基于总线的建筑电气火灾监控系统设计
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【摘 要】 设计了一种基于总线的火灾监控系统，介绍了系统的组成、集中控制器、现场数据监控器的软硬件设计及实现。系统可对三相电流信号以及漏电流信号进行检测、实时显示和报警。通过总线可以进行网络通信以完成分布式远程控制和故障诊断功能。应用表明，系统具有精度高，安全可靠，误报率低、操作维护方便等特点，可满足大型高层建筑电气防火需求。
【中图分类号】 TU741.2 【文献标识码】 B 【文章编号】 1727-5123（2012）02-080-02
Design of High-rise building’s Monitoring System for Electric fire Base on Bus
【Abstract】 Accomplished a system of high-rise building’s fire monitoring system based on bus. The paper intruduced the system
composition, the design of concentrated controller and field data monitor’s hardware and software. The monitoring system can detect
phase current signal and the leakage current signal, and can display real-time and alarm.It also can proceed network service and complete
the distributed remote control and fault diagnosis.Practice shows that the system the characteristics of high precision, safe and reliable,
low rate of false positives, easy operation and maintenance, etc .It can satisfy the demand of large high-rise building electrical fire.
【Key words】 High-rise building; Monitoring System for Electric fire;CAN Bus
随着经济的发展和人口的增加，高层民用建筑已成为城市居住和办公的主流建筑产[1]。 在各类建筑及其它领域中广泛安装电气火灾监控器能有效预防和减少漏电引起的电气火灾。应用电气火灾监控在线检测技术，也可长年不间断地检测用电线路的过电流、漏电流等参数，随时掌握电气线路或电气设备的火灾危险和异常状态，及时发现并消除电气线路的火灾隐患，防患于未然，保护国家和人民生命财产安全[2]。
1 电气火灾监控系统结构
电气火灾监控系统主要用来保护配电回路及用电设备免受漏电、过电流和短路等故障的危害，防止电气火灾的发生。该系统采用总线技术，一台微型计算机可以监控多台监控设备（集中控制器）；一台监控设备（集中控制器）可以监控至多128台监控探测器（现场数据监控器）；监控探测器（现场数据监控器）能够独立工作。其系统组成框图如图1所示。
系统上位机采用带触摸屏的嵌入式工控机，人机界面使用组态王软件。上位机系统和集中控制器主要依靠相应的CAN接口卡来完成，它承担着上位机和CAN智能节点之间的数据转发任务，即收集各个CAN节点上的数据转发给上位机，同时把上位机的命令和数据转发到各个节点[3]。集中控制器主要完成键盘输入，并对现场数据监控器传输的数据进行处理，同时将各节点状态发送给上位机，然后在显示屏上实时显示被监控线路的各种运行状态及参数，并准确记录被监控线路运行状态的变化、故障特征、故障地址、时间等历史数据。现场数据监控器与漏电流互感器、电流互感器、温度传感器共同构成电气火灾监控系统的前置部分，漏电流互感器、电流互感器、温度传感器分别检测配电回路的漏电流、三相工作电流和温度，并将检测信号传送给现场数据监测器。当受监控的某一回路的漏电流或工作电流超过事先设定的预报警值是发出声光预警信号、超过事先设定的报警值时发出声光报警信号，并根据用户设定可以在规定的时间内切断受监控回路的供电电源，同时将报警、预警信号发送至集中控制器[5]。
2 集中控制器设计
系统的集中控制器由声光报警、键盘及液晶显示、CAN总线控制器、外部Flash和时钟/日历发生器等部分构成。微处理器选用的是ATMEL公司AT91SAM9G20处理器。集中控制器主要采集各现场监控器传输的IA、IB、IC、IN、T等参数和故障特征数据，并在LCD上实时显示，同时通过CAN总线传输给上位机。此外，集中控制器还将各现场数据监控器的运行状态用相应的双色发光管显示，当有通道出现报警信号时，集中控制器驱动蜂鸣器报警并将实时故障数据保存至Flash中[4]。集中控制器结构框图如图2所示。
用户通过系统设置界面可以设置当前时间以及现场数据监控器的地址。同时可以添加、删除节点，并对节点的预警电流值、报警电流值、电流互感器变比、预警延时时间、报警延时时间进行设置。通过设置延时时间可以防止系统误动作。而通过查询历史数据界面可以查询报警原因、报警时间以及报警的通道编号等。
3 现场数据监控器设计
3.1 硬件结构。监控器部分由电源单元、信号调理单元、微处理器、通信单元、脱扣输出单元、声光报警、键盘及液晶显示单元及软件组成。用于现场传感器数据采集、存储、处理、显示、预警、报警及确认。可将信号通过RS485总线传到集中控制器，也可就地控制。微处理器采用了STC系列的单片机12C5410AD，该单片机内部置有10位AD转换器，转换精度达到10位。显示部分可以实时显示三相电流及漏电流测量参数、温度、时钟等内容。键盘主要实现时钟调整、参数设置、自检、试验、复位等功能,通过键盘可以设定过电流预报警及延时、过电流报警及延时、漏电流预报警及延时、漏电流报警及延时、温度报警值、脱扣延时等参数。信号采集及调理部分采用高精度电流互感器、漏电流互感器来对电流信号进行采样，并进行信号调理、电压跟随和光电隔离，并将0～5 V的标准信号送入AD转换器。当传感器检测信号超过参数的设定值时，监控模块发出声光报警信号并启动脱扣。温度传感器采用美国DALLAS公司数字温度传感器DS18B20。系统结构框图如图3所示。
3.2 信号调理电路。现场数据监控器采用精密电阻对IA、IB、IC、IN四路电流互感器的电流信号进行取样并放大然后采用精密整流电路将交流电压信号转换为直流电压信号,再经单片机处理后将信号通过RS485总线传输至集中控制器。过电流、漏电流信号调理电路如图4所示。
3.3 软件流程。系统软件采用集成开发调试环境Keil uVisionII开发,主程序流程如图5所示。首先完成系统初始化程序,通过键盘设置初始化条件后开始AD采样,采样结束后数据分析判断程序启动,若有故障发生,经过延时程序后单片机的P3.2引脚输出低电平使继电器线圈导通,从而断开供电回路,然后启动显示程序及报警程序，并将相应数据发送至上位机；系统正常运行时液晶模块实时显示漏电流、三相电流及电压。
4 结束语
在对本系统进行的现场实验中，三相电流互感器选用华宇先锋DJ-BW22电流互感器,漏电流互感器采用DJ-LW45电流互感器，并使用MASTERTECH的MS2007B漏电流钳形表进行电流测量，应用实践表明，本系统具有精度高、安全可靠、误报率低、操作维护方便等特点，可满足大型高层建筑电气防火需求。
参考文献
1 GB 5004522005,高层民用建筑设计防火规范[S]. 2005
2 朱达欣等. 一种智能电气火灾监控系统的设计与实现[J]. 微计算机
信息,2008
3 张铁壁,吴并臻.基于CAN总线的智能压力节点的设计[J].仪表技术
与传感器,2004
4 陈尧等. 基于嵌入式Linux的电气火灾报警系统设计[J]. 消防科学
与技术,2010
5 单夫来等. 基于两总线的电气火灾监控系统的设计[J]. 消防技术与
产品信息,2009