消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)施方法及關(guān)鍵技術(shù)研究

引 言

消防物聯(lián)網(wǎng)是區(qū)別于傳統(tǒng)消防的一種互聯(lián)網(wǎng)管理模式， 是保障公共安全的智慧化管理手段 [1]。近年來，基于互聯(lián)網(wǎng)及通信技術(shù)的發(fā)展，各種設(shè)備已不再僅具有獨(dú)立封閉式功能， 越來越多的設(shè)備已實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，接口開放，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，及在一定技術(shù)層面上的物聯(lián)網(wǎng)對(duì)接和實(shí)施 [2]。

傳統(tǒng)消防設(shè)備在單位竣工驗(yàn)收前就已完成設(shè)備布線、整體調(diào)試，且是分批分階段進(jìn)行，一旦正式投入使用后再對(duì)單位消防系統(tǒng)進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)改造將是一個(gè)規(guī)模頗大的工程 [3]。隨著國(guó)家對(duì)消防的管控越來越嚴(yán)格，此類消防物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施工程將趨于常態(tài)化，各地的消防主管部門也將逐步對(duì)消防物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)施制定標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理[4]。

針對(duì)消防物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施過程中消防設(shè)施分散、不能及時(shí)上報(bào)數(shù)據(jù)、成本高、難度大的問題 [5]，本文提出了一種系統(tǒng)化消防物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施方法，該方法采用分系統(tǒng)方式，合理部署實(shí)施部位，提供輸出信號(hào)，采用便捷的通信方式，加強(qiáng)了分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)聯(lián)系，成本可控，易組織實(shí)施，提高了消防單位的管理水平和消防主管部門的智慧化管理能力。

1 系統(tǒng)描述

本文根據(jù)要監(jiān)測(cè)的消防屬性，將消防系統(tǒng)分為水系統(tǒng)、電系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)以及外部設(shè)備四個(gè)子系統(tǒng)。

水系統(tǒng)實(shí)施部位主要是泵房、樓頂水箱、室內(nèi)消火栓，主要監(jiān)測(cè)水壓、液位、水質(zhì)等信息，采用壓力傳感器、液位傳感器等輸出 4 ～20mA 的模擬量信號(hào)供外部采集，目的是監(jiān)測(cè)是否有水、水壓是否滿足要求、水質(zhì)是否良好等，保證消防用水及時(shí)可靠供應(yīng)。

電系統(tǒng)實(shí)施部位主要是各配電柜、配電箱，用以監(jiān)測(cè)三相四線的相電流、相電壓、剩余電流、溫度。相電流、相電壓用以表示三相負(fù)載的均衡程度 ；剩余電流用以表示漏電大小 ；溫度用以表示各負(fù)載相實(shí)際運(yùn)行時(shí)的溫度。目的是統(tǒng)計(jì)以一個(gè)配電箱為單位的各回路的電氣火災(zāi)發(fā)生的可能性。

報(bào)警系統(tǒng)的主要部位是放在各單位消防控制室的消防報(bào)警主機(jī)控制器，通過專用協(xié)議卡接入報(bào)警主機(jī)[6]，使得報(bào)警主機(jī)的事件數(shù)據(jù)信息能及時(shí)可靠地上報(bào)，實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警主機(jī)下接的各消防設(shè)備的異常事件狀態(tài)，這也是消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心。

外部設(shè)備是一個(gè)擴(kuò)展型子系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際需要選擇，以獨(dú)立式煙感和消火栓監(jiān)測(cè)終端為例，獨(dú)立式煙感多實(shí)施在老舊小區(qū)等不宜布線的消防改造、重要監(jiān)控死角等部位 ；消火栓監(jiān)測(cè)終端主要布設(shè)在消防登高面等外圍救援部位，通過監(jiān)測(cè)水壓、流量等信息保障外部消防用水的可靠性。

系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)見表 1 所列。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 水系統(tǒng)

水系統(tǒng)一般選擇在泵房、樓頂水箱以及各層的室內(nèi)消火栓接口處。

在這些位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵在于，選擇合適量程的傳感器，使輸出信號(hào)值處于合適的測(cè)量區(qū)間 ；考慮取電難易程度， 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇布線式設(shè)備或者獨(dú)立供電式設(shè)備 ；考慮各監(jiān)測(cè)位置的通信部署方案，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)強(qiáng)度和布線難易程度來判定，一般選擇區(qū)域內(nèi)總線組網(wǎng)、再經(jīng)中繼網(wǎng)關(guān)的通信模組轉(zhuǎn)發(fā)到平臺(tái)，這種方式能夠有效降低設(shè)備成本。通信部署方案如圖 1 所示。

