消防物联网系统实施方法及关键技术研究

引 言

消防物联网是区别于传统消防的一种互联网管理模式， 是保障公共安全的智慧化管理手段 [1]。近年来，基于互联网及通信技术的发展，各种设备已不再仅具有独立封闭式功能， 越来越多的设备已实现数据共享，接口开放，标准统一，及在一定技术层面上的物联网对接和实施 [2]。

传统消防设备在单位竣工验收前就已完成设备布线、整体调试，且是分批分阶段进行，一旦正式投入使用后再对单位消防系统进行物联网改造将是一个规模颇大的工程 [3]。随着国家对消防的管控越来越严格，此类消防物联网实施工程将趋于常态化，各地的消防主管部门也将逐步对消防物联网的实施制定标准，实现统一管理[4]。

针对消防物联网实施过程中消防设施分散、不能及时上报数据、成本高、难度大的问题 [5]，本文提出了一种系统化消防物联网实施方法，该方法采用分系统方式，合理部署实施部位，提供输出信号，采用便捷的通信方式，加强了分系统的数据联系，成本可控，易组织实施，提高了消防单位的管理水平和消防主管部门的智慧化管理能力。

1 系统描述

本文根据要监测的消防属性，将消防系统分为水系统、电系统、报警系统以及外部设备四个子系统。

水系统实施部位主要是泵房、楼顶水箱、室内消火栓，主要监测水压、液位、水质等信息，采用压力传感器、液位传感器等输出 4 ～20mA 的模拟量信号供外部采集，目的是监测是否有水、水压是否满足要求、水质是否良好等，保证消防用水及时可靠供应。

电系统实施部位主要是各配电柜、配电箱，用以监测三相四线的相电流、相电压、剩余电流、温度。相电流、相电压用以表示三相负载的均衡程度 ；剩余电流用以表示漏电大小 ；温度用以表示各负载相实际运行时的温度。目的是统计以一个配电箱为单位的各回路的电气火灾发生的可能性。

报警系统的主要部位是放在各单位消防控制室的消防报警主机控制器，通过专用协议卡接入报警主机[6]，使得报警主机的事件数据信息能及时可靠地上报，实时监控报警主机下接的各消防设备的异常事件状态，这也是消防物联网系统的核心。

外部设备是一个扩展型子系统，根据实际需要选择，以独立式烟感和消火栓监测终端为例，独立式烟感多实施在老旧小区等不宜布线的消防改造、重要监控死角等部位 ；消火栓监测终端主要布设在消防登高面等外围救援部位，通过监测水压、流量等信息保障外部消防用水的可靠性。

系统的体系结构见表 1 所列。

2 系统设计

2.1 水系统

水系统一般选择在泵房、楼顶水箱以及各层的室内消火栓接口处。

在这些位置进行监测的关键在于，选择合适量程的传感器，使输出信号值处于合适的测量区间 ；考虑取电难易程度， 根据现场情况选择布线式设备或者独立供电式设备 ；考虑各监测位置的通信部署方案，根据现场信号强度和布线难易程度来判定，一般选择区域内总线组网、再经中继网关的通信模组转发到平台，这种方式能够有效降低设备成本。通信部署方案如图 1 所示。

中继网关既可以作为枢纽转发下级网关的数据，同时本身也可作为独立网关使用。总线一般选择 RS 485 形式，在总线上标定每个 RS 485 设备的地址 ；通信模组设置成可扩展模式，选择 2G/4G/NB 中的一种，即插即用。

2.2 电系统

电系统的主要作用是监测漏电，这是防止电气火灾的重要途径。这种测量可精确到每一户，甚至一个具体的电气设备供电回路。

通过特定的电能计量芯片、特定的信号输出接口，利用分压原理进行 ADC 采样，得到一个三相四线的相电压、相电流、剩余电流， 根据相关标准， 当剩余电流值大于300 mA 时即可报警。当相电压、相电流、温度值超过一定阈值时也可发出预警，提示用户的不合理用电行为。

电系统监测设备要考虑自身电气安全，所以在电路原理上要设置输入隔离措施，通过非接触方式采集输入信号。在测量精度方面，要提高出厂前校准要求。在对接平台方面， 要选择可靠稳定的通信模组，如 2G/4G 模组 [7]，设置成区域总线组网，中继转发模式，考虑合理控制成本和实施难易程度。

2.3 报警系统

报警系统主要对接消防控制室的消防报警主机控制器， 选择合适的接入口，接收报警主机的事件数据信息，实时转发到平台。

报警系统的关键在于选择合适的接入口。常见接入口类型有 CRT 口、CAN 联网口、第三方集成口、打印机接口等， 每一类接口又可分为多种不同的电气特性接口。

打印机接口 [8] 需要明确几点，如是串口还是并口打印机 ； 并口打印机引脚定义 ；打印出来的字符是明文还是加密格式等。

对于需要专门协议卡的接口，需要明确协议格式是问答式还是主动上报式以及巡检指令、回答格式等。

报警主机上报的数据内容一般遵循一定的格式，统计见表 2 所列。

对于主从机模式，主机号表示具体的分机 ；回路号表示挂在哪一个回路板下面 ；地址编码是编码器操作的实际编码， 一般为 1 B，在 0 ～ 255 之间 ；事件类型常见的有火警、故障、电源、联动启动、停动、反馈等 ；设备类型有烟感、温感、手报、输入模块、输出模块等 ；产生 / 消除表示事件产生 / 恢复 ；中文码一般描述设备的实际位置 ；时间表示事件发生的时间。

2.4 外部设备

外部设备根据实际需要添加，比如在老旧小区等不宜布线的地方加装独立式烟感 ；在外围消防登高面等重要部位加装消火栓监测终端，实时监测外部消防供水的水压、流量等信息。这些独立式设备适宜采用 NB 模组，通过控制上报频次来控制使用时间。

3 结 语

消防物联网实施是一个系统化的工程，需要综合考量实施成本、难易程度、安全性、可扩展性等因素，选取合适的水系统、电系统、报警系统以及外部设备的部署方式，将各系统数据归一化到统一的管理平台，实现智能化管理。本文提供了一系列可选部署方案，并针对不同环境进行了可行性分析，经实际应用和验证，是一个适宜规模化推广的实施方法。