消防报警设施远程维保---物联网技术方案.docx
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消防报警设施远程维保---物联网技术方案
目录
1.摘要 1
2.概述 1
2.1消防物联网现状 1
2.2技术与应用 1
3.体系架构 1
3.1感知层 1
3.2传输层 2
3.3服务层 2
3.4应用层 2
4.系统实施方案 3
4.1火灾报警和水系统联网 3
4.2联网通信工具 4
4.3服务与应用 4
4.4功能应用 5
5.系统工作流程 6
5.1火灾报警与消防救援流程 6
5.2消防设施维护监督流程 7
6.物联港接入设计 8
6.1用户信息传输装置具有功能 8
6.2用户信息传输装置设计主要包括硬件设计、软件设计 9
7.WebSocket技术通信过程 11
7.1服务端开启后 11
7.2客户端登录后 11
8.系统报价 12
12
消防报警设施远程维保---物联网技术方案
1.摘要
本文详细介绍了依爱消防从事的消防物联网系统的研究成果，系统紧扣物联网应用核心技术思想，采用四层构架分为感知层、传输层、服务层、应用层，系统涵盖消防报警系统、消防水系统、视频监控系统、无线家用产品，为消防重点单位提供实时、准确、智能的维护保障服务，通过自动化评判系统定期监督检查，提高设备完好率，保障用户生命财产安全。
2.概述
2.1消防物联网现状
目前的消防监控系统基本上都是各单位独立选购安装与独立工作的，不便于消防主管单位以及维保单位进行管理，无法集中处理消防报警信息、报警系统运行状态、泵房状态等实时信息，很容易导致火灾信息漏报、迟报，报警设备出现故障没有及时恢复开通的情况。
因此，要实现消防现代化和信息化必须构建一个有效的消防远程监控物联网系统，采用消防自动报警系统已有的各种感知设备、视频采集设备等，将感知和采集到的大量现场信息，借助消防物联网传输到消防指挥中心，将过去封闭的、功能单一火灾报警系统改造为网络化、智能化的跨区域火灾报警综合管理平台，为人民生命财产安全保驾护航。
2.2技术与应用
消防物联网的建设采用当前先进的计算机技术、虚拟化技术、网络通讯技术、大数据处理与存储技术，通过TCP/IP、GPRS、CDMA、TD-LTE、FDD-LTE等通讯技术进行有线、无线方式与感知层的各类传感器系统相连，实现消防报警系统、消防水系统的远程监控和集中管理，对消防报警设施进行故障预测，以及定期进行系统监督检查，确保系统能够一直处于良好的运行状态，系统适合于城市联网、行业联网、社区联网以及远程无人值守等场所，可缩短报警时间，准确快速扑救火灾，提高整体防灾减灾水平，为消防监管、灭火救援部门以及消防报警服务专业化、社会化提供强有力支持。
3.体系架构
消防物联网继承了物联网系统的体系架构，分为感知层、传输层、服务层、应用层，如图1所示。
3.1感知层
通过感知识别技术自动采集消防系统中各类数据信息，是消防物联网区别于其他网络最独特的地方，感知层位于消防物联网四层模型的最底端，是所有上层结构的基础。
消防物联网的感知层主要为消防报警各类传感器网络、视频监控系统、无线家用系列探测器。
对于消防火灾报警系统通过设备的RS232/485等数据接口采集数据，通过有线或无线方式与数据管理中心进行数据交互，实时提取控制器发出的探测器报警、设备故障、设备动作、屏蔽等状态信息。
对于消防水系统，可以安装各类压力、水位、电流、电压、温湿度传感器对重点设备的运行参数进行监控，通过用户信息传输装置与数据管理中心进行数据交互。
对于没有安装火灾自动报警系统的建筑，通过安装无线家用系列产品可以对火警、一氧化碳、可燃气体、温湿度、PM2.5、入侵检测、玻璃破碎、视频信息等数据通过家庭WIFI连接数据管理中心，实时信息可通过移动终端APP查看。
图1消防物联网体系架构
3.2传输层
传输层将感知层获取到的信息传递到服务层，作为消防物联网重要的基础设施，传输层包括所有有线和无线、长距离和段距离通信系统。
传输层解决的是感知层获取数据的传递问题，这些数据可以通过移动通信网、TCP/IP专用网络或公共宽带网络、公用电话网（PSTN）、虚拟专网（VPN），以及多种方式单独或混合组网。
实际工程应用中为了确保通信的稳定可靠，多采用TCP/IP专用网络或公共宽带网络或移动通信网传递控制器火警、故障、动作等信息，以及泵房状态信息。
3.3服务层
