淺談物流中心園區智慧用電系統的設計分析
王曉昭
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘 要:煙草物流配送中心儲存的卷煙具有價(jià)值高、易燃等特點(diǎn),因此加強煙草物流配送中心的防火是安防的重要工作之一。本文提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧用電系統,應用于物流中心園區,該系統由感知終端層網(wǎng)絡(luò )層應用層交百層組成。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對物流中心園區電氣量進(jìn)行數據跟蹤與統計分析及時(shí)地發(fā)現電氣線(xiàn)路和用電設備的異常并上送報警信息,工作人員通過(guò)交互層遠程控制用電設備,達到消除潛在安全隱患的目的,實(shí)現用電設備的智能化管理。通過(guò)開(kāi)展在功能性、非功能性、性能以及應用場(chǎng)景等方面的實(shí)驗驗證和試點(diǎn)建設,表明了該系統可以實(shí)時(shí)地監控用電設備,有效地提升了用電設備的安全性、可靠性,降低了用電設備的事故發(fā)生率。
關(guān)鍵詞:煙草物流配送中心:物聯(lián)網(wǎng);云計算;智慧用電;智能型電路保護空開(kāi)。
0引言
根據國家及國家煙草總局頒布的節能減排、 降本增效指導思想,在智能制造新時(shí)代的帶領(lǐng)下,煙草物流中心應以創(chuàng )新利國家建設帶領(lǐng)和支撐升級發(fā)展,推進(jìn)現代物流建設。加快建設智慧物流提升倉儲智能化水平實(shí)現智能化數據化,充分融合國家智能制造大方向。智慧物流指的是以信息技術(shù)為支撐,在物流的運輸、倉儲、包裝、裝卸搬運、流通加工配送、信息服務(wù)等各個(gè)環(huán)節實(shí)現智能化,就卷煙物流配送中心而言倉儲、分揀作為核心業(yè)務(wù),涉及諸多設備、信息、管理等方面數據,為建設智能合儲提供了基礎。在一系列智能化改造過(guò)程中增加了大量的自動(dòng)化設備提高工作效率的同時(shí)也增加了電氣設備引發(fā)火災的風(fēng)險。因此,如何規避這些風(fēng)險是從業(yè)者值得思考的問(wèn)題。
近年來(lái),物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數據技術(shù)在信息技術(shù)方面取得了長(cháng)足的進(jìn)步,不少學(xué)者利用這些技術(shù)實(shí)現了設備的智慧化管理。文獻[2]提出了基于云技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)的綠色中心空調系統,實(shí)現了環(huán)境監測、空調、通風(fēng)和溫度控制等功能,有效地降低了機房的能耗。文獻[3]通過(guò)使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對燃煤火電廠(chǎng)中的人員管控、缺陷識別、門(mén)禁系統等方面進(jìn)行改進(jìn)和升級,以提高安全水平和效率。文獻[4]通過(guò)試驗證明了LoRaWan電力物聯(lián)網(wǎng)的架構可以對建筑能耗實(shí)現可觀(guān)的降低。文獻[5]通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數據技術(shù)等新興技術(shù)搭建一個(gè)智慧用電監控系統,對電氣參數進(jìn)行監控和報警,從而達到預警電氣火災的目的。
在上述背景下,本文提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧用電系統,通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對物流中心園區電氣量進(jìn)行數據跟蹤與統計分析,及時(shí)地發(fā)現電氣線(xiàn)路和用電設備的異常并上送報警信息,工作人員通過(guò)交互層遠程控制用電設備,達到消除潛在安全隱患的目的,實(shí)現用電設備的智能化管理。*后通過(guò)實(shí)驗和試點(diǎn)建設驗證了該系統可以實(shí)時(shí)地監控用電設備,有效地提升了煙草物流配送中心用電設備的安全性、可靠性,降低了用電設備的事故發(fā)生率。
1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
