淺析電氣火災監控系統設計過程

劉甜甜

摘 要：與傳統火災自動報警系統不同的是，電氣火災監控系統早期報警有效避免火災損失。電氣火災監控系統的設計是一個復雜過程，監控系統的設計原理是能否有效起到或者預防作用的關鍵。本文分析了電氣火災監控系統的設計原理及其過程。

關鍵詞：電氣；監控；探測器

1 基本原理

其基本原理是，當電氣設備中的電流、溫度等參數發生異?；蛲蛔儠r，終端探測頭（如剩余電流互感器、溫度傳感器等）利用電磁場感應原理、溫度效應的變化對該信息進行采集，并輸送到監控探測器里，經放大A/D轉換、CPU對變化的幅值進行分析、判斷，并與報警設定值進行比較，一旦超出設定值則發出報警信號，同時也輸送到監控設備中，再經監控設備進一步識別、判定，當確認可能會發生火災時，監控主機發出火災報警信號，點亮報警指示燈，發出報警音響，同時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，迅速到事故現場進行檢查處理，并將報警信息發送到集中控制臺。報警告警聲只能人工手動進行解除，機子不能自行解除告警。根據用戶需求設計符合需求的報表格式，系統可自動統計、自動生成各種類型的實時運行報表、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。系統把故障線路地址、故障類型、故障發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、存儲并進行相應的報表分析。以便用戶查詢詳細的電氣數據信息。

2 電氣火災監控系統的組成

根據國家標準GB14287-2005《電氣火災監控系統》以及相關規范《電氣火災監控系統的設計方法》（暫行規定），則電氣火災監控系統的基本組成應包括：電氣火災監控設備、剩余電流式電氣火災監控探測器以及測溫式電氣火災監控探測器等三個最基本產品種類所組成。

1.剩余電流式電氣火災監控探測器又由監控探測器和剩余電流互感器（分對插式、閉合式兩種）所組成；測溫式電氣火災監控探測器由監控探測器和測溫傳感器所組成。產品應適用于無導電粉塵，無腐蝕性，無易燃易爆氣體，無風雨侵襲的環境。

2.剩余電流式電氣火災監控系統采用分層分布式結構，由站控管理層、網絡通訊層和現場設備層組成。各電氣火災監控探測器通過屏蔽雙絞線RS485接口，采用MODBUS通訊協議總線型連接接入通訊服務器，然后通過五類線TCP/TP協議進入工業交換機，然后通過光纜到達監控主機。

a）現場設備層主要是連接網絡中用于電參量采集測量的各類型的儀表和保護裝置等，也是構建該監控系統必要的基本組成元素。不僅肩負著采集數據的重任，同時也是執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器、接口轉換器件及總線網絡等組成。該層是數據信息交換的橋梁，不同的接口轉換器件提供了RS232、RS422、RS485、SPABUS等及以太網等各種接口，組網方式靈活，支持點對點的通訊、現場總線網絡、以太網等類型的組態網絡。通訊服務器主要用于直接對現場儀器儀表轉達上位機的各種控制命令，并負責對現場儀器儀表回送的數據信息進行采集、分類和存儲等工作，如電壓/電流等電參量、輸入開關量狀態、修改儀表內部參數或各種控制繼電器斷開/閉合的操作命令等；微機保護裝置主要是為保證上位機的正常工作，避免網絡中不穩定信號對其造成的干擾或破壞；接口轉換器件則是由于現場儀表或其它系列的裝置與上位機的通訊接口存在差異，需要進行轉換方可進行數據交換。

3 監控探測器的選型

觀察國內電氣火災監控系統的產品市場，其監控探測器的結構形式主要有三種類型，即多功能漏電開關型、分離配置型、分離配置整合型。

1）多功能漏電開關型

其特點是：監控探測器除了自身應有的剩余電流探測（或溫度探測）、報警功能外，又擴展多項功能，例如：過電流、過電壓、延時送電、防雷、欠壓、組網實現遠程集中監控以及其它等等功能，匯集在一起。這種類型從外部目測結構為盒裝，從內部觀看，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、聯動接口等的監控探測器與電流互感器、剩余電流互感器、主回路分斷開關（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）統統地集聚于一體，組成一種多功能式的漏電開關產品。

