摘要：在社會發(fā)展水平不斷提升的背景下，人們的用電量逐漸攀升，電氣火災(zāi)發(fā)生率也有所上升，只有做好火災(zāi)監(jiān)控與防護(hù)工作才能夠保障用電安全。基于此，針對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)與電氣火災(zāi)防護(hù)進(jìn)行了分析，以期優(yōu)化電氣火災(zāi)防護(hù)效果。在查閱并分析相關(guān)資料后發(fā)現(xiàn)，靈活應(yīng)用現(xiàn)代化監(jiān)控與防護(hù)手段有利于降低電氣火災(zāi)發(fā)生概率，保障人們的人身安全。因此，在開展電氣火災(zāi)防范工作時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)完善的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)并不斷提高電氣設(shè)計(jì)水平、加強(qiáng)針對性防護(hù)。
關(guān)鍵詞：電氣火災(zāi)；監(jiān)控系統(tǒng)；火災(zāi)防護(hù)

引言：經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，電氣火災(zāi)事故發(fā)生量逐年攀升，對社會安全與穩(wěn)定產(chǎn)生了較大威脅。而靈活應(yīng)用信息技術(shù)手段與智能化設(shè)備有利于全面監(jiān)控電氣火災(zāi)，為電氣火災(zāi)的防護(hù)提供支持，因此需要提高對監(jiān)控系統(tǒng)與防護(hù)措施的重視程度，從而減少電氣火災(zāi)的發(fā)生概率。
1. 電氣火災(zāi)概述
1.1 概念
電氣火災(zāi)主要指電氣線路、用電設(shè)備、供配電設(shè)備等出現(xiàn)故障性 / 非故障性釋放熱能且引燃本體或其他可燃物而引發(fā)的火災(zāi)，多發(fā)生在建筑物當(dāng)中，可能會演變?yōu)橹靥卮蠡馂?zāi)事故，具有較大的危險(xiǎn)性 [1]。
1.2 原因
電氣火災(zāi)主要是由短路、電阻過大以及過載等因素造成的。第一，短路。短路指的是不同電位的導(dǎo)電部分直接金屬性連接或經(jīng)過小阻抗連接在一起，主要包括金屬性短路與電弧性短路，是引發(fā)電氣火災(zāi)的關(guān)鍵原因之一 [2]。

