淺析電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計過程

劉甜甜

摘 要：與傳統(tǒng)火災(zāi)自動報警系統(tǒng)不同的是，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)早期報警有效避免火災(zāi)損失。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計是一個復(fù)雜過程，監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原理是能否有效起到或者預(yù)防作用的關(guān)鍵。本文分析了電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原理及其過程。

關(guān)鍵詞：電氣；監(jiān)控；探測器

1 基本原理

其基本原理是，當(dāng)電氣設(shè)備中的電流、溫度等參數(shù)發(fā)生異?；蛲蛔儠r，終端探測頭（如剩余電流互感器、溫度傳感器等）利用電磁場感應(yīng)原理、溫度效應(yīng)的變化對該信息進(jìn)行采集，并輸送到監(jiān)控探測器里，經(jīng)放大A/D轉(zhuǎn)換、CPU對變化的幅值進(jìn)行分析、判斷，并與報警設(shè)定值進(jìn)行比較，一旦超出設(shè)定值則發(fā)出報警信號，同時也輸送到監(jiān)控設(shè)備中，再經(jīng)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)一步識別、判定，當(dāng)確認(rèn)可能會發(fā)生火災(zāi)時，監(jiān)控主機(jī)發(fā)出火災(zāi)報警信號，點亮報警指示燈，發(fā)出報警音響，同時在液晶顯示屏上顯示火災(zāi)報警等信息。值班人員則根據(jù)以上顯示的信息，迅速到事故現(xiàn)場進(jìn)行檢查處理，并將報警信息發(fā)送到集中控制臺。報警告警聲只能人工手動進(jìn)行解除，機(jī)子不能自行解除告警。根據(jù)用戶需求設(shè)計符合需求的報表格式，系統(tǒng)可自動統(tǒng)計、自動生成各種類型的實時運(yùn)行報表、歷史報表、事件故障及告警記錄報表、操作記錄報表等，并可查詢和打印。系統(tǒng)把故障線路地址、故障類型、故障發(fā)生時間和漏電電流及溫度、三相電流及電壓值，以及各種操作試驗信號顯示、存儲并進(jìn)行相應(yīng)的報表分析。以便用戶查詢詳細(xì)的電氣數(shù)據(jù)信息。

2 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的組成

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB14287-2005《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)》以及相關(guān)規(guī)范《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方法》（暫行規(guī)定），則電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成應(yīng)包括：電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器以及測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器等三個最基本產(chǎn)品種類所組成。

1.剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器又由監(jiān)控探測器和剩余電流互感器（分對插式、閉合式兩種）所組成；測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器由監(jiān)控探測器和測溫傳感器所組成。產(chǎn)品應(yīng)適用于無導(dǎo)電粉塵，無腐蝕性，無易燃易爆氣體，無風(fēng)雨侵襲的環(huán)境。

2.剩余電流式電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和現(xiàn)場設(shè)備層組成。各電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器通過屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協(xié)議總線型連接接入通訊服務(wù)器，然后通過五類線TCP/TP協(xié)議進(jìn)入工業(yè)交換機(jī)，然后通過光纜到達(dá)監(jiān)控主機(jī)。

a）現(xiàn)場設(shè)備層主要是連接網(wǎng)絡(luò)中用于電參量采集測量的各類型的儀表和保護(hù)裝置等，也是構(gòu)建該監(jiān)控系統(tǒng)必要的基本組成元素。不僅肩負(fù)著采集數(shù)據(jù)的重任，同時也是執(zhí)行后臺控制命令的終端元件。

b）通訊控制層主要是由通訊服務(wù)器、接口轉(zhuǎn)換器件及總線網(wǎng)絡(luò)等組成。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，不同的接口轉(zhuǎn)換器件提供了RS232、RS422、RS485、SPABUS等及以太網(wǎng)等各種接口，組網(wǎng)方式靈活，支持點對點的通訊、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)等類型的組態(tài)網(wǎng)絡(luò)。通訊服務(wù)器主要用于直接對現(xiàn)場儀器儀表轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)的各種控制命令，并負(fù)責(zé)對現(xiàn)場儀器儀表回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類和存儲等工作，如電壓/電流等電參量、輸入開關(guān)量狀態(tài)、修改儀表內(nèi)部參數(shù)或各種控制繼電器斷開/閉合的操作命令等；微機(jī)保護(hù)裝置主要是為保證上位機(jī)的正常工作，避免網(wǎng)絡(luò)中不穩(wěn)定信號對其造成的干擾或破壞；接口轉(zhuǎn)換器件則是由于現(xiàn)場儀表或其它系列的裝置與上位機(jī)的通訊接口存在差異，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換方可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

3 監(jiān)控探測器的選型

觀察國內(nèi)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的產(chǎn)品市場，其監(jiān)控探測器的結(jié)構(gòu)形式主要有三種類型，即多功能漏電開關(guān)型、分離配置型、分離配置整合型。

