基于往年高校实验室发生火灾等事故留下的惨痛教训，近年来各大高校逐步建立起实验室安全管理体系。受人力成本高等因素制约，实验室安全管理员大多由实验员、任课老师或安保等人员兼任。然而以上监管人员存在时间精力有限和缺乏专业火灾防控知识等问题，使得实验室安全管理人员责任范围模糊，造成“不愿管、不会管、不敢管”的监管乱象。另一方面，学校对监管人员和实验人员的实验室安全教育培训过于形式化，实验室安全管理制度流于纸面，未能落实到具体的实验室安全管理上。长此以往，会造成实验人员对实验室用电安全隐患的排查与处理不到位、不合理的问题，存在巨大的监管漏洞。一旦发生因用电安全引发的火灾等事故，会对人员生命和实验室财产安全造成不可挽回的损失。

2系统设计

运用物联网、边缘计算、大数据等现代信息技术实现高校实验室用电安全监测和管理，十分迫切且可行。为了解决上述用电安全问题，提升实验室用电安全管理问题的效率和效果，实现实验室安全管理方式从“人防”向“技防”的转变，建设信息化、智慧化实验室，本文开发了实验室物联网用电安全系统。该系统由智慧用电物联终端和实验室用电安全管理云平台构成。

智慧用电物联终端是基于物联网、边缘计算和“移动互联网+”等最新技术研发的硬件设备，包括物联终端及配套部署的各类传感器。根据实验室职能、规模和所在区域等实验室信息可设置终端参数，终端和传感器对实验室的配电箱进行24h数据监控，并将电路和温度等实时数据通过无线通信动态上传至云平台。

实验室用电安全管理云平台是一个综合性的物联网云平台，能够对智慧用电物联终端设备进行监测、定位和跟踪，及时获取实验室终端设备数据和运行状况，并将终端上传的监测数据批量存储在云平台数据库中。同时通过数据挖掘分析，对实验室用电安全状况和用电行为进行评估分析，提高实验室安全管理人员监管质量和效率。

实验室物联网用电安全系统结构如图1所示。

实验室物联网用电安全系统主要实现当实验室配电箱内电路出现过流、过压、漏电等异常情况，并在引发电气火灾等更严重的后果前及时向实验室管理人员报警，最大限度做到实验室消防警情的早预判、早发现、早除患和早扑救，减少实验室用电隐患的滋生，强化实验室用电安全预防工作，建立高校实验室的防火墙，构筑校园实验室安全管理体系。

智慧用电物联终端部署于各实验室配电箱内部，与之连接的传感器布置于箱内的线缆和箱体等部位，终端以无线的方式（NB-IoT/4G/5G）入网，与实验室用电安全管理云平台进行数据交互。当某路监测数据达到相应阈值时，终端本地会进行蜂鸣报警，同时将数据上传至云平台，在云平台推送报警具体信息，并向发生报警实验室的安全负责人通过拨打电话、发送短信和微信平台推送等方式进行通知。实验室用电安全管理中的用电数据分析、事件电子台账、安全隐患定位等其他功能主要通过云平台实现。

3智慧用电物联终端

智慧用电物联终端是可以检测实验室配电箱内线路各项电力数据的设备，是实验室物联网用电安全系统的主要监测终端设备。物联终端通过传感器监测的数据通道包括一路剩余电流、四路线路温度、一路箱体温度、三路电压、三路电流。

将终端安装在配电箱中，正常工作时终端不间断监控各个通道数据，根据设定通道数据的上下限对实验室配电箱内电力线路进行异常报警和保护。当各通道数据值超过阈值时，终端蜂鸣器报警，立即控制空开脱扣，同时上传各个通道的数据到安全管理云平台，并生成报警事件，通过微信（推送报警通知）、电话（收到智能来电）推送信息给管理员。并且当终端监测到数据出现异常变化或超出阈值，会频繁上传数据至实验室安全管理云平台，直到监测数据恢复正常，停止上报异常情况。当报警事件处理完毕后实验室安全管理人员必须手动消音并复位终端，进行新一轮的实时数据监控。

智慧用电物联终端基本构成如图2所示。

由于终端使用的是无线网络通信，不需要布置信号线，在供电方面终端从配电箱内部取电，不需要额外进行电源布线，因此终端安装的施工难度和成本大大降低，可以根据实验室配电箱内部情况灵活部署。由于终端使用的传感器均为线路外部安装，无需破坏原有电路结构，不会对原有线路产生影响。智慧用电物联终端实物如图3所示，终端配电箱内实际安装部署如图4所示。

4实验室用电安全管理云平台

实验室用电安全管理云平台能够实现实验室用电安全隐患、事故的早发现、早报警、早补救，全面解决实验室用电安全监督难点。云平台接收、显示、处理、存储终端设备动态实时上传的监测数据，且根据设计主要用于智慧用电物联终端的接入，但不仅限于此。云平台不受物联网设备类型的限制，能够接入多种物联网设备，基于多类型标准协议和API开发满足海量设备的高并发快速接入，实现对终端设备的实时监控、报警推送、数据分析、详细定位等功能。目前所实现的主要功能具体如下。