如圖1所示“物聯(lián)網(wǎng)”(InternetofThings)是一個(gè)集合感知網(wǎng)、傳感網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò ),它通過(guò)各種信息傳感裝置將現實(shí)物品與網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行連接。使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的目的就是讓所有的現實(shí)物品與網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行連接,可以在網(wǎng)絡(luò )上對物品進(jìn)行自動(dòng)、實(shí)時(shí)地定位、識別、監控等。因此物聯(lián)網(wǎng)主要有射頻識別技術(shù)、傳感器技術(shù)、智能技術(shù)和納米技術(shù)這四個(gè)關(guān)鍵性應用技術(shù)。
RFID
射頻識別技術(shù)(Radio FrequencyIdentification RFID)是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù),它通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)數據,識別過(guò)程無(wú)需人工干預,可工作于各種惡劣環(huán)境,同時(shí)射頻識別技術(shù)可以識別高速運動(dòng)物體并可同時(shí)識別多個(gè)標簽,操作快捷方便。射頻識別技術(shù)目前可以和大數據技術(shù)、云計算等結合,可以更好地應用到物聯(lián)網(wǎng)上。
1.2傳感器技術(shù)
傳感器網(wǎng)絡(luò )主要包括感應通訊、計算三個(gè)方面,主要技術(shù)為無(wú)線(xiàn)數據庫技術(shù)和用于其他傳感器通訊的網(wǎng)絡(luò )技術(shù),特別是多次跳躍路由協(xié)議。通過(guò)感知識別技術(shù)讓物品可以清晰地表達自己所代表的信息。傳感器網(wǎng)絡(luò )可以說(shuō)是物聯(lián)網(wǎng)的眼睛和耳朵,負責感知海量信息。
1.3智能技術(shù)采用智能技術(shù),使得物品具有一定的智能性。能夠主動(dòng)或者被動(dòng)地實(shí)現與人溝通,甚至實(shí)現物品與物品之間的溝通,是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。作為支撐物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù),主要的研究方向和內容包括人工智能理論研究、先進(jìn)的人機交互技術(shù)與系統、智能控制技術(shù)與系統、智能信號處理。1.4納米技術(shù)當前電子技術(shù)的發(fā)展趨勢要求器件和系統更小、更快、更冷。其中,更小指的是響應速度要快更冷指的是單個(gè)器件的功耗要小。納米技術(shù)是建設者的*后疆界。它的影響是巨大的, 納米技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供了一個(gè)更加廣活的平臺。讓物聯(lián)網(wǎng)可以拓展到更小體積的物品上。在傳統中使用傳感器技術(shù)就能檢測到物體的信息。物體中的嵌人式智能技術(shù)能夠通過(guò)在網(wǎng)絡(luò )邊界轉移信息處理能力而增強網(wǎng)絡(luò )的威力,而納米技術(shù)的優(yōu)勢意味著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)當中體積越來(lái)越小的物體能夠進(jìn)行交互和連接。2智慧用電系統架構設計 2.1智慧煙草物聯(lián)網(wǎng)系統概念
