吳東波, 沈 杰, 張 丹, 李喜明

(丹東華通測(cè)控有限公司, 遼寧 丹東 118009)

消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

吳東波, 沈 杰, 張 丹, 李喜明

(丹東華通測(cè)控有限公司, 遼寧 丹東 118009)

介紹了消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用。通過(guò)監(jiān)控消防設(shè)備電源的工作狀態(tài),提前發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的消防設(shè)備問(wèn)題,為消防設(shè)備的配電安全提供可靠的保障,能在火災(zāi)情況下為人員疏散和營(yíng)救起到積極作用。

消防電源; 電源監(jiān)控; 電壓/電流傳感器; 監(jiān)控系統(tǒng)

0 引 言

建(構(gòu))筑物的消防安全很大程度上取決于消防設(shè)備,而消防設(shè)備能否正常工作又取決于供電電源的工作狀態(tài)。消防設(shè)備電源有異常或不工作,一旦發(fā)生火災(zāi),將導(dǎo)致消防水泵、防火卷簾門(mén)、排煙風(fēng)機(jī)、消防電梯等設(shè)施不能發(fā)揮作用,火場(chǎng)撲救和人員疏散無(wú)法進(jìn)行,造成嚴(yán)重的后果。

消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控系統(tǒng)是依據(jù)GB 28184—2011《消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)》設(shè)計(jì)的,該系統(tǒng)能夠反映被監(jiān)控設(shè)備電源的狀況,從而有效避免火災(zāi)發(fā)生時(shí)消防設(shè)備由于其供電電源故障而無(wú)法正常工作的危急情況,最大限度地保障消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。

1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

消防設(shè)備電源安全一體化系統(tǒng)組成如圖1所示。消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控系統(tǒng)采用集中式、模塊化設(shè)計(jì),以消防設(shè)備電源的監(jiān)測(cè)為核心,通過(guò)消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控設(shè)備、單/三相(電流/電壓)交/直流監(jiān)控模塊傳感器,以DBUS總線通信技術(shù)采集數(shù)據(jù)為手段,將建筑物內(nèi)受檢測(cè)的消防設(shè)備電源運(yùn)行信息、故障信息、位置參數(shù)等進(jìn)行跟蹤采集、存儲(chǔ)、分析,方便用戶進(jìn)行管理和監(jiān)控,并通過(guò)人機(jī)交互界面,將消防設(shè)備電源的數(shù)據(jù)匯總顯示,具有管理、查看、報(bào)警、打印等多項(xiàng)功能。

(1) 電源故障的建立。電源故障主要有主電故障和備電故障兩種類型。當(dāng)主電斷電或電壓不足時(shí),監(jiān)控設(shè)備發(fā)出故障信號(hào),主電故障指示燈點(diǎn)亮,液晶屏上顯示故障類型及時(shí)間。值班人員應(yīng)檢查主電供電電路及控制裝置內(nèi)部主電熔斷器是否熔斷,當(dāng)主電恢復(fù)正常后,監(jiān)控設(shè)備自動(dòng)復(fù)位。當(dāng)備電電池有電壓不足、電池連接線斷線、電池短路等故障時(shí),備電故障指示燈點(diǎn)亮,液晶屏上顯示故障類型及時(shí)間。值班人員應(yīng)檢查備電電壓和備電熔斷器以及備電回路是否有斷線,故障解除后監(jiān)控設(shè)備自動(dòng)復(fù)位。

圖1 消防設(shè)備電源安全一體化系統(tǒng)組成

(2) 故障報(bào)警的建立。當(dāng)單/三相(電流/電壓)傳感器的通信線、傳感器或傳感器監(jiān)測(cè)的消防電源發(fā)生故障時(shí),監(jiān)控器發(fā)出被監(jiān)測(cè)回路的故障信號(hào),點(diǎn)亮故障指示燈,發(fā)出故障報(bào)警信號(hào),同時(shí)在液晶屏上顯示故障總數(shù)、故障時(shí)間、故障部位及故障類型,并按照設(shè)置決定是否打印故障信息,所有故障部位可查詢,當(dāng)故障解除后故障報(bào)警可自動(dòng)解除。

(3) 聯(lián)動(dòng)輸出的建立。監(jiān)控主機(jī)帶4組聯(lián)動(dòng)繼電器,每個(gè)聯(lián)動(dòng)繼電器的控制均可手動(dòng)、自動(dòng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)繼電器的動(dòng)作和不動(dòng)作?？梢酝ㄟ^(guò)消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控設(shè)備輸入/輸出傳感器來(lái)拓展輸出接口。所有輸出繼電器的容量為DC 30 V/5 A或AC 250 V/5 A。

