物流中心園區(qū)智慧用電系統(tǒng)的設計

根據(jù)國家及國家煙草總局頒布的節(jié)能減排、 降本增效指導思想，在智能制造新時代的帶領(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,推進現(xiàn)代物流建設。加快建設智慧物流提升倉儲智能化水平實現(xiàn)智能化數(shù)據(jù)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、信息服務等各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)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，涉及諸多設備、信息、管理等方面數(shù)據(jù)，為建設智能合儲提供了基礎。在一系列智能化改造過程中增加了大量的自動化設備提高工作效率的同時也增加了電氣設備引發(fā)火災的風險。因此，如何規(guī)避這些風險是從業(yè)者值得思考的問題。

近年來,物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)在信息技術(shù)方面取得了長足的進步,不少學者利用這些技術(shù)實現(xiàn)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(diào)系統(tǒng)，實現(xiàn)了環(huán)境監(jiān)測、空調(diào)、通風和溫度控制等功能，有效地降低了機房的能耗。文獻[3]通過使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對燃煤火電廠中的人員管控、缺陷識別、門禁系統(tǒng)等方面進行改進和升級，以提高安全水平和效率。文獻[4]通過試驗證明了LoRaWan電力物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)可以對建筑能耗實現(xiàn)可觀的降低。文獻[5]通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等新興技術(shù)搭建一個智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)，對電氣參數(shù)進行監(jiān)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(tǒng),通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對物流中心園區(qū)電氣量進行數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，及時地發(fā)現(xiàn)電氣線路和用電設備的異常并上送報警信息，工作人員通過交互層遠程控制用電設備,達到消除潛在安全隱患的目的,實現(xiàn)用電設備的智能化管理。*后通過實驗和試點建設驗證了該系統(tǒng)可以實時地監(jiān)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)是一個集合感知網(wǎng)、傳感網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡，它通過各種信息傳感裝置將現(xiàn)實物品與網(wǎng)絡進行連接。使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的目的就是讓所有的現(xiàn)實物品與網(wǎng)絡進行連接，可以在網(wǎng)絡上對物品進行自動、實時地定位、識別、監(jiān)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識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別過程無需人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境，同時射頻識別技術(shù)可以識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。射頻識別技術(shù)目前可以和大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算等結(jié)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)絡主要包括感應通訊、計算三個方面,主要技術(shù)為無線數(shù)據(jù)庫技術(shù)和用于其他傳感器通訊的網(wǎng)絡技術(shù)，特別是多次跳躍路由協(xié)議。通過感知識別技術(shù)讓物品可以清晰地表達自己所代表的信息。傳感器網(wǎng)絡可以說是物聯(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。能夠主動或者被動地實現(xiàn)與人溝通，甚至實現(xiàn)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(nèi)容包括人工智能理論研究、先進的人機交互技術(shù)與系統(tǒng)、智能控制技術(shù)與系統(tǒng)、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(tǒng)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(tǒng)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)能夠通過在網(wǎng)絡邊界轉(zhuǎn)移信息處理能力而增強網(wǎng)絡的威力，而納米技術(shù)的優(yōu)勢意味著物聯(lián)網(wǎng)當中體積越來越小的物體能夠進行交互和連接。
2智慧用電系統(tǒng)架構(gòu)設計 2.1智慧煙草物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)概念
智慧煙草物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)以先進的傳感器 物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進信息技術(shù)為基礎,由智能型設備設施、監(jiān)測預警系統(tǒng)、有線/無線傳輸系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、云平臺及移動APP組成通過對煙草物流中心園區(qū)的各項用電設備設施的溫度信息、電壓電流信息等進行統(tǒng)一化監(jiān)控與管理構(gòu)安全體系標準體系評價體系預警體系、科學指導體系為主的網(wǎng)絡化、一體化智能監(jiān)管平臺。實現(xiàn)對物流中心園區(qū)的安全用電情況的智能監(jiān)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(shù)進行實時監(jiān)測與報警，對各種危險用電行為進行預警和保護并在智慧用電安全監(jiān)管與中能管理平臺中對以上異常警情進行遠程管理,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值高和卷煙的易燃性等特點，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。納人服務范圍的設備能通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對電氣引發(fā)火災的主要因素進行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析。實時發(fā)現(xiàn)電氣線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(xiàn)的安全隱患即時發(fā)送預警信息，達到消除潛在安全隱患的目的，實現(xiàn)自動化、精細化的能源管理、控制、決策。

