CN102974064B - 气体灭火系统瓶组的灭火剂气体压力网络监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气体灭火系统瓶组的灭火剂气体压力网络监控系统，包括气体灭火系统瓶组本地模块，网络传输模块和远端监测模块，所述气体灭火系统瓶组本地模块通过所述网络传输模块连接所述远端监测模块。该设计对所有气体灭火系统的每个瓶组实现远程（通过互联网）监控、报警并可通过设置查询故障单位名称、地址，并具有地理位置引导功能的智能化网络监控报警系统；该项目压力低于规定值自动报警，实现通过互联网远程监控报警。气体灭火系统瓶组压力网络监控系统的开发及应用就能很好的满足人们对消防系统的要求。
Description
技术领域
本发明是涉及气体灭火系统（包括以冲压气体为输送介质的所有灭火装置及气体）瓶组的灭火剂气体压力网络监控系统。
背景技术
气体灭火系统能扑救电气火灾、固体、液体火灾及灭火前能切断气源的气体火灾，尤其适合带电的昂贵设备场所和不得有水渍损失的场所；广泛应用于工业和民用建筑内的计算机房、通讯机房、中央控制室、贵重物品室、银行凭证库、档案室、图书馆、博物馆、配变电室、发电机房，及铁路、地铁、隧道、机场的安全、信号控制室等；气体灭火系统由探测、报警的控制系统和灭火剂贮存瓶组、管网输送的灭火设备两大部分组成，灭火设备部分灭火剂贮存瓶组压力（二氧化碳气体灭火系统为重量）是气体灭火系统关键。根据GB25972-2010《气体灭火系统及部件》和GB16668-2010《干粉灭火系统及部件通用技术条件》国家标准规定，每个瓶组必须有检漏装置（压力显示器或称重装置），用以检查贮存压力（推动灭火到防护区）及灭火剂泄漏量，当贮存压力低于最低工作压力或灭火剂重量减少5%时，应及时加以补充，才能确保灭火系统有效灭火；目前国内对装压力显示器的灭火剂瓶组只能定期人工逐个检查，不能及时发现超出泄漏量的瓶组，尤其是启动瓶组的贮存压力，因泄漏造成压力减少、低于最低值，有可能造成灭火剂瓶组不启动或部分不启动，不能扑灭防护区的火灾，而造成重大损失；这是行业内急需解决的技术问题。
随着经济的发展，需防火保护的高端场所不断增加，对灭火系统的可靠性、安全要求越来越高，要求对灭火设备的故障及时报警，及时得到排除，确保灭火设备安全可靠运行。我公司确定研发的气体灭火系统瓶组压力（重量）网络监控系统，对每个灭火系统，每个灭火器瓶组当压力或重量损失达到规定最低值时及时报警（在用户单位）和远程监控报警，第一时间信号传送到设备制造商或维护保养单位，及时采取措施、排除故障。国内气休灭火系统瓶组灭火剂泄漏量和压力损失大多采用压力表，规定最低使用压力和最高使用压力压力区间为绿区，为允许范围，低于最低压力，需补充灭火剂或充压气体（氮气），压力检查需人工定期检查，不能及时发现问题，且目前大多采用开关式压力检查机构，平时压力表无显示，检查时打开开关，压力表显示压力，检查完关闭开关，再放掉压力表内气压使压力表回零，检查费时费力。国外产品多数压力表直接显示，国外著名消防企业美国泰科（TYCO）消防公司的七氟丙烷（FM-200）气体灭火系统的瓶组除用压力显示器外，还装有压力监控开关，对瓶组压力损失到最低值，可以向FAS系统传输干节点信号，无远程监控报警技术。
发明内容
针对上述技术缺陷，本发明提出气体灭火系统瓶组的灭火剂气体压力网络监控系统。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
气体灭火系统瓶组的灭火剂气体压力网络监控系统，包括气体灭火系统瓶组本地模块，网络传输模块和远端监测模块，所述气体灭火系统瓶组本地模块通过所述网络传输模块连接所述远端监测模块。
