康健 陳靜 袁志鋼 劉亞波

摘 要：為提高海上風(fēng)電機(jī)組的消防安全水平，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)海上風(fēng)電機(jī)組消防系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各類(lèi)消防安全隱患，并可遠(yuǎn)程控制消防系統(tǒng)進(jìn)行滅火。該系統(tǒng)已在國(guó)家電投集團(tuán)江蘇海上風(fēng)力發(fā)電有限公司投入運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組;消防系統(tǒng);物聯(lián)網(wǎng)

0? ? 引言

在碳達(dá)峰、碳中和的戰(zhàn)略目標(biāo)下，可再生能源的開(kāi)發(fā)利用日益受到許多國(guó)家的重視。海上風(fēng)電是可再生能源發(fā)展的重要領(lǐng)域，是近年來(lái)全球風(fēng)電發(fā)展的重要方向之一[1]。

海上風(fēng)電機(jī)組由于遠(yuǎn)離陸地，相比陸上風(fēng)電機(jī)組更加不易維護(hù)管理。海上風(fēng)機(jī)在無(wú)人值守狀態(tài)下運(yùn)行，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，由于海況和天氣情況的影響，很可能無(wú)法派人前往滅火，從而給風(fēng)機(jī)帶來(lái)毀滅性的破壞[2]。因此，海上風(fēng)電機(jī)組需要安裝自動(dòng)消防系統(tǒng)，并接入消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，對(duì)消防系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各類(lèi)消防安全隱患，以便及時(shí)派人處理，避免火災(zāi)事故的發(fā)生。如果一旦發(fā)生火災(zāi)，也可以遠(yuǎn)程控制風(fēng)電機(jī)組內(nèi)的消防系統(tǒng)進(jìn)行滅火，從而保障風(fēng)電機(jī)組的消防安全。本文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一套海上風(fēng)電機(jī)組消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，用于江蘇海上風(fēng)力發(fā)電有限公司濱海北H1/H2#項(xiàng)目風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的遠(yuǎn)程消防監(jiān)控。

1? ? 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要由物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、通信網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心三部分組成，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1? ? 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)采用ARM處理器，安裝在海上風(fēng)電機(jī)組內(nèi)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信協(xié)議的分析和轉(zhuǎn)換功能。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通過(guò)RS485串口與消防系統(tǒng)相連接，采集消防系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)（火警、故障、反饋等信息），并將各類(lèi)報(bào)警信息通過(guò)100M以太網(wǎng)傳送至監(jiān)控中心。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與監(jiān)控中心之間的通信協(xié)議采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 第3部分：報(bào)警傳輸網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議》（GB/T 26875.3—2011）[3]，并在該通信協(xié)議的基礎(chǔ)上擴(kuò)充了遠(yuǎn)程控制的命令，實(shí)現(xiàn)在監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制風(fēng)電機(jī)組消防系統(tǒng)啟動(dòng)滅火功能。

1.2? ? 通信網(wǎng)絡(luò)

在陸地上的監(jiān)控中心與海上風(fēng)電機(jī)組之間建有光纖環(huán)網(wǎng)，光纖環(huán)網(wǎng)采用冗余技術(shù)提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，環(huán)網(wǎng)上的某一處鏈路斷開(kāi)，不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)通信。為了提高安全性，本系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、計(jì)算機(jī)都分配有固定的IP地址，并建立虛擬局域網(wǎng)，與光纖環(huán)網(wǎng)上的其他應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行隔離。

1.3? ? 監(jiān)控中心

軟件結(jié)構(gòu)采用瀏覽器/服務(wù)器模式，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server，應(yīng)用軟件部署在監(jiān)控中心的服務(wù)器上，在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上通過(guò)瀏覽器進(jìn)行操作。兩臺(tái)服務(wù)器采用雙機(jī)熱備份的工作模式，一臺(tái)服務(wù)器為主機(jī)，另一臺(tái)為備機(jī)，當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)異常，不能保障系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，備機(jī)則主動(dòng)接管主機(jī)的工作。每臺(tái)服務(wù)器的硬盤(pán)均采用RAID1方式，當(dāng)主硬盤(pán)出現(xiàn)故障時(shí)，鏡像硬盤(pán)自動(dòng)代替主硬盤(pán)工作，從而提高系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。隨著系統(tǒng)接入風(fēng)電機(jī)組數(shù)量的增加，當(dāng)目前的服務(wù)器不能滿(mǎn)足數(shù)據(jù)處理要求時(shí)，可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)充服務(wù)器數(shù)量，來(lái)分擔(dān)數(shù)據(jù)處理任務(wù)，并按功能將服務(wù)器分為接入服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、Web服務(wù)器等。