2.2智慧用電系統(tǒng)架構(gòu)

本文設計的智慧用電系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。智慧用電系統(tǒng)的架構(gòu)可以劃分為四個層次:感知終端層、網(wǎng)絡層、應用層、交互層。

感知終端層主要作用是信息感知與采集，主要包括溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器。RFID標簽、電壓電流傳感器等，是智慧用電系統(tǒng)的底層部分。技術(shù)方面，絕大部分傳感器技術(shù)基本成熟，可以做到實時在線精準探測，但在低壓斷路器方面卻是無法很好的滿足系統(tǒng)智慧用電管理的需求。

低壓斷路器是低壓配電系統(tǒng)中*重要的開關(guān)電器設備之一，在供配電系統(tǒng)中起著供配電線路的控制和故障保護的作用，對電網(wǎng)的安全，穩(wěn)定以及經(jīng)濟運行起著十分重要的作用。針對煙草物流配送中心儲存卷煙具有價值高、易燃等特點，需要加強防火工作，因此本文提出和設計了一種智能型電路保護空開(即俗稱的“空氣開關(guān)")來替代微型斷路器，從而解決傳統(tǒng)空開安全效率低、無法配合智慧用電系統(tǒng)的問題，提高煙草物流配送中心用電的安全性。

網(wǎng)絡層的作用是連接感知終端層和應用層。 該層是智慧煙草用電的神經(jīng)中樞，該層將感知終端層采集的各類信息通過網(wǎng)絡進行匯總，通過各種傳輸方式將各種設備設施信息傳到智慧用電安全監(jiān)管與電能管理云平臺數(shù)據(jù)庫。隨著無線傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展，本系統(tǒng)摒棄傳統(tǒng)有線組網(wǎng)方式，采用有線/無線相結(jié)合的組網(wǎng)方式來建設智慧用電系統(tǒng)，提高系統(tǒng)安全性。

應用層主要是將網(wǎng)絡層采集到的數(shù)據(jù)進行儲存、可視化以及對各終端設備遠程控制，實現(xiàn)智能檢測、監(jiān)控、報警等功能。本系統(tǒng)摒棄傳統(tǒng)主機客戶端的模式，采用Web技術(shù)將系統(tǒng)部署在云平臺上，具有簡潔、高效等優(yōu)點。

交互層主要作用為搭建值班人員工作站和移動APP等人機交互模式，讓工作人員能對各種用電危險和行為可以及時做出判斷、處理以及工作備案等。

2.3智慧用電系統(tǒng)創(chuàng)新性功能

（1）一鍵上電、一鍵斷電：智慧電箱可通過中心智能安全用電管理平臺軟件，對前端分時、分區(qū)設備實現(xiàn)一鍵上電、一鍵斷電等遠程快速操控功能，避免因下班忘記關(guān)閉電源造成的過多浪費和安全隱患。

（2）定期生成用電情況報表：中心智能安全用電管理平臺可按區(qū)域、定期生成用電量統(tǒng)計、報警。信息等數(shù)據(jù)報表并呈現(xiàn)對應的曲線圖，可直觀顯示某時間段區(qū)域的用電情況。
（3）智慧芯片監(jiān)測、機電控制：智慧電源管理模塊內(nèi)置機械控電裝置和數(shù)字化控制芯片，實現(xiàn)對每一回路的智能斷路控電功能，可實現(xiàn)在數(shù)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動/靜銀觸點設計、高等級滅弧裝置、紫銅接線端子，具有電子輕觸式按鍵開關(guān)與機械手柄雙重控制機構(gòu)的手自一體化設計，采用高規(guī)格防火阻燃外殼材料。

（5）國際標準規(guī)格、組網(wǎng)設計:智慧電源管理模塊外觀尺寸均采用國際統(tǒng)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、自動送電：智慧電源管理模塊具有過流過載保護功能，超過額定電流35%的狀態(tài)下,5s斷路;超過額定電流100%的狀態(tài)下，Is斷路; 漏電檢測斷電10s后自動送電。