(4) 網(wǎng)絡(luò)功能的建立。系統(tǒng)自帶二路以太網(wǎng)接口,可與消防控制中心上位機(jī)進(jìn)行信息交互。

(5) 事件記錄功能的建立。消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控系統(tǒng)可記錄最近發(fā)生的10 000條故障報(bào)警事件,事件記錄包括事件發(fā)生時(shí)間、類型等信息,用戶可以通過(guò)液晶屏進(jìn)行事件查詢。

消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)電源需求的多樣性,消防供電又分為直流電源、單相交流電源、三相三線交流電源、三相四線交流電源。因此,消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有能夠檢測(cè)以上電源類型的單/三相(電流/電壓)交/直流監(jiān)控模塊傳感器,并通過(guò)總線通信的方式,將檢測(cè)到的信息傳遞到消防控制室,以便控制室工作人員統(tǒng)一監(jiān)測(cè)并管理。這樣,就構(gòu)成了一個(gè)完整的消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)。

2 監(jiān)控設(shè)備及產(chǎn)品設(shè)計(jì)

2.1 消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控設(shè)備

消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控設(shè)備采用實(shí)時(shí)對(duì)單/三相電源監(jiān)控模塊,采用對(duì)相仿設(shè)備電源進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控,通過(guò)檢測(cè)消防設(shè)備電源的電壓、電流、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等有關(guān)設(shè)備電源信息,從而判斷電源設(shè)備是否有斷路、短路、過(guò)壓、欠壓、缺相、錯(cuò)相以及過(guò)流(過(guò)載)等故障信息,并報(bào)警、記錄監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)具有數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化和連續(xù)監(jiān)控的特性,實(shí)時(shí)反映被監(jiān)控設(shè)備電源的狀況,并集中顯示,從而可以有效避免在火災(zāi)發(fā)生時(shí)消防設(shè)備由于電源故障而無(wú)法正常工作的危急情況,最大限度地保障消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。

消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控設(shè)備內(nèi)部原理框圖如圖3所示。消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控設(shè)備主要由內(nèi)置式消防電源控制設(shè)備電路、主機(jī)硬件、DBUS主站總線通信接口電路和備電電池組成。內(nèi)置式消防電源控制設(shè)備電路主要由主供電電路和備供電電路形成主備電源切換及電源狀態(tài)信號(hào),主供電電路工作的同時(shí)對(duì)備電進(jìn)行充電。當(dāng)電池充滿時(shí),自動(dòng)轉(zhuǎn)換為浮充狀態(tài),抵消電池的自放電,保證電池供電時(shí)的容量。同時(shí),電源自行檢測(cè)主、備供電電路的工作狀態(tài),例如主供電電路欠壓、備供電電路欠壓、備供電電路短路、備供電電路斷路等。

圖2 消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖3 消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控設(shè)備內(nèi)部原理框圖

主機(jī)硬件采用工業(yè)級(jí)10.4英寸LED液晶、 Intel Atom N2600雙核(1.6 GHz)嵌入式低功耗雙核處理器,支持HDD、CF、SSD、M-SATA數(shù)據(jù)接口。該整機(jī)適用于移動(dòng)和震動(dòng)環(huán)境,可連續(xù)24 h不間斷工作,內(nèi)置USB加密狗接口,可大幅提高系統(tǒng)運(yùn)行安全和可靠性。

DBUS主站總線通信接口電路由DBUS總線主站專用通信接口芯片實(shí)現(xiàn),具有可供電、無(wú)極性、兩線制通信機(jī)制,有通信設(shè)備容量大,通信速率高、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、布線方便、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。DBUS總線采用主從方式通信,通信信號(hào)采用DBUS二總線制,實(shí)現(xiàn)信號(hào)載波到DC 24 V線路中。DBUS二總線抗干擾能力強(qiáng),對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工布線更容易、更可靠,減少了線纜施工及維護(hù)成本。同時(shí)與傳感器通過(guò)DBUS總線進(jìn)行信息互交,監(jiān)控設(shè)備循環(huán)對(duì)連接在DBUS總線上的傳感器按地址進(jìn)行巡檢,接收DBUS報(bào)警器的正常、故障信息,并存儲(chǔ)、分析、處理,再進(jìn)行聲光指示。

DBUS單總線通信鏈路組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 DBUS單總線通信鏈路組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