智慧煙草物聯(lián)網(wǎng)系統以先進(jìn)的傳感器 物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數據、人工智能等先進(jìn)信息技術(shù)為基礎,由智能型設備設施、監測預警系統、有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)傳輸系統、智能控制系統、云平臺及移動(dòng)APP組成通過(guò)對煙草物流中心園區的各項用電設備設施的溫度信息、電壓電流信息等進(jìn)行統一化監控與管理構安全體系標準體系評價(jià)體系預警體系、科學(xué)指導體系為主的網(wǎng)絡(luò )化、一體化智能監管平臺。實(shí)現對物流中心園區的安全用電情況的智能監測報警與遠程可控管理,對各用電回路的重要安全指標參數進(jìn)行實(shí)時(shí)監測與報警,對各種危險用電行為進(jìn)行預警和保護并在智慧用電安全監管與中能管理平臺中對以上異常警情進(jìn)行遠程管理,將安全用電事故預防在前,管控在事中。煙草物流配送中心屬于重要物資防范部位其具有儲存卷煙價(jià)值高和卷煙的易燃性等特點(diǎn),加強煙草物流配送中心的防火是安防防范中重要的工作,電氣火災發(fā)生主要原因如圖2所示。納人服務(wù)范圍的設備能通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對電氣引發(fā)火災的主要因素進(jìn)行不間斷的數據跟蹤與統計分析。實(shí)時(shí)發(fā)現電氣線(xiàn)路和用電設備存在的安全隱患,有效防止電氣火災的發(fā)生,將發(fā)現的安全隱患即時(shí)發(fā)送預警信息,達到消除潛在安全隱患的目的,實(shí)現自動(dòng)化、精細化的能源管理、控制、決策。


(3)智慧芯片監測、機電控制:智慧電源管理模塊內置機械控電裝置和數字化控制芯片,實(shí)現對每一回路的智能斷路控電功能,可實(shí)現在數字芯片故障狀態(tài)下,各智慧電源管理模塊依舊保留短路保護、漏電保護等用電保護功能。(4)線(xiàn)路高效滅?。褐腔垭娫垂芾砟K采用13 片滅弧柵,可有效滅弧,預防電氣火災。智慧電源管理模塊采用高熔點(diǎn)動(dòng)/靜銀觸點(diǎn)設計、高等級滅弧裝置、紫銅接線(xiàn)端子,具有電子輕觸式按鍵開(kāi)關(guān)與機械手柄雙重控制機構的手自一體化設計,采用高規格防火阻燃外殼材料。(5)國際標準規格、組網(wǎng)設計:智慧電源管理模塊外觀(guān)尺寸均采用國際統一標準,標準的導軌式安裝,針插式通訊連接,通訊即插即拔,各智能模塊可任意排列,靈活配置,便于安裝維護。(7)智能分斷、自動(dòng)送電:智慧電源管理模塊具有過(guò)流過(guò)載保護功能,超過(guò)額定電流35%的狀態(tài)下,5s斷路;超過(guò)額定電流100%的狀態(tài)下,Is斷路; 漏電檢測斷電10s后自動(dòng)送電。(8)全方位線(xiàn)路監控:智慧電源管理系統通過(guò)對每一回路的漏電流、電壓、電流、功率、開(kāi)關(guān)溫度、用電量、回路線(xiàn)路打火等參數進(jìn)行實(shí)時(shí)監控,經(jīng)由網(wǎng)絡(luò )模塊上傳到云平臺,實(shí)現管理中心對網(wǎng)點(diǎn)線(xiàn)路狀況一目了然的遠程監控(可擴展到手機監控)o(9)遠程控制線(xiàn)路通斷:監控中心對前端配電箱各回路的供電狀況實(shí)時(shí)掌控,一旦發(fā)現異常報警,為保障人員的生命安全和國家、單位財產(chǎn)安全, 可遠程對前端異?;芈愤M(jìn)行遠程控制斷閘或故障恢復后的合閘,將事故所引的損失減少到*小。(10)智慧化管理:智慧化、物聯(lián)網(wǎng)化的電源管理解決方案,可靈活的設定電源管理系統的工作計劃、用量計劃、分時(shí)分區供電、用量統計情況、各種異常及報警情況,并以豐富的圖表形式呈現、分析岀安全用電的情況,為管理提供豐富詳細的決策依據,實(shí)現輕松管理、智慧管理。如圖4所示。2.4智慧用電系統功能特性(1)高度集成性:在終端層將電源的各種參數監測與管理集成在一套智慧電源箱內,系統可以實(shí)現所有智能化監測、管理、報警、控制等功能,實(shí)現高度集成的電源智慧管理。

圖4平臺多途徑推送用電狀態(tài)高可靠性:在智慧電源箱內置防雷模塊,具有可靠的防雷接地保護;對過(guò)流、過(guò)溫、過(guò)載、超負荷、短路、缺相等危險用電行為進(jìn)行預警和保護,對線(xiàn)路接頭打火情況進(jìn)行預警。實(shí)時(shí)監控性:系統可對每一用電回路的電流、電壓、功率、接頭溫度等用電指標參數情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監測與報警。(4)易管理性:電源自控技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與報 警技術(shù)的集成,系統具有遠程實(shí)時(shí)監測、控制、 報警、管理功能。