进一步的，所述气体灭火系统瓶组本地模块包括数据处理单片机、传感器和RS485总线驱动芯片；所述传感器的信号输出经过光电耦合器、信号整形滤波芯片、电阻组与所述数据处理单片机的输入端相连；所述数据处理单片机经过反向器、三极管、继电器与触发器的输入端相连；5V变压芯片分别与数据处理单片机电压输入端、灭火器瓶组信号电压输入端，反向器的电压输入端、信号整形滤波芯片的电压输入端、光电耦合器的电压输入端、继电器的电压输入端、三极管的电压输入端和RS485总线驱动芯片的电压输入端相连；RS485总线驱动芯片的第一端口与数据处理单片机的通讯串口相连，RS485总线驱动芯片的第二端口通过RS485总线接口与RS485总线相连,数据处理单片机通过I2C总线与时钟芯片相连，3.3V变压芯片给时钟芯片供电，数据处理单片机留有第一程序调试接口与外部连接。
进一步的，RS485总线驱动芯片的第三端口还与显示模块单片机的通讯串口相连,所述显示模块单片机分别与键盘处理模块、21针排线中的第5~17针及第21针相连，显示模块单片机通过电阻、三极管、继电器与触发器的输入端相连；显示模块单片机留有第二程序调试接口与外部连接。
进一步的，所述网络传输模块包括RS485总线接口、以太网串口转换模块；RS485总线第一端接到RS485总线接口，第二端接到以太网串口转换模块的第一端，RS485总线协议经过以太网串口转换模块被转换为TCP/IP格式协议，并通过以太网传输到远端监测模块。
进一步的，输入+24V电源的一支接入5V变压芯片，将24V的电压变为5V的直流电源输出，输出的5V电源进入到由电解电容C1、C2、整流二极管D1、电感H1、磁珠电感L1、电容C3、C4构成的滤波和整形电路进行滤波和整形处理,整形和滤波后的5V电源为工作电源，输入+24V电源的另一支接入3.3V变压芯片，将24V的电压变为3.3V的直流电源输出，输出的3.3V电源进入到由电解电容C5、C6、整流二极管D2、电感H2、磁珠电感L2、电容C7、C8构成的滤波和整形电路进行滤波和整形处理,提供3.3V的工作电源。
进一步的，灭火器瓶状态改变时，接通电源，经过由电阻R11，R6分压后接入到光电耦合器芯片的输入端，对采集到的信号进行光电隔离，隔离后的信号经过由电阻R36，输入到信号整形滤波芯片芯片对信号进行整形处理后，信号经过电阻组后，接入到数据处理单片机。
本发明的有益效果在于：该设计对所有气体灭火系统的每个瓶组实现远程（通过互联网）监控、报警并可通过设置查询故障单位名称、地址，并具有地理位置引导功能的智能化网络监控报警系统；该项目压力低于规定值自动报警，实现通过互联网远程监控报警。气体灭火系统瓶组压力网络监控系统的开发及应用就能很好的满足人们对消防系统的要求。因此，气体灭火系统瓶组压力网络监控系统的开发及应用的市场前景非常好。
附图说明
图1为气体灭火系统压力网络监测系统示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明实施例电源模块的电路图；
图4为本发明实施例监控主模块I2C串行总线通讯电路模块的电路图；
图5为本发明实施例为灭火器瓶组电路模块的电路图；
图6为本发明实施例为灭火器瓶组状态信号采集电路；
图7为本发明实施例为主模块的通讯电路模块；
图8为本发明实施例为主模块与扩张模块的通信电路模块
图9为本发明实施例为扩展模块的通信电路模块；
图10为本发明实施例为以太网转换器模块；
图11为本发明实施例为显示和键盘处理模块；
图12为本发明实施例显示模块开机界面；
图13为本发明实施例监测功能界面；
图14为本发明实施例参数设置界面；
图15为本发明实施例节点模块的硬件结构示意图；
图16为本发明实施例远端软件监控的界面。
附图标记说明:
面向灭火瓶组网络监控系统其特征包括分析与处理主模块a,键盘显示处理模块b、扩展模块c和以太网通信模块d组成。
1、主模块数据处理单片机C8051F021；2、灭火器瓶组信号3、光电耦合器；4、信号整形滤波芯片；5、反向器；6、三极管；7、继电器；8、电池；9、实时时钟DS1302；10、+24V输入接口；11、电源保护；12、+5V稳压电源；13、RS485通信接口；14、IS762通信接口；15、RS485总线；
