孫學(xué)智

（吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造學(xué)院，吉林 吉林 132013）

1 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。可能引起過熱型火災(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)[1]。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)。

2 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。

第一階段為多線制階段，該階段的電氣火災(zāi)監(jiān)控產(chǎn)品一般只能利用開關(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[2]。

第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)（Controller Area Network，CAN）總線、二總線和RS-485 總線?？偩€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)。現(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。

第三階段為網(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。該階段中最重要的就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）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，消防部門可以在第一時間知曉并及時趕來現(xiàn)場，從而有效控制住火災(zāi)或者把損傷降到最低。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)[3-4]。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)備準(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?；诖耍P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)。

3 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

3.1 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，以及更精準(zhǔn)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，從而最大程度地采集和匯總數(shù)據(jù)。只有更精準(zhǔn)地找到問題所在，才能更有效地預(yù)防火災(zāi)[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(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。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧消防系統(tǒng)原理

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，以便第一時間發(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。

3.2 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)備必須符合國家相關(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。

3.3 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)行檢查與處理，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。

3.3.1 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20～10 000 mA；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100～300 mA。對于配電線路而言，應(yīng)設(shè)為二級保護(hù)。第一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(guān)，這樣就可以有效提高準(zhǔn)確性。第二級保護(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，可以利用第二級保護(hù)進(jìn)行精確排查。使用時，應(yīng)確保二級保護(hù)始終生效，因?yàn)橐坏┍Ｗo(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50～100 mA，閾值范圍應(yīng)為200～300 mA。

3.3.2 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。

4 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，因此最好是交給專業(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(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。

5 結(jié)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。