基于二總線技術(shù)的剩余電流火災(zāi)探測器

張曉旭 楊曉妍

（丹東華通測控有限公司，遼寧 丹東 118009）

0 引言

隨著社會的發(fā)展,用電設(shè)備和用電量激增,由此引發(fā)的電氣火災(zāi)在各類火災(zāi)中所占的比例越來越高,造成的損失也越來越嚴(yán)重,而預(yù)防電氣火災(zāi)最有效的方法就是安裝電氣火災(zāi)探測器。智能型剩余電流式火災(zāi)探測器由主控制機(jī)和下位機(jī)剩余電流采集器與溫度采集器組成，當(dāng)被保護(hù)線路中的剩余電流互感器探測到的剩余電流超過電氣火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警器的預(yù)設(shè)定值或溫度傳感器探測到的溫度超出預(yù)設(shè)定值時(shí)，電氣火災(zāi)監(jiān)控器的報(bào)警器經(jīng)分析、確認(rèn)后發(fā)出聲光報(bào)警信號和控制信號。通信采用二總線方式將供電線與信號線合二為一，節(jié)省了施工和線纜成本，給現(xiàn)場施工和后期維護(hù)帶來了極大的便利。

1 火災(zāi)探測器的實(shí)施方案

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，特點(diǎn)在于漏電監(jiān)控方面屬于先期預(yù)報(bào)警系統(tǒng)。與傳統(tǒng)火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)不同的是，電氣火災(zāi)探測器早期報(bào)警是為了避免損失，而傳統(tǒng)火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)是為了減少損失。所以，這就是說為什么不管是新建或是改建工程項(xiàng)目，尤其是已經(jīng)安裝了火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的單位，仍需要安裝電氣火災(zāi)探測器的根本原因。

本設(shè)計(jì)方法適用于采用剩余電流式和測溫式電氣火災(zāi)探測電氣火災(zāi)的報(bào)警系統(tǒng)，保護(hù)線路中的剩余電流互感器探測到的剩余電流超過電氣火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警器的預(yù)設(shè)定值或溫度傳感器探測到的溫度超出預(yù)設(shè)定值時(shí)，電氣火災(zāi)監(jiān)控器的報(bào)警器經(jīng)分析、確認(rèn)后發(fā)出聲光報(bào)警信號和控制信號。監(jiān)控報(bào)警器能顯示報(bào)警線路、泄漏電流大小，傳感器溫度等。通信采用二總線方式將供電線與信號線合二為一，實(shí)現(xiàn)了信號和供電共用一個總線的技術(shù)。二總線節(jié)省線纜成本，給現(xiàn)場施工和后期維護(hù)帶來了極大的便利。

采用了主控制器、下位機(jī)采集器和微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成集散監(jiān)控方案，充分考慮了大、中、小不同客戶的需求。下位機(jī)采集器能夠獨(dú)立工作，監(jiān)控單個測點(diǎn)；主控制器能夠?qū)崿F(xiàn)至多128個下位機(jī)采集器的分級管理，構(gòu)成多級智能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域選擇性保護(hù)并具有存儲、顯示和打印功能；微型計(jì)算機(jī)能夠監(jiān)控多個主控制器（數(shù)據(jù)集中器），操作方便，具有友好的顯示界面。采用二總線通訊技術(shù)，快速自檢，不斷地對所有的下位機(jī)采集器、系統(tǒng)布線以及主控制器本身進(jìn)行故障檢測，提高了系統(tǒng)的可靠性。具有很好的擴(kuò)散性，可以和火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程切斷火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)的負(fù)載和電源。

2 二總線電氣火災(zāi)的可行性

2.1 二總線技術(shù)介紹

二總線可供現(xiàn)場設(shè)備供電。無需再布設(shè)電源線。抗干擾能力更強(qiáng)二總線抗干擾能力強(qiáng)，對現(xiàn)場施工布線更容易，更可靠，也更節(jié)省人工和施工費(fèi)用。通訊距離遠(yuǎn)二總線通訊距離可以達(dá)到1000米（可靠值）甚至3000米無需中繼器。無極性接線在一個區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中幾百點(diǎn)子站應(yīng)用中，一旦接反其中一點(diǎn)子站，檢查起來極為費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而二總線接線無極性，不會產(chǎn)生此類問題。

2.2 二總線電氣火災(zāi)探測器的構(gòu)成

由于電氣火災(zāi)探測器的監(jiān)控多，監(jiān)控距離遠(yuǎn)，對數(shù)據(jù)的安全性與準(zhǔn)確性有特殊的要求，故采用可靠性和性價(jià)比較高的二總線現(xiàn)場總線，并以總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接。保證系統(tǒng)可靠工作和降低成本的條件下，二總線的分散型控制系統(tǒng)具有通用性、實(shí)時(shí)性和可擴(kuò)展等特點(diǎn)，據(jù)此，系統(tǒng)主要有主機(jī)和若干個下位機(jī)采集器構(gòu)成二總線通信。