中繼網(wǎng)關(guān)既可以作為樞紐轉(zhuǎn)發(fā)下級(jí)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)，同時(shí)本身也可作為獨(dú)立網(wǎng)關(guān)使用?？偩€一般選擇 RS 485 形式，在總線上標(biāo)定每個(gè) RS 485 設(shè)備的地址 ；通信模組設(shè)置成可擴(kuò)展模式，選擇 2G/4G/NB 中的一種，即插即用。

2.2 電系統(tǒng)

電系統(tǒng)的主要作用是監(jiān)測(cè)漏電，這是防止電氣火災(zāi)的重要途徑。這種測(cè)量可精確到每一戶，甚至一個(gè)具體的電氣設(shè)備供電回路。

通過特定的電能計(jì)量芯片、特定的信號(hào)輸出接口，利用分壓原理進(jìn)行 ADC 采樣，得到一個(gè)三相四線的相電壓、相電流、剩余電流， 根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)， 當(dāng)剩余電流值大于300 mA 時(shí)即可報(bào)警。當(dāng)相電壓、相電流、溫度值超過一定閾值時(shí)也可發(fā)出預(yù)警，提示用戶的不合理用電行為。

電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)備要考慮自身電氣安全，所以在電路原理上要設(shè)置輸入隔離措施，通過非接觸方式采集輸入信號(hào)。在測(cè)量精度方面，要提高出廠前校準(zhǔn)要求。在對(duì)接平臺(tái)方面， 要選擇可靠穩(wěn)定的通信模組，如 2G/4G 模組 [7]，設(shè)置成區(qū)域總線組網(wǎng)，中繼轉(zhuǎn)發(fā)模式，考慮合理控制成本和實(shí)施難易程度。

2.3 報(bào)警系統(tǒng)

報(bào)警系統(tǒng)主要對(duì)接消防控制室的消防報(bào)警主機(jī)控制器， 選擇合適的接入口，接收?qǐng)?bào)警主機(jī)的事件數(shù)據(jù)信息，實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)到平臺(tái)。

報(bào)警系統(tǒng)的關(guān)鍵在于選擇合適的接入口。常見接入口類型有 CRT 口、CAN 聯(lián)網(wǎng)口、第三方集成口、打印機(jī)接口等， 每一類接口又可分為多種不同的電氣特性接口。

打印機(jī)接口 [8] 需要明確幾點(diǎn)，如是串口還是并口打印機(jī) ； 并口打印機(jī)引腳定義 ；打印出來的字符是明文還是加密格式等。

對(duì)于需要專門協(xié)議卡的接口，需要明確協(xié)議格式是問答式還是主動(dòng)上報(bào)式以及巡檢指令、回答格式等。

報(bào)警主機(jī)上報(bào)的數(shù)據(jù)內(nèi)容一般遵循一定的格式，統(tǒng)計(jì)見表 2 所列。

對(duì)于主從機(jī)模式，主機(jī)號(hào)表示具體的分機(jī) ；回路號(hào)表示掛在哪一個(gè)回路板下面 ；地址編碼是編碼器操作的實(shí)際編碼， 一般為 1 B，在 0 ～ 255 之間 ；事件類型常見的有火警、故障、電源、聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)、停動(dòng)、反饋等 ；設(shè)備類型有煙感、溫感、手報(bào)、輸入模塊、輸出模塊等 ；產(chǎn)生 / 消除表示事件產(chǎn)生 / 恢復(fù) ；中文碼一般描述設(shè)備的實(shí)際位置 ；時(shí)間表示事件發(fā)生的時(shí)間。

2.4 外部設(shè)備

外部設(shè)備根據(jù)實(shí)際需要添加，比如在老舊小區(qū)等不宜布線的地方加裝獨(dú)立式煙感 ；在外圍消防登高面等重要部位加裝消火栓監(jiān)測(cè)終端，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)外部消防供水的水壓、流量等信息。這些獨(dú)立式設(shè)備適宜采用 NB 模組，通過控制上報(bào)頻次來控制使用時(shí)間。

3 結(jié) 語

消防物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施是一個(gè)系統(tǒng)化的工程，需要綜合考量實(shí)施成本、難易程度、安全性、可擴(kuò)展性等因素，選取合適的水系統(tǒng)、電系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)以及外部設(shè)備的部署方式，將各系統(tǒng)數(shù)據(jù)歸一化到統(tǒng)一的管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)智能化管理。本文提供了一系列可選部署方案，并針對(duì)不同環(huán)境進(jìn)行了可行性分析，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用和驗(yàn)證，是一個(gè)適宜規(guī)模化推廣的實(shí)施方法。