4.1实时监控

云平台实时监控智慧用电物联终端上线时上传各通道数据，生成上线事件推送至云平台，同时实时推送动态到用户Web端。用户端可根据物联终端所在位置查看每个终端设备的详细信息，如设备状态、通道数据、所属类别等。云平台24h监控已上线的物联终端状态，对关乎实验室用电安全的主要因素，如线缆温度、配电箱温度、剩余电流、电路电压、电流等信息进行实时在线监测，上报排查各类安全隐患。部分数据监测页面如图5、图6所示。

4.2报警推送

当实验室的智慧用电物联终端发生告警情况，可通过Web网页、短信、电话、微信等多种方式将报警通知及报警地址实时推送给对应实验室管理员，管理员能够第一时间收到报警推送消息，即可及时联系相关工作人员进行处最大限度地保障实验室生命财产安全。同时，管理员可针对重点监管区域的终端进行高优先级设置，实现终端分级管理，设立多道监管防线，避免因个人疏漏所导致的严重事故。

4.3数据分析

实验室用电安全管理云平台可以实时在线显示监测线路中的电压、电流、剩余电流、温度等动态信息，把用电情况变成可视的数字化监控，查看实时采集的数据信息以及历史数据曲线，并生成统计分析数据表。运用大数据相技术分析电器设备回路的相关参数，着重于功率、突变电流和箱体温度等与电气火灾成因有直接关联的参数，按照时间、地点、实验室类型进行智慧用电物联终端告警事件统计，生成实验室用电安全隐患分析报告，及时排查实验室用电安全隐患，并适时进行提示。

4.4详细定位

实验室用电安全管理云平台嵌入GIS系统（地理信息系统），能够对每一个实验室配置终端设备进行精确定位，并将位置信息添加在终端设备管理详情页。管理员在全景地图界面能够直观了解到当前地理位置已安装终端设备位置分布情况，有效解决人力巡检遗漏问题，实现实验室用电安全监管网络全面覆盖，消除安全监控死角。

5部署应用

实验室物联网用电安全系统已在山东大学青岛校区的公共（创新）实验教学中心部署使用，覆盖中心各实验室，实现实验室用电安全信息化管理。系统的智慧用电物联终端及传感器部署于中心44个实验室55个配电箱中，实验室用电安全管理云平台本地部署于中心的服务器。通过开通实验中心主任、系统管理员、实验室管理员等不同权限的账号，系统使用人员可以通过Web端登录系统，使用系统各项实验室用电安全管理功能，使用手机通过短信、电话、微信等方式接收实验室用电安全事件信息。另外，还专门开发了大屏信息展示页面，应用于中心监控室大屏，如图7所示。大屏实现监控室人员对实验室用电安全数据和系统状态的监控，以及对外展示等功能。

系统在中心已经部署应用了三年多时间，系统整体性能稳定，数据实时性强，用电安全事件信息推送及时，曾多次及时向电路、化学等实验室管理员提示漏电、线路过流、过压等情况，辅助排查原因并消除了安全隐患。系统应用以来，记录和存储了大量的实验室用电安全数据，形成了用电安全电子台账，便于管理和调阅；同时可以成为大数据分析和数据挖掘的数据源，供相关实验和科研项目使用，也可以通过开发，应用实时数据和历史数据进一步改进和拓展系统功能、提升系统性能。

6 Acrel-EIOT能源物联网云平台

（1）概述

Acrel-EIoT能源物联网开放平台是一套基于物联网数据中台，建立统一的上下行数据标准，为互联网用户提供能源物联网数据服务的平台。用户仅需购买安科瑞物联网传感器，选配网关，自行安装后扫码即可使用手机和电脑得到所需的行业数据服务。

该平台提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问。

（2）应用场所

本平台适用于公寓出租户、连锁小超市、小型工厂、楼管系统集成商、小型物业、智慧城市、变配电站、建筑楼宇、通信基站、工业能耗、智能灯塔、电力运维等领域。

（3）平台结构系统在中心已经部署应用了三年多时间，系统整体性能稳定，数据实时性强，用电安全事件信息推送及时，曾多次及时向电路、化学等实验室管理员提示漏电、线路过流、过压等情况，辅助排查原因并消除了安全隐患。系统应用以来，记录和存储了大量的实验室用电安全数据，形成了用电安全电子台账，便于管理和调阅；同时可以成为大数据分析和数据挖掘的数据源，供相关实验和科研项目使用，也可以通过开发，应用实时数据和历史数据进一步改进和拓展系统功能、提升系统性能。

6 Acrel-EIOT能源物联网云平台

（1）概述

Acrel-EIoT能源物联网开放平台是一套基于物联网数据中台，建立统一的上下行数据标准，为互联网用户提供能源物联网数据服务的平台。用户仅需购买安科瑞物联网传感器，选配网关，自行安装后扫码即可使用手机和电脑得到所需的行业数据服务。

该平台提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问。

（2）应用场所

本平台适用于公寓出租户、连锁小超市、小型工厂、楼管系统集成商、小型物业、智慧城市、变配电站、建筑楼宇、通信基站、工业能耗、智能灯塔、电力运维等领域。

（3）平台结构

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