本電氣火災(zāi)探測器是以基于支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16位dsPIC30F4013微控器核心，采用二總線把主控制器、下位機(jī)采集器進(jìn)行通信，該系統(tǒng)由單片機(jī)對電壓值、電流值、剩余電流、電纜溫度、環(huán)境溫度等被測參量進(jìn)行多路數(shù)據(jù)采集監(jiān)控。下位機(jī)位于現(xiàn)場各個配電柜、配電箱內(nèi)，對被檢測對被測參量。主機(jī)控制器防止消防控制中心，通過1.5平方的電纜二總線將各下位機(jī)采集的數(shù)據(jù)收集起來。下位機(jī)完成信號采集后，通過與報(bào)警設(shè)定值比較判斷相應(yīng)的線路狀態(tài)，在產(chǎn)生報(bào)警后控制相應(yīng)脫扣輸出節(jié)點(diǎn)，使相應(yīng)線路斷開，將各線路狀態(tài)及數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)控制器，并且實(shí)時(shí)顯示被控線路的各種運(yùn)行狀態(tài)及數(shù)據(jù)通過RS485總線給電腦服務(wù)器，及時(shí)而且準(zhǔn)確地記錄下被監(jiān)控線路的故障原因、故障地址、故障時(shí)間等數(shù)據(jù)。

3 二總線主控制器通信原理

TC100B為主控制通訊接口，靜態(tài)功耗典型值小于1mA，工作電壓：12V～36V；自帶內(nèi)部穩(wěn)壓輸出：+5V，10mA；下行發(fā)碼滿幅電壓調(diào)制，上行收碼電流環(huán)解調(diào)，抗干擾能力強(qiáng)；最多掛接252個節(jié)點(diǎn)設(shè)備；通訊距離1200m，上行通訊速率達(dá)19200bps，下行通訊速率可9600bps；半雙工通訊。

當(dāng)TR/引腳低電平時(shí)，芯片處于發(fā)送狀態(tài)，收發(fā)控制電路打開發(fā)送調(diào)制電路、輸出驅(qū)動電路，同時(shí)關(guān)閉接收解調(diào)電路。系統(tǒng)空閑時(shí)應(yīng)將該管腳置于發(fā)送狀態(tài)，并且TXD發(fā)送高電平使總線保持供電狀態(tài)。當(dāng)TR/引腳高電平時(shí)，芯片處于接收狀態(tài)，收發(fā)控制電路打開接收解調(diào)電路，同時(shí)關(guān)閉發(fā)送調(diào)制電路及輸出驅(qū)動電路，TC100B發(fā)送接收邏輯。總線信號接收電路由REVIN引腳輸入，解調(diào)后由RXD引腳輸出TTL信號經(jīng)過光耦隔離電路給主站dsPIC30F4013。總線發(fā)送電路有效的完成異步信號發(fā)送功能，dsPIC30F4013的TTL信號經(jīng)過光耦隔離電路后由TXD引腳輸入芯片，在總線上形成調(diào)制信號。當(dāng)TXD發(fā)送高電平時(shí)，由BUSH驅(qū)動VT1在總線上輸出高電平；當(dāng)TXD發(fā)送低電平時(shí)，由BUSL驅(qū)動VT2在總線上輸出低電平。

4 二總線下位機(jī)采集器原理

TC001B芯片實(shí)現(xiàn)下位機(jī)采集通訊接口功能。靜態(tài)功耗典型值小于100uA；工作電壓范圍寬：7V～36V；自帶內(nèi)部可選穩(wěn)壓輸出：+5V或+3.3V；上行發(fā)碼電流環(huán)調(diào)制，下行收碼滿幅電壓解調(diào)，抗干擾能力強(qiáng)；通訊距離1200m，上行通訊速率可達(dá)19200bps，下行通訊速率9600bps；采用半雙工通訊。

TC001B具有完成數(shù)字通訊的調(diào)制解調(diào)、收發(fā)沖突控制、低功耗線性穩(wěn)壓功能。總線信號直接輸入芯片，芯片RXD、TXD信號可直接輸入單片機(jī)或通過光耦與單片機(jī)對接。總線信號接收電路由SIN引腳輸入，解調(diào)后由RXD引腳輸出TTL信號給從站dsPIC30F4013。總線發(fā)送電路完成異步信號發(fā)送功能，dsPIC30F4013的TTL信號由TXD引腳輸入芯片，在總線上形成調(diào)制信號。

5 結(jié)束語

火災(zāi)探測器能探測剩余電流，并在該剩余電流達(dá)到設(shè)定值時(shí)輸出一個報(bào)警信號。火災(zāi)探測器采用二總線通信，二總線是一種可供電、無極性、兩線制通信機(jī)制，具有通訊設(shè)備容量大，通訊速率高，設(shè)計(jì)簡單，布線方便，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。二總線采用主從方式通訊，TC100B芯片實(shí)現(xiàn)主站的通訊接口功能，TC001B芯片實(shí)現(xiàn)從站的通訊接口功能，這種方式將供電線與信號線合二為一，節(jié)省了線纜成本，給現(xiàn)場施工和后期維護(hù)帶來極大的便利。

［1］高金玉.基于CAN總線控制的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)[D].山東大學(xué),2011.

［2］李公臣.基于CAN總線的電氣火災(zāi)監(jiān)控儀表的開[D].山東大學(xué),2011.