（8）線路監(jiān)控:智慧電源管理系統(tǒng)通過對每一回路的漏電流、電壓、電流、功率、開關(guān)溫度、用電量、回路線路打火等參數(shù)進行實時監(jiān)控，經(jīng)由網(wǎng)絡模塊上傳到云平臺，實現(xiàn)管理中心對網(wǎng)點線路狀況一目了然的遠程監(jiān)控。

（9）遠程控制線路通斷：監(jiān)控中心對前端配電箱各回路的供電狀況實時掌控，一旦發(fā)現(xiàn)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(tǒng)的工作計劃、用量計劃、分時分區(qū)供電、用量統(tǒng)計情況、各種異常及報警情況，并以豐富的圖表形式呈現(xiàn)、分析岀安全用電的情況，為管理提供豐富詳細的決策依據(jù),實現(xiàn)輕松管理、智慧管理。如圖4所示。

2.4智慧用電系統(tǒng)功能特性

（1）高度集成性：在終端層將電源的各種參數(shù)監(jiān)測與管理集成在一套智慧電源箱內(nèi)，系統(tǒng)可以實現(xiàn)所有智能化監(jiān)測、管理、報警、控制等功能，實現(xiàn)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(nèi)置防雷模塊，具有可靠的防雷接地保護；對過流、過溫、過載、超負荷、短路、缺相等危險用電行為進行預警和保護，對線路接頭打火情況進行預警。

實時監(jiān)控性：系統(tǒng)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(shù)情況進行實時監(jiān)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(tǒng)具有遠程實時監(jiān)測、控制、 報警、管理功能。集中管理、多級聯(lián)網(wǎng)、分析決策, 為客戶實現(xiàn)了安全用電、規(guī)范用電、節(jié)能用電、智慧用電的智能化管理。

（5）降低能耗、節(jié)能減排:對每一回路靈活設置分區(qū)、分時供電管理，以適應前端各種長期、臨時、 營業(yè)、非營業(yè)等情況下的供電需求，可對每一回路設置定時供電管理，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(tǒng)維護方便，即裝即用，簡化維護工作。

（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(gòu)成高質(zhì)量的系統(tǒng)，根據(jù)實際情況考慮設備相互間的兼容性，以保證系統(tǒng)的正常運行。

此外本系統(tǒng)還有著可擴展、操作簡便、易于掌握等特點。

3 試點應用分析

為了驗證本系統(tǒng)的有效性和適應性，廣西壯族自治區(qū)某公司自2021年9月起便從系統(tǒng)功能、性能、非功能性和實際應用性四方面開展了實驗驗證和現(xiàn)場的試點建設。試點建設分為試點推廣階段、分區(qū)域試點推廣階段、全物流中心園區(qū)推廣階段三個階段，經(jīng)過三個階段的應用與推廣，驗證了本文所提的智慧用電系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性。
首先對物流中心所有用電設備、設施的功率、 電壓電流等資料進行調(diào)研和收集；然后向市場采購已有的物聯(lián)網(wǎng)用電模塊進行更換配電箱的空開模塊;接著根據(jù)項目物流中心聯(lián)合工房的設備使用情況調(diào)整物聯(lián)網(wǎng)智慧用電模塊的靈敏度、各種閥值等參數(shù)，同時設計煙草專用物聯(lián)網(wǎng)智慧用電管理平臺軟件;*后通過調(diào)正參數(shù)和運行測試，在線實時監(jiān) 測所有用電情況，反復調(diào)試后，選取安全、優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定、可靠的參數(shù)方案寫入硬件用電模塊，完成物聯(lián)網(wǎng)智慧用電管理平臺的開發(fā)，*終實現(xiàn)對該煙草公司物流園區(qū)重要用電設備設施的智能化監(jiān)測、管理、預警、控制等功能，實現(xiàn)高度集成的電源智慧管理。本文開發(fā)實現(xiàn)的智慧用電系統(tǒng)性能測試結(jié)果如表1所示。

（1）數(shù)據(jù)刷新響應時間：用戶使用瀏覽器訪問智慧用電系統(tǒng)云平臺，等待時間遠小于Is,人機交互頁面上數(shù)據(jù)實時刷新的平均響應時間為250ms, 數(shù)據(jù)采集的實時性好，信息交互效率高，無響應超時，一旦發(fā)現(xiàn)安全隱患，系統(tǒng)能迅速進行報警。

