摘要：高校實驗室內(nèi)放置大量實驗儀器設(shè)備，是實驗人員高度密集的場所之一。實驗室安全管理是校園安全建設(shè)的一環(huán)，其中用電安全至關(guān)重要。為此，文中設(shè)計一種實驗室物聯(lián)網(wǎng)用電安全系統(tǒng)，通過智慧用電物聯(lián)終端和實驗室用電安全管理云平臺對實驗室配電柜進(jìn)行實時監(jiān)測和異常報警，從而及時、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障隱患。采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對實驗室用電監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度分析，提高實驗室用電安全管理效率。通過實際部署應(yīng)用對系統(tǒng)的有效性進(jìn)行驗證，實現(xiàn)實驗室用電安全信息化、智慧化管理。

關(guān)鍵詞：高校實驗室；用電安全；物聯(lián)網(wǎng)；信息化管理；實時監(jiān)測；物聯(lián)終端；數(shù)據(jù)分析

0引言

實驗室是高校加深在校學(xué)生對理論課程的理解和培養(yǎng)實踐動手能力的實驗場地，也是研究人員進(jìn)行科學(xué)研究和相關(guān)實驗論證的科研場所。隨著國內(nèi)高校辦學(xué)規(guī)模的擴(kuò)張和辦學(xué)水平的提高，實驗室建設(shè)逐漸成為學(xué)校產(chǎn)學(xué)研體系的重要組成部分。實驗室安全是各項教學(xué)活動和科學(xué)研究順利進(jìn)行的基本保證，其不僅關(guān)系到實驗室實驗儀器存放安全與否，更關(guān)系到在實驗室進(jìn)行教研活動的師生的人員安全。2019年中國實驗室發(fā)展大會中提到：我國高校每年發(fā)生用電安全事故約150起。由此可見，構(gòu)建健全的實驗室安全管理體系至關(guān)重要。高校實驗室安全管理大多采用人工巡查等方式進(jìn)行實驗室安全方面的維護(hù)，每間實驗室配備相應(yīng)的實驗室安全管理人員，定期對實驗室電力設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行巡查。上述“人防"方式雖然能從一定程度上保障實驗室的日常安全運(yùn)行，但許多用電安全隱患不易察覺，用電安全問題發(fā)生突然，實驗室管理員不易時間知曉并處理警情，因此通過“人防"方式進(jìn)行實驗室消防管理存在一定的局限性。

隨著現(xiàn)今物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新興科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，高校響應(yīng)號召，運(yùn)用現(xiàn)代科技實現(xiàn)實驗室信息化、智能化管理勢在必行。本文利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)對實驗室用電情況進(jìn)行實時監(jiān)測和系統(tǒng)分析，排查實驗室用電安全隱患，發(fā)生異常情況及時報警，實現(xiàn)信息化條件下的實驗室用電安全管理工作轉(zhuǎn)型升級。此舉可以保障實驗室的財產(chǎn)安全和實驗人員的人身安全，完善校園信息化安全管理體系，為安全和諧校園建設(shè)添磚加瓦。

1高校實驗室用電安全問題分析

1.1不規(guī)范用電

實驗室實驗人員進(jìn)行教研任務(wù)的不規(guī)范用電行為是造成實驗室火災(zāi)事故的主要原因之一。近年來，高校逐漸重視對實驗人員的實驗室用電安全教育，但在實驗室飲食、實驗儀器工作時無人在旁值守等安全意識薄弱現(xiàn)象屢見不鮮。除了實驗儀器，接線板也是實驗室常見也容易被忽視的用電設(shè)備。使用非國標(biāo)的接線板，將接線板隨意放置于實驗儀器旁，同時使用多個接在同一個接線板的大功率電器造成接線板過載等不規(guī)范用電行為，都大大增加了實驗室消防安全隱患。

1.2維護(hù)缺失

現(xiàn)如今，高校在實驗室用電安全方面的科技支撐不足，對實驗室安全進(jìn)行維護(hù)管理時大多采用安全管理人員定期定點(diǎn)巡查等方式。但部分實驗室管理人員對實驗室安全管理重視程度不足，對實驗室的定期巡查和維護(hù)流于形式，缺乏規(guī)范有效的監(jiān)督，缺崗、漏崗現(xiàn)象時有發(fā)生。實驗室安全監(jiān)管人員不能及時發(fā)現(xiàn)實驗室內(nèi)用電安全問題，為火情等危險情況的發(fā)生埋下了巨大隱患。另一方面，高校校園中部分老舊實驗樓用電線路過于陳舊，電力線路檢修難度大，安全管理人員檢查不到位，極易產(chǎn)生監(jiān)管死角。一旦用電不慎，極易導(dǎo)致線路短路或線路功率過大引起火災(zāi)。

