高準確性。第二級保護主要是預警，從產生故障到發生火災會有一段較長的延時，可以利用第二級保護進行精確排查。使用時，應確保二級保護始終生效，因為一旦保護脫扣，可能會造成不必要的恐慌。監控器包括動力回路監控器和照明回路監控器兩部分，應分別設置成不同閾值和電流報警值。動力回路監控器的電流報警值范圍通常為50～100 mA，閾值范圍應為200～300 mA。

3.3.2 電氣火災監控設備要求

電氣設備的用電線路裝配有電流傳感器、電流探測器和配電箱。電流在預設值范圍內進行調節，當需要設置漏電脫扣時，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；也可以在回路中設置短路隔離器，以有效避免監控中心和監控設備之間的線路短路。

4 基于物聯網技術的電氣火災監控系統安裝

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，因此最好是交給專業的配電柜廠家進行安裝，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行仔細審核，通過核查各個線路是否存在問題，來確保線路連接的正確性；再提交探測器和監控器的外形和設備型號；然后進行現場安裝。

與其他安裝相比，由于電氣火災監控設備線路中的線數較少，因此安裝較為簡單，但仍注意以下幾個方面：鋪設超五類非屏蔽雙絞線(UTP)時，應在配電箱內預留一塊；在壓接好RJ45 水晶頭后，應使用測線儀對線路進行測試，確認無問題后才能進行安裝；總線的管線不能與其他的強或弱管線混在一起；未不影響配電柜里的器件和線路，柜里的線路應清晰整潔、布局美觀。在安裝完之后，應逐條檢查線路，確認無問題后再對火災檢測設備進行開機測試，進而確保整個裝置無問題。

5 結語

隨著我國的經濟迅速發展，作為城市標志的大型商場、高層建筑、大規模社區等的用電的需求越來越多，而隨著用電量的增加，發生的火災也越來越多。為了避免嚴重影響人們的正常生產生活，電氣火災監控系統顯得尤為必要。不僅可以高效預防電氣火災，從源頭上減少電氣火災的發生，對于控制電氣火災也有著重要意義。筆者設計的這套電氣火災監控系統，不僅具有針對性功能，還有著較強實時性能，作為完全嵌入配電柜中的系統，主要通過相關傳感器和電流檢測器來實時監控所覆蓋個區域的所有線路節點，能夠滿足應用的實際需求。