（2）負載量：人機交互子系統(tǒng)能承受被200個以上用戶同時訪問。

（3）遠程控制時間：對于設備的遠程合閘分閘平均響應時間為362ms,響應時間快,無響應超時。

經(jīng)測試能較好的實現(xiàn)對物流中心聯(lián)合工房電氣量進行數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，及時地發(fā)現(xiàn)電氣線路和用電設備的異常并上送報警信息，降低工房安 全隱患，實現(xiàn)智能化管理。與傳統(tǒng)管理方式相比, 智慧管理方式人員管理成本降低了15%左右，用電安全系數(shù)提高了50%,物流中心園區(qū)用電安全、節(jié)能、結(jié)構(gòu)得到了進一步優(yōu)化和提升。綜上所述，本文所提的智慧用電系統(tǒng)具有響應速度快、數(shù)據(jù)交互效率高、人機交互界面友好、負載量高、遠程控制迅速準確等特點，在提高了物流配送中心用電安全的同時，提升了經(jīng)濟效益。
4安全用電管理云平臺
4.1概述
隨著社會經(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(jù)統(tǒng)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（導線溫度、電流和剩余電流）進行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員，指導企業(yè)實現(xiàn)第一時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現(xiàn)“防患于未然"的目的。

用戶可以利用PC網(wǎng)頁、手機APP、微信小程序、微信公眾號等多種方式實現(xiàn)對平臺的訪問，查詢包括系統(tǒng)信息、實時數(shù)據(jù)、報警記錄等在內(nèi)的各種信息，使用方便。利用該系統(tǒng)為用戶提供的低成本專業(yè)服務，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)、國家重點消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領(lǐng)域，也適用于市場、門店等小微場所，對分散在建筑內(nèi)的探測器進行遙測、遙調(diào)、遙控、遙信，方便實現(xiàn)監(jiān)控與管理。
4.3系統(tǒng)架構(gòu)

本平臺的整體結(jié)構(gòu)如圖所示：

5.系統(tǒng)功能

6.產(chǎn)品選型

.       典型配置方
7.1 ARCM300系列儀表直連平
a）配置方案

說明：ARCM300-Z-4G和ARCM300-ZD-4G直接上傳到平臺。
b）安裝實例

7.2 ARCM300系列儀表接入網(wǎng)關(guān)上傳到平臺

a）配置方案

說明：arcm系列儀表通過485接口連接網(wǎng)關(guān)，由網(wǎng)關(guān)上傳到平臺，一個網(wǎng)關(guān)下面可以接入30塊儀表

b）安裝實例

7.3故障電弧探測器和滅弧式保護器接入平臺

.       配置方案

說明：故障電弧探測器和滅弧式保護器通過485接口連接網(wǎng)關(guān)，由網(wǎng)關(guān)上傳到平臺，一個網(wǎng)關(guān)下面可以接入30塊設備。

.       安裝實例

8.典型業(yè)績

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(jiān)控系統(tǒng)

響水某畜牧改造安全用電管理系統(tǒng)

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)絡科技有限公司安全用電管理云平臺

復旦大學某校區(qū)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(jié)束語

電氣火災往往具有很強的隱蔽性，通過人工觀 察較難發(fā)現(xiàn)，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，設計和開發(fā)了煙草專用物聯(lián)網(wǎng)智慧用電管理云平臺系統(tǒng)。

同時，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的輕簡化、實用化以及運營成本低為前提，以成熟技術(shù)和產(chǎn)品作為支撐，針對性的根據(jù)物流中心園區(qū)用電設備提岀技術(shù)集成方案。智慧用電系統(tǒng)能在火災事故初期發(fā)岀警報，即使沒有工作人員值班也能通過手機APP發(fā)出對應事故警報(如開關(guān)漏電、線路過載等)，適宜于煙草行業(yè)所有的用電設備并進行推廣。

參考文獻

[1] 鐘亮，陳超艷，彭云俊.煙草物流配送中心智能倉儲探索.物流技術(shù)與應用201924(12):155-156

[2] 張成挺，王文娟.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能溫度控制節(jié)能機房研究

[3]趙俊杰，馮樹臣馬克等基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧電廠安全管控一體化應用

[4]李和芮，姚彬，邱德師.基于物聯(lián)網(wǎng)的物流中心園區(qū)智慧用電系統(tǒng)研究

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.