2實驗室用電安全管理云平臺

實驗室用電安全管理云平臺能夠?qū)崿F(xiàn)實驗室用電安全隱患、事故的早發(fā)現(xiàn)、早報警、早補(bǔ)救，全面解決實驗室用電安全監(jiān)督難點(diǎn)。云平臺接收、顯示、處理、存儲終端設(shè)備動態(tài)實時上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)，且根據(jù)設(shè)計主要用于智慧用電物聯(lián)終端的接入，但不于此。云平臺不受物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備類型的限制，能夠接入多種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，基于多類型標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和API開發(fā)滿足海量設(shè)備的高并發(fā)快速接入，實現(xiàn)對終端設(shè)備的實時監(jiān)控、報警推送、數(shù)據(jù)分析、詳細(xì)定位等功能。目前所實現(xiàn)的主要功能具體如下。

2.1實時監(jiān)控

云平臺實時監(jiān)控智慧用電物聯(lián)終端上線時上傳各通道數(shù)據(jù)，生成上線事件推送至云平臺，同時實時推送動態(tài)到用戶Web端。用戶端可根據(jù)物聯(lián)終端所在位置查看每個終端設(shè)備的詳細(xì)信息，如設(shè)備狀態(tài)、通道數(shù)據(jù)、所屬類別等。云平臺24h監(jiān)控已上線的物聯(lián)終端狀態(tài)，對關(guān)乎實驗室用電安全的主要因素，如線纜溫度、配電箱溫度、剩余電流、電路電壓、電流等信息進(jìn)行實時在線監(jiān)測，上報排查各類安全隱患。部分?jǐn)?shù)據(jù)監(jiān)測頁面如圖5、圖6所示。

2.2報警推送

當(dāng)實驗室的智慧用電物聯(lián)終端發(fā)生告警情況，可通過Web網(wǎng)頁、短信、電話、微信等多種方式將報警通知及報警地址實時推送給對應(yīng)實驗室管理員，管理員能夠時間收到報警推送消息，即可及時聯(lián)系相關(guān)工作人員進(jìn)行處大限度地保障實驗室生命財產(chǎn)安全。同時，管理員可針對重點(diǎn)監(jiān)管區(qū)域的終端進(jìn)行高優(yōu)先級設(shè)置，實現(xiàn)終端分級管理，設(shè)立多道監(jiān)管防線，避免因個人疏漏所導(dǎo)致的嚴(yán)重事故。

2.3數(shù)據(jù)分析

實驗室用電安全管理云平臺可以實時在線顯示監(jiān)測線路中的電壓、電流、剩余電流、溫度等動態(tài)信息，把用電情況變成可視的數(shù)字化監(jiān)控，查看實時采集的數(shù)據(jù)信息以及歷史數(shù)據(jù)曲線，并生成統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)表。運(yùn)用大數(shù)據(jù)相技術(shù)分析電器設(shè)備回路的相關(guān)參數(shù)，著重于功率、突變電流和箱體溫度等與電氣火災(zāi)成因有直接關(guān)聯(lián)的參數(shù)，按照時間、地點(diǎn)、實驗室類型進(jìn)行智慧用電物聯(lián)終端告警事件統(tǒng)計，生成實驗室用電安全隱患分析報告，及時排查實驗室用電安全隱患，并適時進(jìn)行提示。

2.4詳細(xì)定位

實驗室用電安全管理云平臺嵌入GIS系統(tǒng)（地理信息系統(tǒng)），能夠?qū)γ恳粋€實驗室配置終端設(shè)備進(jìn)行定位，并將位置信息添加在終端設(shè)備管理詳情頁。管理員在全景地圖界面能夠直觀了解到當(dāng)前地理位置已安裝終端設(shè)備位置分布情況，有效解決人力巡檢遺漏問題，實現(xiàn)實驗室用電安全監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋，消除安全監(jiān)控死角。