該類型產品的優點是：保護功能多，內置電流互感器、剩余電流互感器（包括溫度傳感器），接線少，整體度高。而由此產生的缺點是：結構復雜、成本加大、故障率偏高，特別是信號的監控、探測、分析、處理、報警、通信、聯動接口等電路與ABC三相主電（或單相）回路的間隔距離太近，易遭受強電磁場的干擾，降低產品性能的穩定可靠性。其次，其內部包含的電源控制開關（斷路器），是低壓配電系統中的關鍵配電產品，它必須通過電氣開關類的電氣產品的3C認證。在安裝使用上也不太方便，如新建工程則需要和配電箱（柜）廠家溝通協商合理組裝，但對改造工程中已經成形并使用中的配電箱（柜）則更不適用。

2）分離配置整合型（消防中心一體化監控，相對復雜的火災報警系統故障率偏高）分離配置整合型是電氣火災監控設備與電氣火災監控探測器（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報警系統的二總線，省去集中控制器和上位機，由火災報警控制器整合電氣火災監控探測器（包括終端探測頭）探測報警功能后一并控制。

可喜的是，節減了電氣火災監控系統集中控制器和上位機以及組網布線，成本下降，消防中心一體化監控，界面統一，管理方便。麻煩的是，這樣一來原先的火災報警控制系統，還需要重新通過GB14287-2005電氣火災監控系統的雙重檢測認證，不值得。再說這種組合，相對復雜的火災報警系統故障率偏高，則直接影響著電氣火災監控系統，使得系統的穩定可靠性降低，甚至于造成癱瘓。所以，最好還是設置獨立的電氣火災監控系統，與傳統的火災自動報警系統分開為宜。

3）分離配置型（今后電氣火災監控系統產品的主要發展方向）

此種類型是：電氣火災監控設備與電氣火災監控探測器（包括終端探測頭剩余電流互感器、溫度傳感器）分離配置。即通過監控探測器（終端探測頭）采樣配電柜（箱）內導電母線中的電流和漏電流信號，經內置單片機系統分析處理后，應用二總線通信約定，上報消防控制室或值班室里的電氣火災監控設備，且進一步分析處理后，進行所需要聯動控制，從而完成該系統應有的功能。一般只有剩余電流和溫度探測功能。

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

4 系統結構分布

1、站控管理層

站控管理層針對電氣火災監控系統的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統的最上層部分。主要由系統軟件和必要的硬件設備，如監控主機、顯示器、UPS電源等組成。監測系統軟件對現場各類數據信息計算、分析、處理，并以圖形、數顯、聲音、指示燈等方式實時反應現場運行情況。

a）監控主機：用于數據采集、處理和數據轉發。為系統內或外部提供數據接口，進行系統管理、維護和分析工作。

b）UPS：保證計算機監測系統的正常供電，在整個系統發生供電問題時，保證站控管理層設備的正常運行。

2、網絡通訊層

通訊介質：系統主要采用屏蔽雙絞線，以RS485接口，MODBUS通訊協議實現現場設備與上位機的實時通訊。

3、現場設備層

現場總線連接的分布式I/O控制器構成數據采集終端，向數據中心上傳采集的數據。測量儀表擔負著最基層的數據采集任務，其監測的數據必須完整、準確并實時傳送至監控主機。便于運行人員監控現場設備運行狀態，故障報警等情況，有效預防火災事故發生。

參考文獻

[1]劉亮.電氣火災遠程監控系統通信網絡的研究[D].武漢理工大學，2010.

[2]王建剛，杜玉龍.電氣火災監控系統的功能可靠性分析[J].消防科學與技術，2009：28（4）