16、RS485转换芯片；17、LPC2138处理器；18、按键阵列；19、报警输出；20、液晶显示屏；21、3.3V稳压模块；22、保护芯片；23、DC24V输入接口；24、JTAG调试接口；
25、第二路RS485总线；26、RS485驱动芯片；27、电源稳压芯片；28、STC11XE060处理器；29、传感器输入接口；30、联动输出接口；
31、RS485通信接口芯片；32、以太网模块；33、DC24输入接口；34、+3.3V稳压芯片。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
整体的系统方案设计
气体灭火瓶网络监控系统主要由三部分组成：气体灭火系统瓶组本地模块，网络传输和远端监测三个部分，如图1所示。
气体灭火系统瓶组本地模块由气体灭火系统瓶组，压力传感器（比如：压力开关）和压力监控传输模块组成。压力传感器连接在气体灭火系统瓶组上，压力传感器的信号端与压力监控传输模块相连，随时向压力监控传输模块反馈灭火器瓶组的压力情况。压力监控传输模块可以通过轮询的方式，监控多个气体灭火系统瓶组的压力情况，并分时段将监控数据通过以太网接口传递出去。
网络传输主要由内网和外网两个部分组成。压力监控传输模块将监测数据通过内网传输到网络服务器端，由网络服务器进行映射，将内网的监测数据传输到公网（以太网），以供远端设备进行连接和数据交互。
远端监测由远端计算机利用监测软件，通过以太网络控制气体灭火系统瓶组本地模块的数据采集和接收。远端监测软件可以通过轮询的方式监控多地多个气体灭火系统瓶组的气体压力情况。当出现异常情况时，远端监测软件会自动报警，同时自动访问互联网，下载得到相应事故地点的地图和前往路径，以供工作人员及时赶去当地维护出事故的气体灭火系统瓶组。
气体灭火系统瓶组气体压力监控模块（下位机）
本设计的详细结构如下图2—图11所示。其中，图1为节点模块的总体设计说明，图3—图11为节点模块每个部分的详细设计说明。
如图2所示，传感器的信号输出(2)经过灭火器瓶组电路模块中光电耦合器TLP512(3)、信号整形滤波芯片LP2091N(4)、电阻组RESPACK4-4与主模块数据处理单片机C8051F021(1)的输入端相连；主模块数据处理单片机C8051F021(1)经过反向器74HC04(5)、三极管S9013(6)、继电器RELAY-SPST(7)控制端相连；5V变压芯片LM2575(15)分别与单片机C8051F021(1)电压输入端、灭火器瓶组信号电压输入端（2），反向器74HC04(5)的电压输入端、信号整形滤波芯片LM2091N(4)的电压输入端、光电耦合器TLP512(3)的电压输入端、继电器RELAY-SPST(7)的电压输入端、三极管S9013(6)的电压输入端；RS485总线驱动芯片MAX485(13)的输入端相连等输入输出与处理器相连接；数据处理单片机C8051F021(1)通过SPI总线与IS16C762(14)相连；IS16C762的第一组通过RS485总线驱动芯片MAX3485的与扩展模块相连；IS16C762的第二组通过RS485总线驱动芯片MAX3485的与以太网扩展模块相连；主模块数据处理单片机C8051F021(1)通过I2C总线与时钟芯片DS1302相连，电池（8）作为时钟芯片DS1302（9）备用电源，主模块数据处理单片机C8051F021留有程序调试接口与外部连接。以太网转换器和企业信息服务器模块：RS485总线第一端接到RS485总线接口，第二端接到智能型嵌入式以太网串口转换模块(32)的第一端，RS485总线协议经过以太网转换模块被转换为TCP/IP格式协议，并通过以太网(13)传输到企业数据服务器(14)。RS485总线驱动芯片MAX3485(13)的端口与显示模块RS3485接口芯片通过RS485总线（15）与显示模块的单片机LPC2138(17)实现通信连接；IS16C762（14）第一端口通过RS485总线驱动芯片MAX3485与RS485总线(25)与扩展模块相连。IS16C762（14）第二端口通过RS485总线驱动芯片MAX3485与RS485总线与扩展模块（C）相连。