電源狀態(tài)信號(hào)控制器電路由單片機(jī)和繼電器組成,通過(guò)檢測(cè)電源的各種狀態(tài)(如電壓異常、低電壓、過(guò)壓、備電狀態(tài)等),可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)控制以實(shí)現(xiàn)電源狀態(tài)信號(hào)采集和消防設(shè)備故障報(bào)警聯(lián)動(dòng)信號(hào)的輸出,來(lái)防范消防設(shè)備的安全隱患。

2.2 單/三相(電流/電壓)交/直流監(jiān)控模塊傳感器

單/三相(電流/電壓)交/直流監(jiān)控模塊傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單相或三相電量,具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流等報(bào)警功能;提供一路或兩路開(kāi)關(guān)量輸入功能,可監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)狀態(tài);提供一路繼電器輸出,可連接報(bào)警控制回路;具有事件存儲(chǔ)功能,報(bào)警器能夠記錄報(bào)警發(fā)生的時(shí)間、類型、參數(shù),根據(jù)報(bào)警記錄可以分析現(xiàn)場(chǎng)情況,為消除故障提供依據(jù);采用現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù),上位機(jī)管理軟件可以時(shí)刻監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)報(bào)警信息。

DBUS總線的從站專用通信接口芯片具有可供電、無(wú)極性、兩線制通信機(jī)制,標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議可以與各種標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)相連;具有集成度高、網(wǎng)絡(luò)化、智能化程度高、動(dòng)作特性合理等優(yōu)點(diǎn);同時(shí)把故障信息上傳給消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng),以便信息的集中顯示。該監(jiān)控模塊具有數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化和連續(xù)監(jiān)控的特性。

2.2.1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在硬件設(shè)計(jì)上,單/三相(電流/電壓)交直流監(jiān)控模塊傳感器MCU采用DSP數(shù)字處理器,通過(guò)高精度測(cè)量功能14位A/D 轉(zhuǎn)換芯片來(lái)提高采樣速率,實(shí)現(xiàn)消防設(shè)備工作電壓及運(yùn)行電流的快速采樣及多通道同時(shí)采樣,避免因不同采樣造成的計(jì)量誤差。

DBUS兩線制總線通信接口,將供電線與信號(hào)線合二為一,實(shí)現(xiàn)了信號(hào)和供電共用一個(gè)總線,有效降低了線纜的施工成本。

單/三相(電流/電壓)交/直流監(jiān)控模塊傳感器硬件結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 單/三相(電流/電壓)交/直流監(jiān)控模塊傳感器硬件結(jié)構(gòu)

通過(guò)檢測(cè)消防設(shè)備電源的電壓、電流、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等有關(guān)設(shè)備電源信息,從而判斷電源設(shè)備是否有斷路、短路、過(guò)壓、欠壓、缺相、錯(cuò)相以及過(guò)流(過(guò)載)等故障信息并報(bào)警、記錄,同時(shí)把故障信息上傳給消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng),以便信息的集中顯示。

2.2.2 DBUS總線硬件電路原理設(shè)計(jì)

DBUS總線接口電路采用總線取電模式,適用于總線負(fù)荷額定電流1 A的大功率節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。DBUS總線從站電路原理如圖6所示。

圖6中,電阻R5、R6的作用主要是防止節(jié)點(diǎn)用電時(shí)產(chǎn)生較大電流,把總線電壓拉低;省去一個(gè)二極管,總線取電時(shí)可以減小功耗,另外2腳和8腳仍然可以存在負(fù)壓差,解調(diào)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題(功耗變大,上升沿不會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng))。

圖6 DBUS總線從站電路原理

E1、R5、R6的具體選取方法如下:

(1) 假設(shè)節(jié)點(diǎn)的最小工作電壓為U,最大工作電流為I。

在通信狀態(tài)為靜態(tài)時(shí),總線芯片和單片機(jī)電流主要由8腳處提供,工作時(shí)的動(dòng)作電流將由總線提供。該設(shè)計(jì)可以防止在小電流情況下8腳的電壓被“打”起來(lái)而造成解碼錯(cuò)誤,又解決了大電流的情況下功耗較高的問(wèn)題。

2.3 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、保護(hù)和信息上傳等多種功能于一體的實(shí)現(xiàn)

