摘要：針對電氣設備故障引發(fā)的各類火災比例不斷升高的問題，通過對電氣基礎數(shù)據(jù)、電氣數(shù)據(jù)采集與上傳、數(shù)據(jù)解析、異常數(shù)據(jù)分析、權限角色管理等進行研究，本文設計了一用電數(shù)據(jù)管理、預警提示的信息管理系統(tǒng)。礦山漏電檢測安全用電智能監(jiān)控系統(tǒng)智能控制采用B/S構架設計。
關鍵詞：安全用電；數(shù)據(jù)管理。
隨著高新技術的發(fā)展，許多新興電器設備出現(xiàn)在人們的視野中并被廣泛接受使用[1]。伴隨著智能化電氣設備的普及，電氣火災問題也逐漸被人們所重視。中國公安部消防局火災數(shù)據(jù)中心公布的數(shù)據(jù)顯示，因電氣設備故障引發(fā)的各類火災占比高達34%。
電氣設備引發(fā)的火災儼然已經(jīng)成為人類生產(chǎn)生活中的攔路虎，有效遏制電氣火災高發(fā)勢頭勢在必行，但是傳統(tǒng)運行與維修模式存在著人工監(jiān)測成本高、安全可靠性低、意外停電風險大、設備故障頻次高等問題，難以滿足現(xiàn)代發(fā)展的需求，在湖南師范大學電子技術專業(yè)相關實驗基礎上，設計了一套通過限電器采集學校、宿舍等公共場所的用電指標數(shù)據(jù)，如電流、電壓、功率、溫度、濕度、電阻等，從而判斷電路短路、負載功率過高、電路溫度升高或者電路進水等異常情況，并對其進行預警的安全用電智能監(jiān)控系統(tǒng)。
1需求分析與關鍵技術
1.1需求分析
安全用電智能監(jiān)控系統(tǒng)是一套智能的電氣數(shù)據(jù)采用監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)通過限電器采用節(jié)點的用電指標數(shù)據(jù)，然后通過物聯(lián)網(wǎng)（IoT）數(shù)據(jù)傳輸模塊將電氣數(shù)據(jù)按約定的協(xié)議上傳到服務器中，服務器接收到電氣數(shù)據(jù)后數(shù)據(jù)進行解析、入庫、分析、顯示、預警等，本文的主要研究內(nèi)容如下：
（1）電氣數(shù)據(jù)采集，將限電器的指標數(shù)據(jù)，按約定協(xié)議通過物聯(lián)網(wǎng)卡上傳到云服務器中。
（2）在云端服務器研發(fā)UDP服務，與遠程節(jié)點建立連接，接收并解析遠程節(jié)點上傳的數(shù)據(jù)，存儲到數(shù)據(jù)庫中。
（3）分析UDP服務器接收到的數(shù)據(jù)，根據(jù)電氣數(shù)據(jù)指標所設定的閾值進行分析，對異常數(shù)據(jù)進行預警提示。
（4）對基礎數(shù)據(jù)進行管理，包括電氣指標、度量單位、用戶信息、日志信息、權限信息、角色信息等。
（5）電氣數(shù)據(jù)管理及可視化，對UDP服務器接收到的電氣數(shù)據(jù)進行多維度查詢與展示，方便用戶直觀的查、檢索、導出所需要的數(shù)據(jù)，并對各指標數(shù)據(jù)進行可視化。
2系統(tǒng)設計
2.1設計目標
礦山漏電檢測安全用電智能監(jiān)控系統(tǒng)智能控制以準確獲取用電數(shù)據(jù)，解析存儲電氣數(shù)據(jù)，分析預警異常狀態(tài)，及時提示管理用戶，從而減少發(fā)生電氣火災為設計目標，設計一套集數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)解析、異常指標分析與預警、數(shù)據(jù)檢測與可視化等功能的互聯(lián)網(wǎng)安全用電智能監(jiān)控系統(tǒng)。
2.2設計原則
系統(tǒng)將設計時將采用合理、科學的系統(tǒng)架構，完整的功能層次框架，保障系統(tǒng)的業(yè)務穩(wěn)定、數(shù)據(jù)安全、簡單易用，系統(tǒng)建設基于以下主要原則：
（1）易用性原則。系網(wǎng)站界面簡潔明了,布局合理，頁面瀏覽及操作提示直觀清晰，適合電腦瀏覽器的使用習慣，幫助信息豐富，有利于用戶獲得相應信息及完成操作，有良好的用戶體驗。
（2）實用性原則。以完成為相關工作的業(yè)務需求為首要目標，避免貪大求全、盲目建設，避免盲目追求、新技術。