例如，一些電氣設(shè)備在運(yùn)行過程中可能會出現(xiàn)短路等問題，這會導(dǎo)致短路點(diǎn)附近出現(xiàn)電弧與電火花，繼而引燃附近的可燃物品進(jìn)而造成電氣火災(zāi)。第二，電阻過大。這一問題指的是導(dǎo)線與導(dǎo)線、導(dǎo)線與配用電設(shè)備之間在連接時(shí)出現(xiàn)接觸電阻過大的問題且使局部產(chǎn)生高溫、電弧，繼而引燃附近的可燃物，主要是由接頭松動(dòng)、線路連接處氧化等原因造成的。第三，過載。若導(dǎo)線中的電流超過安全載流量時(shí)，導(dǎo)線就會出現(xiàn)高溫并引燃附近可燃物，造成電氣火災(zāi)。
2. 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)
2.1 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)
在用電量不斷增加的過程中，電氣火災(zāi)事故發(fā)生率越來越高，利用傳統(tǒng)的保護(hù)設(shè)備已無法有效防范電氣火災(zāi)，而應(yīng)用電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可有效防范火災(zāi)并提高安全用電水平，所以需要充分了解電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。
2.1.1 原理與構(gòu)成
第一，原理。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)靈活應(yīng)用了電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及通信技術(shù)等，在運(yùn)行過程中可以對電氣線路與電氣設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，全面采集線路與設(shè)備的電流、溫度以及剩余電流等參數(shù)，并對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行過濾、放大、對比等處理，最終判斷數(shù)據(jù)指標(biāo)是否超過預(yù)定值并發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號 [3]。
第二，構(gòu)成。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要是由火災(zāi)監(jiān)控單元、區(qū)域監(jiān)控主機(jī)、中心監(jiān)控主機(jī)以及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器共同構(gòu)成，其中火災(zāi)監(jiān)控單元可以通過傳感器檢測電氣參數(shù)并經(jīng)過現(xiàn)場總線將數(shù)據(jù)信息輸送至區(qū)域監(jiān)控主機(jī)中 ；區(qū)域監(jiān)控主機(jī)可以監(jiān)控、存儲數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)報(bào)警顯示與查詢 ；中心監(jiān)控主機(jī)位于監(jiān)控中心，具備通知、聯(lián)動(dòng)等多個(gè)模塊 ；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是數(shù)據(jù)中心，可有效存儲數(shù)據(jù)。
2.1.2 電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器
電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器是監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)成部分，可有效檢測出隱蔽性的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。常用的探測器類型有剩余電流式、測溫式，不同類型探測器的主要功能不同。第一，剩余電流式探測器。這種探測器在配電線路狀態(tài)監(jiān)控中發(fā)揮著重要作用，可以及時(shí)檢測出電氣故障與火災(zāi)隱患，降低電氣火災(zāi)的發(fā)生概率。在應(yīng)用過程中應(yīng)嚴(yán)格控制探測器的使用數(shù)量以及安裝位置，從而優(yōu)化使用效果。第二，測溫式探測器。過熱問題可能會引發(fā)電氣火災(zāi)，而應(yīng)用測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器可有效檢測出線路過熱或接頭過熱等問題。常用的測溫式探測器有接觸式與非接觸式這 2 種類型，在應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)火災(zāi)防范需求選擇合適的類型，且需要優(yōu)先將探測器安裝在配電柜當(dāng)中，提高過熱問題的檢測效率。第三，電弧式探測器。電弧所產(chǎn)生的能量可能會引燃周邊的可燃物，應(yīng)用電弧式探測器可以有效控制配電線路的末端，充分了解電弧的產(chǎn)生情況，所以可以將這種類型的探測器應(yīng)用在電氣系統(tǒng)中 [4]。第四，測量熱解粒子式探測器。這種探測器可有效監(jiān)控電氣故障以及系統(tǒng)溫度變化情況，且可以在發(fā)生明火前進(jìn)行報(bào)警，有利于減少火災(zāi)的發(fā)生。
2.1.3 電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備
電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備主要包括監(jiān)控主機(jī)、以太網(wǎng)模塊、觸摸屏模塊等。第一，監(jiān)控主機(jī)。監(jiān)控主機(jī)處于核心地位，具有報(bào)警聲光輸出、存儲報(bào)警記錄等功能，在系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。第二，以太網(wǎng)模塊。以太網(wǎng)傳輸具有速度快、可靠性強(qiáng)等優(yōu)勢，可以為數(shù)據(jù)信息的傳輸提供支持，所以需要科學(xué)選擇以太網(wǎng)模塊。第三，觸摸屏模塊。在系統(tǒng)智能化水平不斷提升的背景下，觸摸屏模塊成為系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，有利于實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)。在選擇觸摸屏模塊時(shí)需要充分考慮設(shè)備性能、功能以及實(shí)用性等情況。第四，存儲模塊。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行過程中需要存儲溫度、剩余電流等數(shù)據(jù)，對存儲設(shè)備的要求相對較高，所以需要選擇存儲能力強(qiáng)的設(shè)備。
2.2 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在應(yīng)用電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)前不僅需要了解系統(tǒng)，也需要做好系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，確保系統(tǒng)符合實(shí)際需求。
2.2.1 硬件設(shè)計(jì)
第一，監(jiān)控設(shè)備硬件總體設(shè)計(jì)。在進(jìn)行電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)化監(jiān)控設(shè)備硬件總設(shè)計(jì)，將 U 盤存儲、觸摸屏、以太網(wǎng)、電源電路、復(fù)位電路等模塊納入系統(tǒng)中，并將各個(gè)模塊與監(jiān)控設(shè)備 CPU 連接在一起。

第二，監(jiān)控設(shè)備控制芯片。控制芯片在監(jiān)控設(shè)備中發(fā)揮著重要作用，會對電氣火災(zāi)監(jiān)控產(chǎn)生較大影響，所以需要靈活應(yīng)用單片機(jī)，提高控制效率。常用的單片機(jī)有 AVR、51、PIC 等不同系列，其中 AVR 與 PIC 系列的單片機(jī)具有執(zhí)行效率高等優(yōu)勢，且 PIC 單片機(jī)具有存儲空間大、功耗低、可靠性高等優(yōu)勢，因此可以將 PIC 單片機(jī)應(yīng)用在監(jiān)控設(shè)備中。在明確單片機(jī)后需要做好單片機(jī)的引腳分配工作，充分發(fā)揮單片機(jī)的作用。