單/三相(電流/電壓)交/直流監(jiān)控模塊傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單相或三相電量,具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流等報(bào)警功能;通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和消防電源設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),實(shí)現(xiàn)消防電源設(shè)備故障的預(yù)報(bào)警功能;并通過(guò)DBUS二總線通信上傳到監(jiān)控主機(jī),監(jiān)控主機(jī)可以判斷電源電壓的狀態(tài),包括過(guò)壓、欠壓、中斷供電等電源狀態(tài),主機(jī)分析處理后指示電源故障類型,并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。上位機(jī)管理軟件可以時(shí)刻監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)報(bào)警信息,并準(zhǔn)確記錄報(bào)警發(fā)生的時(shí)間、類型、參數(shù),根據(jù)報(bào)警記錄可以分析現(xiàn)場(chǎng)情況,為消除電源設(shè)備故障提供依據(jù)。

3 產(chǎn)品應(yīng)用

消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用采用消防電源分層分布式設(shè)計(jì)思想,實(shí)施“3+2”分層分布設(shè)計(jì),主要將消防用電設(shè)備運(yùn)行的各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳向一體化監(jiān)控系統(tǒng)中,有效保障消防設(shè)備電源運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性,對(duì)建筑消防設(shè)施實(shí)施有效監(jiān)管。

消防設(shè)備電源主回路監(jiān)控電路圖如圖7所示。

圖7 消防設(shè)備電源主回路監(jiān)控電路圖

消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控系統(tǒng)在應(yīng)用設(shè)計(jì)上應(yīng)根據(jù)電氣線路敷設(shè)和消防用電設(shè)備具體情況,確定消防設(shè)備電源監(jiān)控模塊傳感器及傳感器的形式與規(guī)格;對(duì)于單體建筑且監(jiān)控點(diǎn)數(shù)小于512 點(diǎn)的系統(tǒng),至少應(yīng)由一臺(tái)消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控設(shè)備及若干臺(tái)電源監(jiān)控模塊傳感器等設(shè)備組成。

消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域如表1所示。

表1 消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

大型建筑或建筑群宜采用分散與集中相結(jié)合的控制方式,即在各消防控制室或有人值班場(chǎng)所應(yīng)用消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控系統(tǒng),將各消防設(shè)備電源狀態(tài)及報(bào)警信息傳回至消防控制中心的上位機(jī),統(tǒng)一管理、監(jiān)測(cè)、顯示信息,形成消防設(shè)備電源一體化安全監(jiān)控。

4 結(jié) 語(yǔ)

一直以來(lái),因消防設(shè)備電源失控造成消防設(shè)備失靈,致使火災(zāi)蔓延的事情屢有發(fā)生。如果沒(méi)有可靠的電源保障,大量的消防設(shè)施在火災(zāi)發(fā)生時(shí)形同虛設(shè)。要確保消防設(shè)備電源的可靠性,就必須重視消防設(shè)備供電安全。消防設(shè)備電源安全一體化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì),通過(guò)監(jiān)控消防設(shè)備電源的工作狀態(tài),提前發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的消防設(shè)備問(wèn)題,屬于“事前報(bào)警,避免損失”,為消防設(shè)備的配電安全提供可靠的保障,能在火災(zāi)情況下為人員疏散和營(yíng)救起到積極作用。

[1] GB 28184—2011 消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)[S].

[2] GB 25506—2010 消防控制室通用技術(shù)要求[S].

[3] 司戈.我國(guó)電氣火災(zāi)形勢(shì)及特點(diǎn)分析[J].建筑電氣,2013,32(10):3-8.

[4] 趙東明,王禹,王鵬.消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置的必要性與應(yīng)用[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2014(1):63-68.

[5] 王磊,姚少軍.消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代建筑電氣,2014,5(6):52-55.

Design of Power Integration Monitoring System of Fire Safety Equipment

WU Dongbo, SHEN Jie, ZHANG Dan, LI Ximing

(Dandong Huatong Measure & Control Co., Ltd., Dandong 118009, China)

This paper introduced the design and application of power integration monitoring system of fire safety equipment.By monitoring the operating state of fire power,the problems of the fire safety equipment can be found in advance,which provides the reliable guarantee for the distribution safety of fire safety equipment.It plays a positive role for evacuation and rescue of people in the fire accident.

fire power; power monitoring; voltage/current sensor; monitoring system

吳東波(1983—),男,工程師,研究方向?yàn)榈蛪号潆姕y(cè)量?jī)x表與自動(dòng)化系統(tǒng)。

TU 852

B

1674-8417(2014)10-0047-06

2014-08-28

沈 杰(1982—),男,研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。

張 丹(1984—),女,研究方向?yàn)殡姎鈨x表技術(shù)研究。

李喜明(1986—),男,研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。