（3）高可靠性原則。在實用性的前提下，所采用的網(wǎng)絡和信息化技術應是主流技術，具有持續(xù)發(fā)展的潛力。
（4）適度和可擴展性原則。確定項目的硬件環(huán)境和基本配置，綜合考慮項目實施后一段時間內(nèi)信息容量、網(wǎng)絡狀況、信息存儲、數(shù)據(jù)挖掘算法對硬件的需求等因素，為了避免硬件資源的浪費，制定的硬件平臺應具有適當?shù)囊?guī)模，以及一定的前瞻性和擴展性。
2.3系統(tǒng)總體設計
安全用電智能監(jiān)控系統(tǒng)將分為四層進行設計：基礎設施、數(shù)據(jù)中心、業(yè)務流程和信息服務，系統(tǒng)總體設計框圖如圖1所示。
2.4功能結構設計
本系統(tǒng)功能結構設計包括數(shù)據(jù)接口（數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)入庫），基礎數(shù)據(jù)管理（指標管理、單位管理、閾值管理），信息查詢（電氣數(shù)據(jù)查詢、異常數(shù)據(jù)查詢），數(shù)據(jù)可視化（數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)趨勢性分析），系統(tǒng)安全（權限管理、用戶管理、角色管理、日志管理），系統(tǒng)功能結構圖如圖2所示。
（1）數(shù)據(jù)接口功能是實現(xiàn)限電器將節(jié)點上采集到的數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)卡上傳到服務器中，服務器通過UDP服務接收到數(shù)據(jù)后按約定的協(xié)議進行數(shù)據(jù)解析，并將數(shù)組以設計的數(shù)據(jù)結構存儲到數(shù)據(jù)庫表中。
（2）基礎數(shù)據(jù)管理功能主要實現(xiàn)采集的指標管理（如：電流、電壓、功率、溫度、濕度、電阻等）、度量單位管理以及指標的閾值設置管理。
（3）信息查詢功能實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫存儲的電氣數(shù)據(jù)進行多條件組合查詢和異常數(shù)據(jù)的檢索功能。
（4）數(shù)據(jù)可視化以圖形可視化的形式實現(xiàn)用電數(shù)據(jù)實時變化情況，以及對用電數(shù)據(jù)的趨勢性分析，方便用戶直觀的體驗數(shù)據(jù)的變化情況。
（5）系統(tǒng)安全實現(xiàn)用戶權限管理、用戶管理、角色管理、日志管理等功能。管理員可以根據(jù)業(yè)務需要建立不同的角色，并給該角色分配不同的權限，當用戶擁有該角色時，即可操作角色所包含的權限菜單。3 系統(tǒng)應用與功能展示
本系統(tǒng)采用Springboot、Mybatis、H5、CSS3、Echarts等技術實現(xiàn)了一套安全用電智能監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)通過限電器采集監(jiān)控節(jié)點的電氣指標數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)按約定協(xié)議上傳到服務器后，再對數(shù)據(jù)進行解析、入庫、分析、預警等一系列操作，通過電氣數(shù)據(jù)分析判斷客戶用電安全情況，系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸接口、基礎數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)可視化、系統(tǒng)安全等功能。通過應用本系統(tǒng)能夠有效地對硬件方面?zhèn)鬏斶^來的數(shù)據(jù)進行準確判斷，對出現(xiàn)異常的數(shù)據(jù)能夠非常及時的發(fā)送預警信息，有效地降低用電帶來的安全隱患，較大程度上保護用戶的財產(chǎn)安全。如下圖4實現(xiàn)了電氣指標閾值配置功能，圖5實現(xiàn)了電氣指標數(shù)據(jù)異常預警功能。
4安科瑞安全用電云平臺功能介紹及選型
4.1 安科瑞安全用電云平臺介紹