第三，現(xiàn)場總線電路設(shè)計(jì)。在進(jìn)行現(xiàn)場總線電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做好通信芯片選擇以及電路設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的工作。首先，RS-485的抗干擾能力相對較強(qiáng)、傳輸距離相對較遠(yuǎn)，比較符合電氣火災(zāi)監(jiān)控的需求，所以可以應(yīng)用 RS-485 總線 [5]，且需要選擇合適的控制芯片，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的傳輸速率。其次，若總線上任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，總線都可能無法正常運(yùn)行，所以需要在總線中設(shè)置 PTC 自恢復(fù)保險(xiǎn)，使 PTC 電阻直接保護(hù)總線。再次，電氣控制現(xiàn)場較為復(fù)雜，若電壓超過接收器的極限接收電壓就會損壞芯片，因此需要利用直流電壓轉(zhuǎn)換模塊對系統(tǒng)電源與通信芯片電源進(jìn)行隔離處理。最后，需要將光耦器件應(yīng)用在系統(tǒng)中并優(yōu)化光耦抗干擾電路設(shè)計(jì)。

第四，數(shù)據(jù)存儲模塊設(shè)計(jì)。這一環(huán)節(jié)包括存儲模塊設(shè)計(jì)、存儲模塊接口電路設(shè)計(jì)等內(nèi)容，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。剩余電流值、溫度值等數(shù)據(jù)在電氣火災(zāi)隱患的判斷中發(fā)揮著重要作用，只有全面存儲電氣系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息才能夠?yàn)殡[患判斷提供數(shù)據(jù)支撐，所以需要靈活應(yīng)用 U 盤，通過 U 盤存儲數(shù)據(jù)信息。另外，需要利用 SPI 接口將監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)與存儲模塊連接在一起，充分發(fā)揮存儲模塊的作用。

第五，觸摸屏模塊設(shè)計(jì)。觸摸屏在人機(jī)交互中具有重要作用，可以讓工作人員查詢數(shù)據(jù)并控制系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)時(shí)需要選擇合適的智能終端，通過該終端進(jìn)行控制、查詢以及顯示。且需要優(yōu)化觸摸屏與監(jiān)控主機(jī)之間的接口電路設(shè)計(jì)，通過 5 V 直流電源直接供電。

第六，以太網(wǎng)模塊設(shè)計(jì)。在電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用以太網(wǎng)模塊可以讓工作人員遠(yuǎn)程監(jiān)測火災(zāi)探測器并獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，因此應(yīng)合理選擇以太網(wǎng)擴(kuò)展方案，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包與單片機(jī)數(shù)據(jù)的透明傳輸。且需要進(jìn)行單片機(jī)的擴(kuò)展，通過擴(kuò)展出的串口連接以太網(wǎng)。
2.2.2 軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)在電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占據(jù)著重要地位，應(yīng)提高對這一環(huán)節(jié)的重視程度。第一，應(yīng)優(yōu)化軟件總體設(shè)計(jì)。應(yīng)將自檢程序、初始化程序納入總體設(shè)計(jì)中，通過自檢程序使監(jiān)控設(shè)備自動(dòng)檢測探測器的功能，判斷探測器是否能夠正常使用，若不能便自動(dòng)報(bào)警，通過初始化程序使探測器進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。第二，應(yīng)優(yōu)化通信軟件設(shè)計(jì)。硬件中的現(xiàn)場總線需要通信軟件的支持，因此應(yīng)優(yōu)化通信軟件設(shè)計(jì)。首先，應(yīng)科學(xué)選擇通信協(xié)議。Modbus 協(xié)議具有數(shù)據(jù)采集等功能，可以對主機(jī)與從機(jī)之間的工作形式進(jìn)行規(guī)定與控制，所以需要將其 RTU 模式應(yīng)用在電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的通信軟件中。其次，應(yīng)優(yōu)化循環(huán)冗余校驗(yàn)算法。在通信過程中，數(shù)據(jù)可能會受到分布參數(shù)、傳輸距離等多種因素的影響，很可能會出現(xiàn)一些問題，而應(yīng)用循環(huán)冗余校驗(yàn)這種算法可以對數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行校驗(yàn)，為此需要將其應(yīng)用在通信軟件中。最后，應(yīng)優(yōu)化發(fā)送程序。在 RTU 模式中，時(shí)間會對報(bào)文間隔產(chǎn)生較大影響，所以需要在接收與發(fā)送程序中應(yīng)用串行通信模塊。