如图3所示，电源模块。输入到系统的+24V电源的一支接入LM2575变压芯片，将24V的电压变为5V的直流电源输出，输出的5V电源进入到由电解电容C1、C2、整流二极管D1、电感H1、磁珠电感L1、电容C3、C4构成的滤波和整形电路进行滤波和整形处理,整形和滤波后的5V电源为系统工作电源。一支接入LM2575变压芯片，将24V的电压变为3.3V的直流电源输出，输出的3.3V电源进入到由电解电容C5、C6、整流二极管D2、电感H2、磁珠电感L2、电容C7、C8构成的滤波和整形电路进行滤波和整形处理,提供3.3V的工作电源。
如图4所示，为监控主模块I2C串行总线通讯电路模块。主模块数据处理单片机C8051F021(1)的P0.2和P0.3管脚构成I2C通讯总线，连接到时钟芯片DS1302的I2C总线输入端，实现主模块数据处理单片机C8051F021(1)和DS1302之间的数据通讯。主模块数据处理单片机C8051F021(1)的P1.7管脚接入到DS1302的片选输入端，构成时钟芯片DS1302的片选信号。
如图5所示，为灭火器瓶组电路模块。主模块单片机C8051F021(1)通过管脚P2.4、反向芯片74HC04(5)和限流电阻R17来控制三极管S9013(6)的开启与否。当三极S9013开启时，利用三极管的电路放大原理，会在继电器RELAY-SPST的线圈中流过较大的电流，从而产生磁力合上继电器上方的开关，接通触发器的导通电路，其中二极管D11构成继电器的放电电路；当P2.4有效信号作用时，发光二极管导通发光。
如图6所示，为灭火器瓶组状态信号采集电路。灭火器瓶状态改变时，接通电源，首先经过由电阻R11，R6分压，然后接入到光电耦合器芯片TLP521(3)的输入端，对采集到的信号进行光电隔离。隔离后的信号经过由电阻R36，输入到信号整形滤波芯片LP2901N(4)芯片对信号进行整形处理后，信号经过电阻组RESPACK4-4后，接入到主模块单片机C8051F021(1)的P3.1管脚；主模块上可以有十路采集电路，并且可以进行扩张，在单片机端口做输入时加上拉电阻，相应的指示点点亮。
如图7所示，为主模块的通讯电路模块。它就是RS485总线通讯电路模块，主模块数据处理单片机C8051F021(1)的TXD和RXD管脚构成主模块单片机的串口与RS485总线驱动芯片MAX485(9)的端口相连，主模块数据处理单片机C8051F021(1)的P0.7连接到驱动芯片MAX485(9)的片选端，构成其片选信号。构成主模块数据处理单片机C8051F021(1)和RS485总线(11)之间的通讯。电阻R1、R2和R3构成RS485总线的终端调压电路；电容C3、C4、电阻R5、R4、二极管D2、D3、D4构成MAX485的稳压和滤波电路。
如图8所示，为主模块与扩张模块的通信电路模块，主模块数据处理单片机C8051F021(1)的P0.6作为芯片SC16I S752的片选信号，P0.2作为芯片SC16IS752的时钟信号，P0.3、P0.4作为数据传输信号，芯片SC16IS752的一个端口通过RS485总线驱动芯片MAX485作扩展模块的连接，一端通过RS485总线驱动芯片MAX485与智能型嵌入式以太网串口转换模块相连接，他们都是由电阻R1、R2和R3构成RS485总线的终端调压电路；电容C3、C4、电阻R5、R4、二极管D2、D3、D4构成MAX485的稳压和滤波电路。
