淺談電氣火災監控探測器的設計與應用

摘 要  

    通過(guò)對目前市場(chǎng)產(chǎn)品發(fā)展及應用需求的討論，介紹了一種針對家庭式小單元安全使用與控制電能而設計的一種具有綜合保護、小型化、經(jīng)濟型的家用式終端型電氣火災監控產(chǎn)品—ARCM系列電氣火災監控探測器。

0  引 言

    電氣火災監控探測器是作為一種預防電氣火災發(fā)生的保護類(lèi)產(chǎn)品被納入消防產(chǎn)品類(lèi)別。該類(lèi)產(chǎn)品經(jīng)過(guò)近十年的發(fā)展與市 場(chǎng)考驗得到了進(jìn)一步充實(shí)與發(fā)展，如今電氣火災監控系統涵蓋六類(lèi)探測器產(chǎn)品及其系統組網(wǎng)平臺即電氣火災監控設備組成（如圖1所示），同類(lèi)該產(chǎn)品被正式公告列入第二批實(shí)施強制性產(chǎn)品認證的消防類(lèi)產(chǎn)品，將于2013年1月1日起納入國家3C認證產(chǎn)品目錄，可以預見(jiàn)這將為規范此類(lèi)產(chǎn)品質(zhì)量及市場(chǎng)發(fā)揮積極作用。

圖1 電氣火災監控系統組成

    任何產(chǎn)品的發(fā)展源于市場(chǎng)價(jià)值的推動(dòng)，電氣火災監控系統主要以電子及軟件技術(shù)為基礎，作為軟件電子產(chǎn)品具備快速升級的應用優(yōu)勢，伴隨著(zhù)電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及軟件開(kāi)發(fā)人員技術(shù)水平的不斷提升，使得產(chǎn)品功能越來(lái)越強大，應用價(jià)值更高。當前我國家用電器保護產(chǎn)品主要以漏電、過(guò)載、短路保護功能為主。電氣保護型產(chǎn)品結合電子技術(shù)研發(fā)具備小型化、綜合功能特性將是未來(lái)電子電器（機電一體化）產(chǎn)品的發(fā)展趨勢，該類(lèi)產(chǎn)品即符合“改造傳統產(chǎn)業(yè)—電力系統信息化與自動(dòng)化技術(shù)—采樣數字化、信息化技術(shù)，提高設備性能及自動(dòng)化水平的技術(shù)”范疇。

1  ARCM系列電氣火災監控探測器

1.1 功能特點(diǎn)

    ARCM系列電氣火災監控探測器主要用于各區域內信號的采集及處理，具有本地數據顯示、參數整定和聲光報警等功能，與AKH-0.66L系列剩余電流互感器配合使用。其接收到AKH-0.66L檢測到的監測回路中的剩余電流信號后，實(shí)時(shí)處理并通過(guò)標準的MODBUS通信協(xié)議上傳至Acrel-6000監控主機。ARCM系列監控探測器功能齊全：有單獨剩余電流監測功能的監控探測器（可選1～8路）；有多種功能組合的監控探測器，可實(shí)現剩余電流、溫度、電流和電壓功能的多種組合；也有高度集成了火災監控、配電監測、電能計量三大功能于一體，并通過(guò)兩路獨立的通信端口分別為電氣火災監控系統及配電監控系統提供可靠的實(shí)時(shí)數據，減少了探測器終端數量，為用戶(hù)節省了投資，并且相同功能的監控探測器具有多種不同安裝形式，滿(mǎn)足各類(lèi)不同項目的應用。

1.2 結構方案

    ARCM系列電氣火災監控探測器（如圖2所示）在實(shí)際使用中通常是將電氣火災監控探測器連接斷路器作為執行機構形式（如圖3所示）。

圖2 ARCM系列電氣火災監控探測器

圖3 電氣火災監控裝置接線(xiàn)示意

1.3 硬件設計

    系統結構圖（如圖4所示），該設計方案的電氣火災監控探測器的功能有：LCD液晶顯示、故障自動(dòng)巡檢、漏電檢測、電流檢測、電壓檢測、聲光自檢、數據可編程、實(shí)時(shí)通訊、故障記錄和查詢(xún)。外部數據采樣、顯示、控制和電源等硬件電路采用模塊型隔離設計方式，保證了信號的抗干擾性。

    系統功能如圖4所示，分別有電參量采集模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和掉電存儲模塊、按鍵模塊、顯示模塊、聲光報警模塊、輸出與輸入模塊和電源模塊等等。