服务层处理传输层传递的数据信息，并对外部用户提供应用服务，服务层在结合云计算的技术后为用户提供更加高效便捷的服务。
3.4应用层
应用层作为物联网技术与消防行业专业技术的深度融合，结合行业需求实现了消防行业的智能化，消防物联网应用层利用分析处理后的感知数据，为用户提供丰富的特定服务。
4.系统实施方案
整体系统按照物联网中“感知层、传输层、服务层、应用层”四层结构进行建设如图2所示，以重点消防单位中的各类传感器系统为感知对象，通过有线网络（PSTN、ADSL、VPN、宽带、光纤等）和无线网络（2G、3G、4G）传输采集数据至企业数据中心，利用自主研发的数据采集、通信、WEB等一系列服务软件对外提供服务，用户可以通过浏览器或者移动客户端登录火灾报警监控系统，查看重点单位或家用火灾报警系统或设施的运行情况和报警记录。
图2消防物联网系统
4.1火灾报警和水系统联网
重点消防单位火灾报警系统和水系统的联网如图3所示，根据联网设备和厂家的差异分为三种联网方式。
1.直接通信
对提供通信端口（RS232/485等）和通信协议的设备，可以采用直接与数据中心通信的方式，实时监控系统状态和报警信息。
2.间接通信
对于未提供通信协议的设备，采用间接通信方式，通过穿行协议转换器连接控制器打印机串口或者通信板串口，通过现场协议解析对于能够采集到的报警、故障、联动信息进行打包，与数据中心进行数据交互。
3.用户信息传输装置
对消防水系统的联网方式为用户信息传输装置级联信息采集模块，采集模块外接传感器的方式对消防水系统的水位、水压、温湿度、电压、电流信息进行采集，另外用户信息传输装置也可以作为火灾报警控制器联网的中介，可以根据需要灵活选用。
图3火灾报警和消防水系统联网方案
4.2联网通信工具
根据联网位置的网络情况灵活选用有线或者无线通信模块将火灾报警控制器或者用户信息传输装置采集到的数据传输到数据中心，设备如图4所示，有线方式采用EI-RN401模块，考虑到通信成本目前联网使用的无线模块为EI-RN7210网络协议转换器（GPRS）、EI-RN7710网络协议转换器（CDMA），也可以根据需求使用3G或4G通信模块。
图4联网通信工具
4.3服务与应用
1.云计算服务
充分利用了云计算中分布式计算、并行计算、网络存储、计算机虚拟化的技术，搭建了以企业为核心的大数据服务中心，通过建立探测器老化污染程度、系统健康程度等模型，提高系统的智能判断和智能分析能力，为用户提供报警服务、WEB服务、视频服务、短信服务、GIS服务、检测值分析、移动终端服务等。
2.客户端应用
以科学的联网方案和高效的后台服务为基础，才能为用户提供专业的应用，按照设备类型应用可以分为PC和移动客户端，PC端采用WEB瘦客户端通过浏览器进行各类维护监督活动，移动端采用主流的APP客户端方式，功能涵盖报警及状态显示、资料备份查询、电子地图、联动控制、泵房状态、远程编程、故障预测、趋势分析、短信报警、视频联动、监督检查、户籍化管理，WEB端系统如图6所示。
图5WEB客户端系统图
4.4功能应用
1.报警及状态显示
显示各个工程的火警、监管、故障、联动信息，同时具有文字显示、语音报警、视频显示等功能，显示各个工程火灾报警控制器当前手/自动状态，消音状态，以及通讯故障信息。
2.资料备份查询功能
用户可将各种图纸、规程等文档资料上传到系统中进行备份，同时可以对系统中的资料进行下载查阅，以及在系统中存储工程信息方便查询。
3.电子地图
采用电子地图导航、GIS定位技术，显示所在城市的地图和各防火单位的分布情况，报警时，可在地图上以醒目的图标方式显示报警单位的位置及周围消火栓位置、消防水源位置，并可显示路线图、计算行车路程，可提供消防出警、消防灭火所需要的各类地理信息。
4.联动控制
可对火灾报警控制器进行远程消音、远程复位，对控制室值班人员进行查岗管理。
5.远程数据采集功能
可通过通讯网络远程采集火灾探测器等设备的运行数据。
6.泵房数据采集功能
通过各类传感器对泵房中的各类参数：
消防和喷淋管网压力、泵房温湿度、消防水位、消防泵三项电流和电压进行数据采集。
7.远程编程功能
可对火灾报警控制器进行远程编程，并进行编程数据的上传、下载。
8.故障预测、趋势分析功能
可显示火灾探测器等设备的当前检测数据、平均数据以及历史检测数据、平均数据，能根据检测数据、平均数据的长期变化情况进行故障趋势分析、故障预测。
9.短信报警功能