集中管理、多級聯(lián)網(wǎng)、分析決策, 為客戶(hù)實(shí)現了安全用電、規范用電、節能用電、智慧用電的智能化管理。(5)降低能耗、節能減排:對每一回路靈活設置分區、分時(shí)供電管理,以適應前端各種長(cháng)期、臨時(shí)、 營(yíng)業(yè)、非營(yíng)業(yè)等情況下的供電需求,可對每一回路設置定時(shí)供電管理,減少不必要電力消耗。(6)易維護性:前端設備單路故障斷電不影響其他回路工作,系統維護方便,即裝即用,簡(jiǎn)化維護工作。(7)高兼容性:安防工程的安全性和可靠性很 大程度上取決于所選設備的性能、質(zhì)量。但高質(zhì)量設備組合在一起,并不一定能構成高質(zhì)量的系統,根據實(shí)際情況考慮設備相互間的兼容性,以保證系統的正常運行。此外本系統還有著(zhù)可擴展、操作簡(jiǎn)便、易于掌握等特點(diǎn)。3 試點(diǎn)應用分析為了驗證本系統的有效性和適應性,廣西壯族自治區某公司自2021年9月起便從系統功能、性能、非功能性和實(shí)際應用性四方面開(kāi)展了實(shí)驗驗證和現場(chǎng)的試點(diǎn)建設。試點(diǎn)建設分為試點(diǎn)推廣階段、分區域試點(diǎn)推廣階段、全物流中心園區推廣階段三個(gè)階段,經(jīng)過(guò)三個(gè)階段的應用與推廣,驗證了本文所提的智慧用電系統具有良好的穩定性。
首先對物流中心所有用電設備、設施的功率、 電壓電流等資料進(jìn)行調研和收集;然后向市場(chǎng)采購已有的物聯(lián)網(wǎng)用電模塊進(jìn)行更換配電箱的空開(kāi)模塊;接著(zhù)根據項目物流中心聯(lián)合工房的設備使用情況調整物聯(lián)網(wǎng)智慧用電模塊的靈敏度、各種閥值等參數,同時(shí)設計煙草專(zhuān)用物聯(lián)網(wǎng)智慧用電管理平臺軟件;*后通過(guò)調正參數和運行測試,在線(xiàn)實(shí)時(shí)監 測所有用電情況,反復調試后,選取安全、優(yōu)質(zhì)、穩定、可靠的參數方案寫(xiě)入硬件用電模塊,完成物聯(lián)網(wǎng)智慧用電管理平臺的開(kāi)發(fā),*終實(shí)現對該煙草公司物流園區重要用電設備設施的智能化監測、管理、預警、控制等功能,實(shí)現高度集成的電源智慧管理。本文開(kāi)發(fā)實(shí)現的智慧用電系統性能測試結果如表1所示。

4安全用電管理云平臺
4.1概述
隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的迅速發(fā)展,建筑電氣火災發(fā)生的頻率也呈上升勢頭,給國家財產(chǎn)和人民的生命安全造成的損失與日俱增,據統計,電氣隱患是引發(fā)建筑火災的首要因素。
安科瑞電氣推出的安全用電管理云平臺采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器,對引發(fā)電氣火災的主要因素(導線(xiàn)溫度、電流和剩余電流)進(jìn)行不間斷的數據跟蹤與統計分析,并將發(fā)現的各種隱患信息及時(shí)推送給企業(yè)管理人員,指導企業(yè)實(shí)現第一時(shí)間的排查和治理,達到消除潛在電氣火災安全隱患,實(shí)現“防患于未然”的目的。用戶(hù)可以利用PC網(wǎng)頁(yè)、手機APP、微信小程序、微信公眾號等多種方式實(shí)現對平臺的訪(fǎng)問(wèn),查詢(xún)包括系統信息、實(shí)時(shí)數據、報警記錄等在內的各種信息,使用方便。利用該系統為用戶(hù)提供的低成本專(zhuān)業(yè)服務(wù),能有效提升企業(yè)的消防安全管理和電氣設備安全水平,有效防范重大惡性火災財產(chǎn)損失、尤其是重大惡性人員傷亡責任事故的發(fā)生。4.2應用場(chǎng)所本平臺適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、國家重點(diǎn)消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領(lǐng)域,也適用于市場(chǎng)、門(mén)店等小微場(chǎng)所,對分散在建筑內的探測器進(jìn)行遙測、遙調、遙控、遙信,方便實(shí)現監控與管理。
4.3系統架構本平臺的整體結構如圖所示:

5.系統功能