2? ? 系統(tǒng)功能

2.1? ? 實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所有風(fēng)電機(jī)組消防設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)，收到報(bào)警信息后，在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上顯示報(bào)警點(diǎn)信息（編號(hào)、名稱(chēng)、報(bào)警類(lèi)型、位置、時(shí)間等），通過(guò)聲光告警提示值班人員，并對(duì)報(bào)警點(diǎn)進(jìn)行定位，在風(fēng)電機(jī)組建筑物消防設(shè)備布局圖中顯示具體的報(bào)警對(duì)象，也可以將風(fēng)電機(jī)組建筑物位置在GIS地圖上進(jìn)行定位。當(dāng)收到報(bào)警時(shí)，可以根據(jù)不同級(jí)別的報(bào)警事件，顯示相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，值班人員根據(jù)應(yīng)急預(yù)案提示的操作流程進(jìn)行操作，避免因慌亂而出現(xiàn)差錯(cuò)。當(dāng)海上風(fēng)電機(jī)組發(fā)生火災(zāi)時(shí)，在監(jiān)控中心可以發(fā)送控制命令給風(fēng)電機(jī)組內(nèi)的消防系統(tǒng)，遠(yuǎn)程啟動(dòng)消防系統(tǒng)進(jìn)行滅火。發(fā)送遠(yuǎn)程控制命令時(shí)需要兩名值班人員輸入口令進(jìn)行確認(rèn)，避免誤操作，值班人員的操作都記錄進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2? ? 視頻聯(lián)動(dòng)

通過(guò)數(shù)據(jù)接口與視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)接，在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立消防監(jiān)控點(diǎn)與攝像機(jī)的關(guān)聯(lián)表格，每個(gè)消防監(jiān)控點(diǎn)可以與多個(gè)攝像機(jī)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。這樣，當(dāng)收到報(bào)警信息時(shí)，可以自動(dòng)調(diào)取與該報(bào)警點(diǎn)關(guān)聯(lián)的所有視頻圖像，值班人員可以從多個(gè)角度查看現(xiàn)場(chǎng)的視頻圖像，以便值班人員分析判斷，避免因現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備誤告火警而啟動(dòng)滅火裝置，造成不必要的損失。

2.3? ? 消防系統(tǒng)運(yùn)行情況一覽圖

將消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的信息在一張總圖上顯示，使企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)、各級(jí)消防主管人員對(duì)消防設(shè)備運(yùn)行情況能一目了然，包括消防設(shè)備（氣體滅火控制器、感煙探測(cè)器、感溫探測(cè)器等）數(shù)量、當(dāng)前存在的各類(lèi)報(bào)警數(shù)量、當(dāng)前設(shè)備完好率、報(bào)警趨勢(shì)圖、報(bào)警數(shù)量排名等。

2.4? ? 風(fēng)電機(jī)組消防資料的信息化管理

實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組消防資料的信息化管理，包括風(fēng)電機(jī)組建筑物資料、消防設(shè)備在建筑物內(nèi)安裝位置布局圖、消防設(shè)備的信息資料（型號(hào)、生產(chǎn)廠(chǎng)家、類(lèi)型、編號(hào)、名稱(chēng)等），并提供各類(lèi)查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)、修改手段。完整的消防資料是消防物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，也為消防設(shè)備的檢查、維護(hù)、保養(yǎng)工作提供了技術(shù)保障。為了管理消防設(shè)備布局圖，設(shè)計(jì)了圖形制作工具軟件，功能包括：（1）圖元制作。編制各類(lèi)圖元，分別表示各類(lèi)消防設(shè)備（感煙探測(cè)器、感溫探測(cè)器等），消防設(shè)備圖元符合標(biāo)準(zhǔn)《火災(zāi)報(bào)警設(shè)備圖形符號(hào)》（GA/T 229—1999）。（2）消防設(shè)備布局圖制作。建筑物圖紙可以從建筑物CAD圖紙中導(dǎo)出，也可以在本系統(tǒng)中編制。在建筑物圖紙上添加圖元，記錄圖元在建筑物圖上的坐標(biāo)信息，并將圖元與消防設(shè)備的編號(hào)建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，這樣，消防設(shè)備布局圖上的圖元就與安裝在現(xiàn)場(chǎng)的消防設(shè)備關(guān)聯(lián)起來(lái)，當(dāng)消防設(shè)備發(fā)生報(bào)警時(shí)，可以自動(dòng)在消防設(shè)備布局圖上顯示該設(shè)備的位置。當(dāng)建筑物規(guī)模較大、消防設(shè)備很多時(shí)，可以制作多個(gè)消防設(shè)備布局圖，可以按建筑物樓層來(lái)劃分，也可以按照防火區(qū)域來(lái)劃分。