圖4 系統結構框圖

1.4 軟件設計

    程序功能設計：軟件流程圖（如圖5、圖6和圖7所示），該系統軟件主要分成三部分，*部分為主程序部分（如圖5所示），主要負責調用相關(guān)功能子程序。第二部分為保護監控子程序（如圖6所示），主要實(shí)現相應的保護和監控功能。第三部分為顯示子程序（如圖7所示），主要實(shí)現相應的顯示功能。

    系統在正常上電后，預先對正常開(kāi)機的初始條件進(jìn)行判斷，在初始化過(guò)程中，讀取相關(guān)監控量數據，系統開(kāi)始進(jìn)行數據采集，通過(guò)濾波處理后，對監控采集的數據進(jìn)行相應的計算處理，將監控量的數據與用戶(hù)設置的數值進(jìn)行比較判斷，當監測數據達到設定報警條件，系統執行報警動(dòng)作（報警動(dòng)作的方式仍為用戶(hù)事先設置的數值）。

圖5 軟件流程圖1

圖6 軟件流程圖2

圖7 軟件流程圖3

2  電氣火災監控系統的組成及工作原理

2.1 電氣火災監控系統的含義

    電氣火災監控系統是指當被保護線(xiàn)路中的被探測參數超過(guò)報警設定值時(shí)，能發(fā)出報警信號、控制信號并能指示報警部位的系統。

2.2 電氣火災監控系統的基本組成

    Acrel-6000電氣火災監控系統由AKH-0.66L系列剩余電流互感器、ARCM-NTC溫度傳感器、ARCM系列監控探測器和Acrel-6000系列監控設備等構成。系統各設備之間均采用總線(xiàn)（雙絞線(xiàn)）進(jìn)行連接，施工布線(xiàn)簡(jiǎn)單方便。

    本文主要討論剩余電流式電氣火災監控系統，也稱(chēng)漏電火災報警系統。它由Acrel-6000系列監控設備、ARCM系列監控探測器和AKH-0.66L系列剩余電流互感器等構成（如圖8所示）。

圖8 Acrel-6000/B（壁掛式）電氣火災監控系統

2.3 剩余電流式電氣火災監控系統的工作原理

    一個(gè)電氣系統的輸入、輸出端電流值，當無(wú)任何損失時(shí)，其流入及流出的相量和為零，也就是無(wú)剩余電流；如果這個(gè)電氣系統有電流泄漏，這個(gè)系統的電流相量和就不為零，對外有了泄漏電流，系統中便產(chǎn)生了剩余電流。剩余電流是由AKH-0.66L系列剩余電流互感器檢測出的，AKH-0.66L系列剩余電流互感器將信息傳送到ARCM系列監控探測器里，經(jīng)放大、A/D轉換、CPU對變化的幅值進(jìn)行分析、判斷，并與報警設定值進(jìn)行比較，一旦超出設定值則發(fā)出報警信號，同時(shí)也傳送到Acrel-6000系列監控設備中，再經(jīng)監控設備進(jìn)一步識別、判定，當確認可能會(huì )發(fā)生火災時(shí)，監控設備發(fā)出火災報警信號，點(diǎn)亮報警指示燈，發(fā)出報警聲響，同時(shí)在液晶顯示屏上顯示火災報警等信息。值班人員則根據以上顯示的信息，迅速到事故現場(chǎng)進(jìn)行檢查處理，并將報警信息發(fā)送到集中控制臺。

3　主要表計功能及選型方案

    主要表計功能及選型方案如圖9所示。

圖9 主要表計功能及選型方案

4  結 語(yǔ)

    隨著(zhù)我國智能電網(wǎng)的發(fā)展，如今保護預防性電氣火災監控產(chǎn)品也將不僅僅應用在高層樓宇設計之中，它必將融入家用電氣安防領(lǐng)域。本文研究的ARCM系列電氣火災監控探測器，以民用電氣安全為設計出發(fā)點(diǎn)，在保證軟件穩定性前提下，除檢測電路外，盡量簡(jiǎn)化電路，達到功能與成本優(yōu)化設計，去除了電氣火災監控產(chǎn)品價(jià)格昂貴的劣勢。此外，該系統設有通訊功能，應用上位機軟件，可對多個(gè)火災探測器進(jìn)行組網(wǎng)，為電氣火災監控系統普及到家庭提供了可能。

參考文獻

[1] DB34/T855-2008,《電氣火災監控系統設計、施工及驗收規范》

[2] 安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品選型手冊2013.1版.