6.產(chǎn)品選型
序號 | 名稱(chēng) | 型號、規格 | 單位 | 備注 |
1 | ARCM300D-Z -4G/NB |
注:設備包含1個(gè)剩余電流互感器,1個(gè)電流傳感器和2個(gè)溫度傳感器。 | 套 | 單相 |
2 | ARCM300-ZD -4G/NB |
| 套 | 單相 |
3 | ARCM300-J1 -4G/NB |
| 只 | 三相 |
4 | ARCM300-Z -4G/NB |
| 套 | 三相 |
5 | ARCM300T-Z -4G/NB |
注:電流互感器和漏電流規格根據現場(chǎng)回路電流大小選擇。電流互感器二次輸入信號規格為5A。 | 套 | 三相 |
6 | 無(wú)線(xiàn)傳輸模塊 AF-GSM400-4G | 下行485上行4G,內嵌TCP/IP協(xié)議,內置看門(mén)狗,性能穩定,需加SIM卡,SIM卡甲供 | 只 | 安科瑞 |
7 | 滅弧式保護器 ASCP200-1 | 可實(shí)現短路限流滅弧保護、過(guò)載限流保護、內部超溫限流保護、過(guò)欠壓保護、漏電監測、線(xiàn)纜溫度監測等功能,1路RS485通訊嗎,1路GPRS無(wú)線(xiàn)通訊,額定電流為0-63A,額定電流菜單可設。 | 只 | 安科瑞 |
8 | 故障電弧探測器AAFD-40 | 檢測線(xiàn)路的故障電弧、1路繼電器輸出、485通訊、導軌式安裝、液晶顯示;適用額定電流檢測范圍:0-40A | 只 | 安科瑞 |
典型配置方
7.1 ARCM300系列儀表直連平
a)配置方案
說(shuō)明:ARCM300-Z-4G和ARCM300-ZD-4G直接上傳到平臺。
b)安裝實(shí)例
7.2 ARCM300系列儀表接入網(wǎng)關(guān)上傳到平臺
a)配置方案
說(shuō)明:arcm系列儀表通過(guò)485接口連接網(wǎng)關(guān),由網(wǎng)關(guān)上傳到平臺,一個(gè)網(wǎng)關(guān)下面可以接入30塊儀表
b)安裝實(shí)例
7.3故障電弧探測器和滅弧式保護器接入平臺
配置方案
說(shuō)明:故障電弧探測器和滅弧式保護器通過(guò)485接口連接網(wǎng)關(guān),由網(wǎng)關(guān)上傳到平臺,一個(gè)網(wǎng)關(guān)下面可以接入30塊設備。
安裝實(shí)例
8.典型業(yè)績(jì)
中鐵某局安全用電管理云平臺
云南玉溪某電力安全用電管理云平臺
某地強制戒毒所智慧用電氣火災監控系統
響水某畜牧改造安全用電管理系統
天津某電子有限公司安全用電管理云平臺
某冰川遺跡陳列館安全用電管理云平臺
承德某網(wǎng)絡(luò )科技有限公司安全用電管理云平臺
復旦大學(xué)某校區安全用電
廣東某能源科技有限公司安全用電管理云平臺
湖南某智慧消防科技有限公司安全用電管理云平臺
9結束語(yǔ)
電氣火災往往具有很強的隱蔽性,通過(guò)人工觀(guān) 察較難發(fā)現,一旦發(fā)生火災,煙草物流中心工作人員的生命財產(chǎn)安全將受到巨大威脅。本文為消除煙草物流配送中心潛在的安全隱患,設計和開(kāi)發(fā)了煙草專(zhuān)用物聯(lián)網(wǎng)智慧用電管理云平臺系統。
同時(shí),以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的輕簡(jiǎn)化、實(shí)用化以及運營(yíng)成本低為前提,以成熟技術(shù)和產(chǎn)品作為支撐,針對性的根據物流中心園區用電設備提岀技術(shù)集成方案,具有極強的安全性。智慧用電系統能在火災事故初期發(fā)岀警報,即使沒(méi)有工作人員值班也能通過(guò)手機APP發(fā)出對應事故警報(如開(kāi)關(guān)漏電、線(xiàn)路過(guò)載等),適宜于煙草行業(yè)所有的用電設備并進(jìn)行推廣。
參考文獻
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[4]李和芮,姚彬,邱德師.基于物聯(lián)網(wǎng)的物流中心園區智慧用電系統研究
[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.
作者簡(jiǎn)介:王曉昭,女,本科,安科瑞電氣股份有限公司,工程師, 技術(shù)交流:021-69156559
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