作者介紹：

曹華偉，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司

Tel:137/7441/3253（V同號）

3.安科瑞電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)介紹

3.1概述

Acre1-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，是根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)由安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)的全數(shù)字化獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)，已通過消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)的消防電子產(chǎn)品試驗(yàn)認(rèn)證，并且均通過嚴(yán)格的EMC電磁兼容試驗(yàn)，保證了該系列產(chǎn)品在低壓配電系統(tǒng)中的安全正常運(yùn)行，現(xiàn)均已批量生產(chǎn)并在全國得到廣泛地應(yīng)用。該系統(tǒng)通過對剩余電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)對電氣火災(zāi)的早期預(yù)防和報(bào)警，當(dāng)必要時(shí)還能聯(lián)動(dòng)切除被檢測到剩余電流、溫度和故障電弧等超標(biāo)的配電回路;并根據(jù)用戶的需求，還可以滿足與AcreIEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺或火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享。

3.2應(yīng)用場合

適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、重點(diǎn)消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領(lǐng)域。

3.3系統(tǒng)功能

監(jiān)控設(shè)備能接收多臺探測器的剩余電流、溫度信息，報(bào)警時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警信號，同時(shí)設(shè)備上紅色“報(bào)警”指示燈亮，顯示屏指示報(bào)警部位及報(bào)警類型，記錄報(bào)警時(shí)間，聲光報(bào)警一直保持，直至按設(shè)備的“復(fù)位”按鈕或觸摸屏的“復(fù)位”按鍵遠(yuǎn)程對探測器實(shí)現(xiàn)復(fù)位。對于聲音報(bào)警信號也可以使用觸摸屏“消聲”按鍵手動(dòng)消除。

當(dāng)被監(jiān)測回路報(bào)警時(shí)，控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護(hù)電路或其他設(shè)備，當(dāng)報(bào)警消除后，控制輸出繼電器釋放。

通訊故障報(bào)警：當(dāng)監(jiān)控設(shè)備與所接的任一臺探測器之間發(fā)生通訊故障或探測器本身發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控畫面中相應(yīng)的探測器顯示故障提示，同時(shí)設(shè)備上的黃色“故障”指示燈亮，并發(fā)出故障報(bào)警聲音。電源故障報(bào)警：當(dāng)主電源或備用電源發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控設(shè)備也發(fā)出聲光報(bào)警信號并顯示故障信息，可進(jìn)入相應(yīng)的界面查看詳細(xì)信息并可解除報(bào)警聲響。

當(dāng)發(fā)生剩余電流、超溫報(bào)警或通訊、電源故障時(shí)，將報(bào)警部位、故障信息、報(bào)警時(shí)間等信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)報(bào)警解除、排除故障時(shí)，同樣予以記錄。歷史數(shù)據(jù)提供多種便捷、快速的查詢方法。

4.配置方案

5.結(jié)語

全面監(jiān)控和防護(hù)電氣火災(zāi)可以保障人們的安全和社會穩(wěn)定發(fā)展，因此需要充分了解電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的原理與構(gòu)成并根據(jù)實(shí)際需求優(yōu)化系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，同時(shí)也需要不斷提高電氣設(shè)計(jì)水平、強(qiáng)化針對性防護(hù)并做好線路火災(zāi)、照明火災(zāi)等事故的防護(hù)工作，將火災(zāi)防范落實(shí)在各個(gè)環(huán)節(jié)中。

參考文獻(xiàn)：
[1]蔣劍鋒,楊留方,徐天奇,等.單片機(jī)與LoRa通信模塊的電氣火災(zāi)探測器設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2021,21(1):84-87.
[2]任金偉.物聯(lián)網(wǎng)視角下醫(yī)療設(shè)備電氣安全監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].電氣自動(dòng)化,2021,43(3):24-25+47.
[3]田純.基于LoRa的智能建筑電氣火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2022,41(11):65-68+91.
[4]于蘭,賈振國.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)研究[J].自動(dòng)化與儀表,2022,37(8):19-23+35.
[5]趙月愛,郭興原.基于多源數(shù)據(jù)協(xié)同感知的電氣火災(zāi)預(yù)警算法研究[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào),2021,52(6):907-912.

審核編輯 黃宇