能自动发送报警短信到相关负责人手机上，同时能根据故障预测结果，通过电话、短信方式通知相关负责人。
10.视频联动功能
根据火警报警点和摄像头之间的对应关系自动显示发生火警位置的现场视频。
11.记录查询功能
具有火警、监管、故障、联动的当前和历史记录数据库，可分类查询，查询时，显示报警日期。
12.监督检查
利用制度加技术的手段，可以对各消防重点单位进行定期监督检查，通过指派任务，检查规定时间完成任务数对消防系统的健康状况和不合格项给出评判。
13.报表功能
可在线生成及打印监督检查任务和结果，将系统中的当前报警信息、历史报警信息、故障分析信息等数据导出到Excel表中。
14.户籍化管理
可以编辑维护各消防重点单位的工程图片、地址、联系人、联系号码等基本信息。
5.系统工作流程
5.1火灾报警与消防救援流程
消防物联网系统为火警确认和消防救援提供了一套科学合理的方案，火灾报警控制接收到现场探测器报火警，将报警信息传递到数据中心，数据中心自动向监控单位消防安全负责人发送报警短信，远程监控中心实时监控数据中心各工程火警、故障等信息的变化情况，在监控到火警信息后会通过联动关系读取相关区域视频信息，确认火警后通知119指挥中心进行现场救援，具体工作流程如图6所示。
图6火灾报警与消防救援流程
5.2消防设施维护监督流程
设施投入运行后的维护保养工作，随着时间的增长，就不可避免的出现设备故障、老化、损毁、丢失，个别单位建筑消防设施损坏、故障甚至停用，在火灾发生情况下不能正常使用的事件时有发生。
消防重点单位的消防设备实际运行状态，相关负责人没办法直观查看，总队领导、各支队对各维保公司的维保执行情况无法直观了解，另外维保方法不足无法通过互联网等技术手段进行监督检查，目前绝大多数停留在人工现场检查阶段。
为了改善维保现状在该物联网系统中添加维护监督功能，该系统功能的使用流程为：
1.每月初维保人员通过系统基础数据库在维护监督系统中生成当月检测任务，并可以在线预览打印监督检查任务书和检查设备明细。
2.维保人员领取任务书对维保工程进行测试，对于压力开关、喷淋系统、防火卷帘系统等需要逐项测试，监督检查系统会根据收到的启动信号开始计时，在规定的时间内（如90S）若收不到反馈信号判断设备运行不正常。
3.第一次测试系统认定为初检，初检合格项进入人工检查阶段，人工检查合格项归入月检测报告中，不合格项打入初检不合格项。
4.初检不合格项进入检修步骤，检修后进行复检，复检不合格项直接归入下月检测任务中，复检合格项进入人工检查阶段。
5.对于复检后的人工检查，合格项归入月检测报告中，不合格项归入下月检测任务重，本次检查流程结束。
6.月检测报告中对各监测系统的合格数和不合格数进行统计，供各级主管领导查看。
图8火灾报警与消防救援流程
6.物联港接入设计
依爱消防远程监控系统主要有采集模块、用户信息传输装置、监控中心、火灾报警控制器组成，具体的网络拓扑结构如图9所示。
图9接入设备拓扑图
从监控系统的网络拓扑结构图，我们可知监控系统的通讯过程。
首先由前端的数据采集模块采集周围的环境，然后把信息转发到数据库服务器中，由数据库服务器处理数据得到监控的信息，最后，监控人员可通过监控系统查询周围的参数，比如温度、湿度、管网压力、水箱水位、三相电压、电流等。
在本方案中用户信息传输装置为系统的核心，火灾报警控制器主机串口和用户信息传输装置连接通信，采集模块CAN接口与用户信息传输装置连接通信，在传输装置上实现数据采集、数据分析和预处理，然后通过以太网或者串口转为无线通信方式上传至监控中心。
6.1用户信息传输装置具有功能
1.控制器火警信息的接收和传输及传输装置手动报警传输功能
在用户信息传输装置接收到火灾报警控制器的火警信息时，火警指示灯会闪亮，用户信息传输装置会在10s内向监控中心上报火警信息。
若监控中心接收到火警信息时，火警灯常亮，若监控中心接收失败则用户信息传输装置火警灯一直闪烁，并同时发出火警声信号。
用户信息传输装置在传输除火灾报警和手动报警信息之外的其他信息期间，如火灾探测报警系统发出火灾报警信息，传输装置能够优先接收和传输火灾报警信息。
传输装置设置有手动报警功能，当手动报警动作时，传输装置在10s内将手动报警信息传送至监控中心，在传输过程中手动报警灯闪烁，手动报警传输成功后手动报警灯保持常亮。
传输装置在传输火灾报警信息、控制器其他信息期间，能够优先传输手动报警信息。