3.部署應(yīng)用

實驗室物聯(lián)網(wǎng)用電安全系統(tǒng)已在山東大學(xué)青島校區(qū)的公共（創(chuàng)新）實驗教學(xué)部署使用，覆蓋各實驗室，實現(xiàn)實驗室用電安全信息化管理。系統(tǒng)的智慧用電物聯(lián)終端及傳感器部署于44個實驗室55個配電箱中，實驗室用電安全管理云平臺本地部署于的服務(wù)器。通過開通實驗主任、系統(tǒng)管理員、實驗室管理員等不同權(quán)限的賬號，系統(tǒng)使用人員可以通過Web端登錄系統(tǒng)，使用系統(tǒng)各項實驗室用電安全管理功能，使用手機(jī)通過短信、電話、微信等方式接收實驗室用電安全事件信息。另外，還專門開發(fā)了大屏信息展示頁面，應(yīng)用于監(jiān)控室大屏，如圖7所示。大屏實現(xiàn)監(jiān)控室人員對實驗室用電安全數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控，以及對外展示等功能。

系統(tǒng)在已經(jīng)部署應(yīng)用了三年多時間，系統(tǒng)整體性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)實時性強(qiáng)，用電安全事件信息推送及時，曾多次及時向電路、化學(xué)等實驗室管理員提示漏電、線路過流、過壓等情況，輔助排查原因并消除了安全隱患。系統(tǒng)應(yīng)用以來，記錄和存儲了大量的實驗室用電安全數(shù)據(jù)，形成了用電安全電子臺賬，便于管理和調(diào)閱；同時可以成為大數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘的數(shù)據(jù)源，供相關(guān)實驗和科研項目使用，也可以通過開發(fā)，應(yīng)用實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)一步改進(jìn)和拓展系統(tǒng)功能、提升系統(tǒng)性能。

4. Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃碼即可使用手機(jī)和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。

該平臺提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預(yù)付費(fèi)管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運(yùn)維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問。

（2）應(yīng)用場所

本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運(yùn)維等領(lǐng)域。

（3）平臺結(jié)構(gòu)

（4）平臺功能

• 電力集抄

電力集抄模塊可以實現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、分析、預(yù)警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測'、遙信、遙控控制，對系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢測和統(tǒng)一管理；在數(shù)據(jù)資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設(shè)備運(yùn)行（包括歷史和實時參數(shù)，并根據(jù)實際情況進(jìn)行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節(jié)約人力資源。

變壓器監(jiān)控

配電圖

• 能耗分析

能耗分析模塊采用自動化、信息化技術(shù)，實現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機(jī)結(jié)合起來，運(yùn)用的數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線生產(chǎn)分析與管理，實現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源，提高能源質(zhì)量、降低能源消耗，達(dá)到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

• 預(yù)付費(fèi)管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權(quán)限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；

2）系統(tǒng)配置：對建筑、通訊管理機(jī)、儀表及默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠(yuǎn)程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

4）售電管理：對已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報表：提供售電、售水財務(wù)報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導(dǎo)出。

預(yù)付費(fèi)看板

• 充電樁管理

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個充電樁進(jìn)行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警。云平臺包含了充電收費(fèi)和充電樁運(yùn)營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務(wù)管理、變壓器監(jiān)控、運(yùn)營分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能。

充電樁看板

• 智能照明

智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地數(shù)據(jù)監(jiān)測，也可以實現(xiàn)定時開關(guān)策略配置及后臺遠(yuǎn)程管理和移動管理等，降低路燈設(shè)施的維護(hù)難度和成本，提升管理水平，并達(dá)到一定節(jié)能減掛的效果。

監(jiān)控頁面

• 安全用電

安全用電采用的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災(zāi)探測器，對引發(fā)電氣火災(zāi)的主要因素（導(dǎo)線溫度、電流和剩余電流）進(jìn)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(dǎo)企業(yè)實現(xiàn)時間的排查和治理，達(dá)到消除潛在電氣火災(zāi)安全隱患，實現(xiàn)“防患于未然"的目的。

• 智慧消防

通過云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。原先針對“九小場所"和危化品生產(chǎn)企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白，適應(yīng)于所有公建和民建，實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"、用電管理“精細(xì)化"的實際需求。