1）多功能漏電開關(guān)型

其特點是：監(jiān)控探測器除了自身應(yīng)有的剩余電流探測（或溫度探測）、報警功能外，又?jǐn)U展多項功能，例如：過電流、過電壓、延時送電、防雷、欠壓、組網(wǎng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控以及其它等等功能，匯集在一起。這種類型從外部目測結(jié)構(gòu)為盒裝，從內(nèi)部觀看，則是將含有電源變換電路、信號處理電路、報警電路、顯示電路、通信、聯(lián)動接口等的監(jiān)控探測器與電流互感器、剩余電流互感器、主回路分?jǐn)嚅_關(guān)（100A以下多用磁保持繼電器、100A以上用接觸器或空開――塑殼斷路器）統(tǒng)統(tǒng)地集聚于一體，組成一種多功能式的漏電開關(guān)產(chǎn)品。

該類型產(chǎn)品的優(yōu)點是：保護(hù)功能多，內(nèi)置電流互感器、剩余電流互感器（包括溫度傳感器），接線少，整體度高。而由此產(chǎn)生的缺點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本加大、故障率偏高，特別是信號的監(jiān)控、探測、分析、處理、報警、通信、聯(lián)動接口等電路與ABC三相主電（或單相）回路的間隔距離太近，易遭受強(qiáng)電磁場的干擾，降低產(chǎn)品性能的穩(wěn)定可靠性。其次，其內(nèi)部包含的電源控制開關(guān)（斷路器），是低壓配電系統(tǒng)中的關(guān)鍵配電產(chǎn)品，它必須通過電氣開關(guān)類的電氣產(chǎn)品的3C認(rèn)證。在安裝使用上也不太方便，如新建工程則需要和配電箱（柜）廠家溝通協(xié)商合理組裝，但對改造工程中已經(jīng)成形并使用中的配電箱（柜）則更不適用。

2）分離配置整合型（消防中心一體化監(jiān)控，相對復(fù)雜的火災(zāi)報警系統(tǒng)故障率偏高）分離配置整合型是電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備與電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器（包括終端探測頭）分離配置型的一種特殊類型。它與分離配置型不同的是：其總線直接使用普通火災(zāi)報警系統(tǒng)的二總線，省去集中控制器和上位機(jī)，由火災(zāi)報警控制器整合電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器（包括終端探測頭）探測報警功能后一并控制。

可喜的是，節(jié)減了電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)集中控制器和上位機(jī)以及組網(wǎng)布線，成本下降，消防中心一體化監(jiān)控，界面統(tǒng)一，管理方便。麻煩的是，這樣一來原先的火災(zāi)報警控制系統(tǒng)，還需要重新通過GB14287-2005電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的雙重檢測認(rèn)證，不值得。再說這種組合，相對復(fù)雜的火災(zāi)報警系統(tǒng)故障率偏高，則直接影響著電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性降低，甚至于造成癱瘓。所以，最好還是設(shè)置獨(dú)立的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)分開為宜。

3）分離配置型（今后電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品的主要發(fā)展方向）

此種類型是：電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備與電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器（包括終端探測頭剩余電流互感器、溫度傳感器）分離配置。即通過監(jiān)控探測器（終端探測頭）采樣配電柜（箱）內(nèi)導(dǎo)電母線中的電流和漏電流信號，經(jīng)內(nèi)置單片機(jī)系統(tǒng)分析處理后，應(yīng)用二總線通信約定，上報消防控制室或值班室里的電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備，且進(jìn)一步分析處理后，進(jìn)行所需要聯(lián)動控制，從而完成該系統(tǒng)應(yīng)有的功能。一般只有剩余電流和溫度探測功能。

這種系統(tǒng)分工明確、結(jié)構(gòu)簡單、成本少、故障率偏低，不含電源控制開關(guān)，不串入配電系統(tǒng)，只通過剩余電流互感器（或測溫探頭）取樣信號，性能穩(wěn)定可靠。不足之處是：監(jiān)控設(shè)備與監(jiān)控探測器、監(jiān)控探測器與終端探測頭之間需要敷設(shè)信號線及2芯脫扣控制線。此種類型產(chǎn)品無論是在新工程還是改造工程上使用，都比較方便。

4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布

1、站控管理層

站控管理層針對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的管理人員，是人機(jī)交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的最上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備，如監(jiān)控主機(jī)、顯示器、UPS電源等組成。監(jiān)測系統(tǒng)軟件對現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息計算、分析、處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音、指示燈等方式實時反應(yīng)現(xiàn)場運(yùn)行情況。

a）監(jiān)控主機(jī)：用于數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。為系統(tǒng)內(nèi)或外部提供數(shù)據(jù)接口，進(jìn)行系統(tǒng)管理、維護(hù)和分析工作。

b）UPS：保證計算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的正常供電，在整個系統(tǒng)發(fā)生供電問題時，保證站控管理層設(shè)備的正常運(yùn)行。

2、網(wǎng)絡(luò)通訊層

通訊介質(zhì)：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線，以RS485接口，MODBUS通訊協(xié)議實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備與上位機(jī)的實時通訊。

3、現(xiàn)場設(shè)備層

現(xiàn)場總線連接的分布式I/O控制器構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端，向數(shù)據(jù)中心上傳采集的數(shù)據(jù)。測量儀表擔(dān)負(fù)著最基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，其監(jiān)測的數(shù)據(jù)必須完整、準(zhǔn)確并實時傳送至監(jiān)控主機(jī)。便于運(yùn)行人員監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，故障報警等情況，有效預(yù)防火災(zāi)事故發(fā)生。

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