Ứng dụng hệ thống giám sát cháy điện thông minh dựa trên khung EC-IOT trong các tòa nhà cao tầng
Application of an intelligent electrical fire monitoring system based on the EC-IOT framework in high-rise residential buildings
| Tác giả | Mengying Ma
Chengdi Xu Junfeng Han |
| Ngày đăng tải | 28/04/2025 |
| DOI | https://doi.org/10.1016/j.sasc.2025.200257 |
| Nguồn bài nghiên cứu | Science Direct |
| Từ khóa | Khung EC-IOT
Giám sát cháy điện Tòa nhà cao tầng Mô phỏng tòa nhà số |
1 – GIỚI THIỆU
Trong những năm gần đây, quá trình hiện đại hóa nhanh chóng và việc áp dụng nhà thông minh ngày càng phổ biến đã làm gia tăng nguy cơ mất an toàn điện trong các tòa nhà dân cư, gây nguy hiểm cho tính mạng và tài sản. Bài nghiên cứu này giới thiệu một mô hình tính toán độ trễ phản hồi cạnh sử dụng giao thức Modbus và kiến trúc mạng lưới nút cạnh phân tán tinh vi để nâng cao hiệu quả của hệ thống. Nghiên cứu tập trung vào ba khía cạnh chính: khái niệm thiết kế, kiến trúc hệ thống và triển khai. Hệ thống tích hợp giám sát cháy điện, công nghệ IoT và mô phỏng tòa nhà số, tạo ra hệ thống cảnh báo sớm thông minh cho việc phát hiện trước thảm họa và cơ chế phản ứng tự động sau thảm họa. Kết quả cho thấy hệ thống cải thiện khả năng cảnh báo sớm trước thảm họa và hỗ trợ ra quyết định hiệu quả trong việc sơ tán và cứu hộ sau thảm họa, có giá trị ứng dụng thực tiễn quan trọng.
2 – MÔ TẢ HỆ THỐNG
Hệ thống giám sát cháy điện thông minh này áp dụng công nghệ IoT cho phép các thiết bị giám sát điện kết nối và giao tiếp trong tòa nhà, thu thập và lưu trữ dữ liệu kinh doanh thông qua công nghệ truyền thông mạng. Hệ thống sử dụng kiến trúc EC-IOT với thiết kế phân lớp gồm “đám mây, cạnh và thiết bị đầu cuối”. Để đảm bảo cảnh báo sớm có độ trễ thấp, các nút cạnh được triển khai phân phối tinh vi theo từng tầng của tòa nhà, giúp giảm thiểu độ trễ do truyền dữ liệu qua mạng và tăng cường khả năng phản ứng nhanh của hệ thống. Cảm biến của hệ thống bao gồm cảm biến nhiệt độ, khói, nguồn cháy, dòng điện và điện áp, cảm biến dòng dư và cảm biến hồ quang, giúp phát hiện kịp thời nguy cơ cháy điện và đưa ra cảnh báo hiệu quả.
3 – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Hệ thống được triển khai với mô hình tính toán độ trễ phản hồi cạnh dựa trên giao thức Modbus. Phương pháp này bao gồm các thành phần sau:
Thu thập dữ liệu: Các cảm biến được triển khai trong tòa nhà sẽ thu thập các thông số điện như nhiệt độ, dòng điện, điện áp, và dòng dư.
Tính toán độ trễ phản hồi: Độ trễ phản hồi của các nút cạnh được tính toán dựa trên mô hình Modbus với các thông số như thời gian phản hồi của thiết bị, tốc độ truyền dữ liệu, và chu kỳ quét.
Triển khai thí điểm: Hệ thống được triển khai thử nghiệm tại các khu dân cư cao tầng tại Trùng Khánh, Trung Quốc, để đánh giá hiệu quả hoạt động.
4 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Hệ thống đã được thử nghiệm tại nhiều khu dân cư cũ tại Trùng Khánh với tổng cộng 25.473 cảm biến và 1.515 thiết bị cổng truyền thông cạnh được triển khai. Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống có khả năng phản ứng nhanh với cảnh báo cháy điện và hỗ trợ hiệu quả trong việc sơ tán và cứu hộ. Thời gian phản hồi cảnh báo hoạt động đạt từ 2,39 giây đến 17,39 giây với chu kỳ quét là 15 giây và từ 2,39 giây đến 62,39 giây với chu kỳ quét là 60 giây, đáp ứng tiêu chuẩn độ trễ của hệ thống cảnh báo cháy.
5 – KẾT LUẬN
Hệ thống giám sát cháy điện thông minh dựa trên khung EC-IOT với kiến trúc “đám mây – cạnh – thiết bị đầu cuối” đã chứng minh tính hiệu quả trong việc nâng cao khả năng cảnh báo sớm cháy điện và hỗ trợ ra quyết định trong công tác sơ tán và cứu hộ. Bằng cách kết hợp công nghệ IoT và mô phỏng tòa nhà số, hệ thống không chỉ giám sát tình trạng điện mà còn hỗ trợ lập kế hoạch sơ tán và cứu hộ trong trường hợp xảy ra hỏa hoạn. Nghiên cứu này mở ra hướng phát triển cho các hệ thống giám sát cháy điện thông minh với khả năng mở rộng và ứng dụng linh hoạt trong các khu dân cư cao tầng.