Acrelcloud-6000安全用電云管理系統(tǒng)能夠對剩余電流、設備溫度、故障電弧等電氣故障進行實時監(jiān)控、報警、記錄，并且通過云端的遠程控制。設備與云端的通訊方向不受限制，能上傳數(shù)據(jù)、透傳指令，并時間顯示實時狀態(tài)。通過對上傳至云端的數(shù)據(jù)進行分析，為用戶提供火災隱患的相關數(shù)據(jù)，能夠及早的發(fā)現(xiàn)問題并實施排查，避免火災的發(fā)生。另一方面，云平臺提供超大容量的信息儲存及穩(wěn)定的服務，提升了服務質量，對用戶的長遠發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。此外，該系統(tǒng)通過集中監(jiān)控，使得數(shù)據(jù)通過每個節(jié)點的4G網(wǎng)絡傳輸至云端集中式管理和監(jiān)控，主控端布置于城市消防大隊，從而能夠對采集的信息進行統(tǒng)一的監(jiān)控和管理。
4.2 產(chǎn)品選型
4.2.1漏電火災監(jiān)控探測器
4.2.2故障電弧探測器
安科瑞故障電弧產(chǎn)品型號代碼為AAFD，共有兩種電流等級，可監(jiān)測回路故障電弧的發(fā)生，并及時預警，提醒用戶處理，防止電弧導致的火災的發(fā)生。
AAFD可配合AF-GSM400使用并接入安全用電平臺，該產(chǎn)品不可在同一臺AF-GSM400下與ARCM混接。如圖：
4.2.3限流式保護器
安科瑞限流式保護器型號代碼為ASCP200-1，有三種電流等級，可監(jiān)測回路短路過載等故障信息，發(fā)生故障時預警和產(chǎn)生滅弧效果，防止電弧導致的火災的發(fā)生。
ASCP200-1可配合AF-GSM400使用并接入安全用電平臺，也能夠通過插入SIM卡直接上傳到平臺。
以下是ASCP200-1的主要功能：
短路保護功能。保護器實時監(jiān)測用電線路電流，當線路發(fā)生短路故障時，能在150微秒內(nèi)實現(xiàn)快速限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。
過載保護功能。當被保護線路的電流過載且過載持續(xù)時間超過動作時間（3…60秒可設）時，保護器啟動限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。
表內(nèi)超溫保護功能。當保護器內(nèi)部器件工作溫度過高時，保護器啟動超溫限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。
過、欠壓保護功能。當保護器檢測到線路電壓過壓或欠壓時，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動限流保護。
配電線纜溫度監(jiān)測功能。當被監(jiān)測線纜溫度超過報警設定值時，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動限流保護。
漏電流監(jiān)測功能。當被監(jiān)測的線路漏電超過報警設定值時，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動限流保護。
保護器具有1路RS485接口，1路2G無線通訊，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。
4.2.4剩余電流互感器
4.2.5 AF-GSM400-2G/4G無線上傳模塊
AF-GSM400-2G/4G/CE模塊是一款2G/4G有線無線模塊，該無線模塊為安全用電云平臺專用模塊。
AF-GSM400接入每塊儀表所需流量為20M/月，單個模塊可以接入30塊儀表。默認上傳間隔2分鐘，如發(fā)生報警，會實時上傳數(shù)據(jù)。
4.2.6 溫度傳感器
溫度傳感器為一熱敏電阻NTC，它提供0-120°的溫度監(jiān)控基準，可以用來監(jiān)測線纜或配電箱體的溫度，提供溫度保護。
5 結論
根據(jù)我國《民用電氣設計標準》，低壓配電系統(tǒng)主要分為三種：IT型式、TT型式和TN型式，在實際應用中，低壓配電系統(tǒng)的保護接零、保護接地是控制人體觸電的重要保護措施，這兩種保護方式的技術原理存在較大差異，因此，對于不同的低壓配電系統(tǒng)應采用不同接地形式，TN型式系統(tǒng)采用保護接零方式，TT、IT型式系統(tǒng)采用保護接地方式。