传输装置复位后熄灭指示灯。
2.火灾报警控制器除火警外其他信息的接收和传输功能
当用户信息传输装置接收到控制器其他信息期间，如监管、联动、故障、屏蔽等信息，传输装置对应的监管、联动、故障、屏蔽灯闪烁，用户信息传输装置在10s内将信息传输至监控中心，传输成功后相应的指示灯保持常亮。
如果传输失败则指示灯一直闪烁同时发出故障声，传输装置复位后熄灭指示灯。
3.巡检和查岗功能
传输装置能够接收监控中心发出的巡检命令，能够根据指令要求将传输装置的相关运行状态信息传输至监控中心。
传输装置能够接收监控中心发出的查岗命令，在查岗期间，传输装置发出查岗声信号、同时查岗指示灯常亮，传输装置通过查岗应答按键进行应答，应答后指示灯熄灭、查岗声结束。
4.传输装置故障报警功能
传输装置能自动检测本机主备电故障、链路故障、连接故障，以声光信号发出故障报警，并通过液晶显示故障类型、时间、故障总数等信息，但有手动报警时则优先显示手动报警信息。
5.多种通讯方式
传输装置留有RS-232、RS-485串行通讯接口、can通讯接口、以太网/Wifi接口，可以与消防报警控制器、监控中心、模拟量采集模块直接进行通讯。
6.主备电自动切换功能
能进行主备电自动切换，备电具有欠压保护功能，避免蓄电池因放电过度而损坏。
7.可配置兼容多种消防主机
对于不同的消防主机来说,消防主机发送的火警、故障等信息格式不尽相同,为了方便用户信息传输装置的部署,用户信息传输装置可以配置与消防主机相对应的的通信协议号,就可兼容多种消防主机。
6.2用户信息传输装置设计主要包括硬件设计、软件设计
1.硬件设计
用户信息传输装置的结构图如6所示。
用户信息传输装置提供多种外围接口，具有JTAG调试功能，方便跟踪测试软件。
图6用户信息传输装置的结构图
用户信息传输装置主要技术指标：
（1）提供3路RS232接口；
（2）提供1路CAN接口；
（3）提供2路继电器输出接口；
（4）提供一个以太网接口，能够对目标IP、目标机号、本机机号设置；
（5）提供液晶显示（128×64），提供实时时钟；
（6）可外接GPRS模块、4~20mA电流检测模块；
（7）交流输入电压：
220V±1015%，50Hz±1%；
（8）直流备电：
12V5.0Ah×2，全密封免维护蓄电池；
（9）适用环境：
温度0℃～40℃；相对湿度≤95%（40℃）。
2.软件设计
软件设计的主要功能模块如下图。
由主程序进入各功能模块，TCP/IP配置好指定的TCP端口、服务器IP等参数，监控中心与传输装置建立通信；传输装置采用串口采集火灾报警控制器的报警信息，并把数据通过以太网或无线方式上传至监控中心。
程序流程图如下
数据有统一的数据格式，比如帧头、协议号、数据流、帧尾。
数据包中控制单元格式如下。
7.WebSocket技术通信过程
7.1服务端开启后
1.WebSocketServer实例化
varws=newWebSocketServer（）;
2.设置WebSocketServer服务端IP、Port
Setup（stringip,intport）;
3.开启WebSocket服务侦听
ws.Start（）;
7.2客户端登录后
1.与服务端建立连接
①根据不同浏览器，利用服务器端地址，实例化WebSocket对象
varws=newWebSocket（wsUrl）;
②注册各种回调等
ws.onopen=function（）{alert（"连接服务器成功"）;}
ws.onclose=function（）{}
③在服务端，有新会话握手并连接成功
ws.NewSessionConnected+=ws_NewSessionConnected;
2.开始通信
①客户端发送数据
ws.onmessage=function（receiveMsg）{
alert（receiveMsg.data）;}
//发送数据
ws.send（）;
②服务端侦听到事件（WebSocketSession）
ws.NewDataReceived+=ws_NewDataReceived;//有新的消息被接收
8.系统报价
根据系统工作量对接入物联港项目做报价如下：
工作项目
报价
WebSocket联网数据采集解析软件
20万
用户协议传输装置标准协议变更
15万
用户协议传输装置硬件设备
5万
软件研发费
20万
硬件研发费
15万
系统集成测试费
15万
合计：
90万
升级会员 