2.5? ? 數(shù)據(jù)分析

通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的各類(lèi)信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，如根據(jù)消防設(shè)備的運(yùn)行狀況、每日/每月報(bào)警信息總數(shù)等指標(biāo)，評(píng)估風(fēng)電機(jī)組的消防安全水平;根據(jù)消防設(shè)備的完好率、消防設(shè)備故障的修復(fù)時(shí)間等，對(duì)消防維保工作進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，為企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)分析風(fēng)電機(jī)組消防安全水平和進(jìn)行決策提供依據(jù)，以便采取措施，及時(shí)消除安全隱患，有效保障風(fēng)電機(jī)組的消防安全。

2.6? ? 權(quán)限管理

將操作人員分成不同的組，并分配不同的權(quán)限，權(quán)限包括菜單權(quán)限、功能按鈕權(quán)限和數(shù)據(jù)權(quán)限。菜單權(quán)限是指是否允許看到某一菜單，功能按鈕權(quán)限是指增加、刪除、修改、查看等按鈕操作權(quán)限，數(shù)據(jù)權(quán)限是指能看到的數(shù)據(jù)范圍。通過(guò)這種權(quán)限管理方法，可以靈活配置操作人員監(jiān)控哪些風(fēng)電機(jī)組，當(dāng)系統(tǒng)接入的風(fēng)電機(jī)組數(shù)量較多時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)分級(jí)監(jiān)控的管理模式，如根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的地理區(qū)域設(shè)立分中心，每個(gè)分中心負(fù)責(zé)監(jiān)控本區(qū)域的風(fēng)電機(jī)組，總監(jiān)控中心可以監(jiān)控所有的風(fēng)電機(jī)組。

2.7? ? 系統(tǒng)自身運(yùn)行狀況監(jiān)控

系統(tǒng)由運(yùn)行于不同地理位置的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、通信網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)組成，系統(tǒng)對(duì)自身設(shè)備的工作狀態(tài)也進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)控中心值班人員能夠及時(shí)得知，并通知相關(guān)人員進(jìn)行維修。

2.8? ? 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)軟件遠(yuǎn)程調(diào)試和軟件升級(jí)

在GB/T 26875.3協(xié)議基礎(chǔ)上擴(kuò)展了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)試和軟件升級(jí)的命令，在監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)上，可以讀取物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)ARM處理器內(nèi)部寄存器和存儲(chǔ)器的內(nèi)容，從而掌握網(wǎng)關(guān)內(nèi)部嵌入式軟件的運(yùn)行情況，幫助開(kāi)發(fā)人員分析和定位網(wǎng)關(guān)軟件中存在的缺陷。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的嵌入式軟件保存在ARM處理器的閃存（flash memory）中，如果需要更新嵌入式軟件，一般是開(kāi)發(fā)人員到現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)編程工具軟件將嵌入式軟件重新燒錄閃存。由于ARM處理器支持在應(yīng)用程序中編程功能，因此可以在嵌入式軟件中增加功能來(lái)控制閃存編程。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收監(jiān)控中心發(fā)來(lái)的嵌入式軟件更新文件數(shù)據(jù)報(bào)文，檢驗(yàn)無(wú)誤后，從這些數(shù)據(jù)報(bào)文中提取數(shù)據(jù)生成嵌入式軟件更新文件，并燒錄閃存，從而實(shí)現(xiàn)軟件升級(jí)。遠(yuǎn)程調(diào)試和軟件升級(jí)能夠大大提高物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的開(kāi)發(fā)和維護(hù)工作效率。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

本文介紹的消防物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)海上風(fēng)電機(jī)組消防系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)各類(lèi)消防安全隱患;如果風(fēng)電機(jī)組發(fā)生火災(zāi)，可以遠(yuǎn)程控制風(fēng)電機(jī)組內(nèi)的消防系統(tǒng)進(jìn)行滅火，提高了海上風(fēng)電機(jī)組的消防救援水平。本系統(tǒng)已在江蘇海上風(fēng)力發(fā)電有限公司投入運(yùn)行，隨著海上風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的不斷發(fā)展，本系統(tǒng)也將得到進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用。

[參考文獻(xiàn)]

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[2] 吳喜.海上風(fēng)電場(chǎng)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)措施研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020（3）：112-114.

[3] 城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)：GB/T 26875—2011[S].

收稿日期：2021-08-16

作者簡(jiǎn)介：康健（1976—），男，上海人，工程師，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)、消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。