消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實施方法及關(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)備已不再僅具有獨立封閉式功能， 越來越多的設(shè)備已實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，接口開放，標準統(tǒng)一，及在一定技術(shù)層面上的物聯(lián)網(wǎng)對接和實施 [2]。

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

針對消防物聯(lián)網(wǎng)實施過程中消防設(shè)施分散、不能及時上報數(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)實施方法，該方法采用分系統(tǒng)方式，合理部署實施部位，提供輸出信號，采用便捷的通信方式，加強了分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)聯(lián)系，成本可控，易組織實施，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)測的消防屬性，將消防系統(tǒng)分為水系統(tǒng)、電系統(tǒng)、報警系統(tǒng)以及外部設(shè)備四個子系統(tǒng)。

水系統(tǒng)實施部位主要是泵房、樓頂水箱、室內(nèi)消火栓，主要監(jiān)測水壓、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 的模擬量信號供外部采集，目的是監(jiān)測是否有水、水壓是否滿足要求、水質(zhì)是否良好等，保證消防用水及時可靠供應。

電系統(tǒng)實施部位主要是各配電柜、配電箱，用以監(jiān)測三相四線的相電流、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 ；溫度用以表示各負載相實際運行時的溫度。目的是統(tǒng)計以一個配電箱為單位的各回路的電氣火災發(fā)生的可能性。

報警系統(tǒng)的主要部位是放在各單位消防控制室的消防報警主機控制器，通過專用協(xié)議卡接入報警主機[6]，使得報警主機的事件數(shù)據(jù)信息能及時可靠地上報，實時監(jiān)控報警主機下接的各消防設(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)備是一個擴展型子系統(tǒng)，根據(jù)實際需要選擇，以獨立式煙感和消火栓監(jiān)測終端為例，獨立式煙感多實施在老舊小區(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

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。

在這些位置進行監(jiān)測的關(guān)鍵在于，選擇合適量程的傳感器，使輸出信號值處于合適的測量區(qū)間 ；考慮取電難易程度， 根據(jù)現(xiàn)場情況選擇布線式設(shè)備或者獨立供電式設(shè)備 ；考慮各監(jiān)測位置的通信部署方案，根據(jù)現(xiàn)場信號強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，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)下級網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)，同時本身也可作為獨立網(wǎng)關(guān)使用?？偩€一般選擇 RS 485 形式，在總線上標定每個 RS 485 設(shè)備的地址 ；通信模組設(shè)置成可擴展模式，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)測漏電，這是防止電氣火災的重要途徑。這種測量可精確到每一戶，甚至一個具體的電氣設(shè)備供電回路。

通過特定的電能計量芯片、特定的信號輸出接口，利用分壓原理進行 ADC 采樣，得到一個三相四線的相電壓、相電流、剩余電流， 根據(jù)相關(guān)標準， 當剩余電流值大于300 mA 時即可報警。當相電壓、相電流、溫度值超過一定閾值時也可發(fā)出預警，提示用戶的不合理用電行為。

電系統(tǒng)監(jiān)測設(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。在測量精度方面，要提高出廠前校準要求。在對接平臺方面， 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施難易程度。

2.3 報警系統(tǒng)

報警系統(tǒng)主要對接消防控制室的消防報警主機控制器， 選擇合適的接入口，接收報警主機的事件數(shù)據(jù)信息，實時轉(zhuǎn)發(fā)到平臺。

報警系統(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。

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

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

報警主機上報的數(shù)據(jù)內(nèi)容一般遵循一定的格式，統(tǒng)計見表 2 所列。

對于主從機模式，主機號表示具體的分機 ；回路號表示掛在哪一個回路板下面 ；地址編碼是編碼器操作的實際編碼， 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)動啟動、停動、反饋等 ；設(shè)備類型有煙感、溫感、手報、輸入模塊、輸出模塊等 ；產(chǎn)生 / 消除表示事件產(chǎn)生 / 恢復 ；中文碼一般描述設(shè)備的實際位置 ；時間表示事件發(fā)生的時間。

2.4 外部設(shè)備

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

3 結(jié) 語

消防物聯(lián)網(wǎng)實施是一個系統(tǒng)化的工程，需要綜合考量實施成本、難易程度、安全性、可擴展性等因素，選取合適的水系統(tǒng)、電系統(tǒng)、報警系統(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，實現(xiàn)智能化管理。本文提供了一系列可選部署方案，并針對不同環(huán)境進行了可行性分析，經(jīng)實際應用和驗證，是一個適宜規(guī)?；茝V的實施方法。