如图9所示，扩展模块的通信电路模块。它就是RS485总线通讯电路模块，扩展模块数据处理单片机STC11F60XE的TXD和RXD管脚构成扩展模块单片机的串口与RS485总线驱动芯片MAX485的端口相连，扩展模块数据处理单片机STC11F60XE的P3.2连接到驱动芯片MAX485的片选端，构成其片选信号。构成扩展模块数据处理单片机STC11F60XE和RS485总线之间的通讯。电阻R1、R2和R3构成RS485总线的终端调压电路；电容C3、C4、电阻R5、R4、二极管D2、D3、D4构成MAX485的稳压和滤波电路。
如图10所示，以太网转换器模块。转换器模块ZNE-100TL的TXD和RXD管脚与RS485总线驱动芯片MAX485的端口相连，ZNE-100TL的8脚连接到驱动芯片MAX485的片选端，构成其片选信号。构成扩展模块数据处理单片机STC11F60XE和RS485总线之间的通讯。电阻R1、R2和R3构成RS485总线的终端调压电路；电容C3、C4、电阻R5、R4、二极管D2、D3、D4构成MAX485的稳压和滤波电路。
如图11所示，显示和键盘处理模块。按键阵列的输出端与按键处理单片机LPC2138的P1_22—P1_25端口相连；按键处理单片机LPC2138的P0_10—P0_17端口通过21针排线的第10~17针相连与液晶显示屏的数据输入端相连；液晶显示屏的数据读写信号通过21针排线的第5~6针与按键处理单片机LPC2138的P0_20和P0_19端口相连；液晶显示屏的片选端通过21针排线的第7针与按键处理单片机LPC2138的P0_18相连。
显示模块用于显示气体灭火系统瓶组的压力监控的情况。其中，显示模块开机界面（显示3秒）如图12所示，监测功能界面如图13所示，参数设置界面如图14所示。
节点模块的硬件实物图如下图15所示：有主模块，扩展模块和传输模块三部分组成。主模块进行数据的采集和处理，扩展模块进行数据的采集，传输模块与以太网相连，将采集和处理后的数据通过以太网传递出去。
节点模块上电后，主模块和扩展模块有压力检测输入信号端和泄漏和喷发的指示灯，当发生泄漏或喷发的情况时，相应绿灯亮；主模块有数据传输的指示灯，主模块以轮询的方式采集主模块和扩展模块的，每个输入端的压力检测信号，当数据传输时，数据传输指示灯红灯闪烁；传输模块接以太网，有网络连接的指示灯。当以太网络连接成功时，网络传输的绿灯亮。
本系统采用硬件卡口安装，外接24V直流电源，体积小，抗干扰能力强，适合长期放在各种场所，例如厂房内，仓库内等。其中显示屏可以单独安装在气体灭火瓶组的合适位置。
气体灭火系统瓶组气体压力的上位机监控软件
远端软件监控的界面如图16所示。监控软件界面主要有四大部分：通讯状态，报警信息，通讯错误地址和右下角的各种用户操作按钮。
通讯状态：显示网络连接状态，若添加的IP地址可以连通，则显示通讯正常；若连接正常且有报警，则显示有“xx条报警”；若有IP无法连接，则显示“服务器拒绝连接”。
添加记录：IP：若是内网使用，则IP填写内网IP地址即可；若是外网使用，则IP填写外网IP地址。端口号：4001。模块序号：主模块为0，扩展模块为1，2，...依次递增。模块中点号：为同一模块上带负载的编号，0为起始编号。钢瓶号：不起作用。项目信息：可以自由填写。位置信息：省、市、县等地址信息用来确定监控地点位置。
报警信息查询：现在报警信息查询需要停止软件才可以，最终版可以在监控的同时进行报警信息查询。点击“报警查询”。
记录查询：在软件开启时不可以查询，需要在运行之前查询。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。
Claims (1)
1.气体灭火系统瓶组的灭火剂气体压力网络监控系统，其特征在于，包括气体灭火系统瓶组本地模块，网络传输模块和远端监测模块，所述气体灭火系统瓶组本地模块通过所述网络传输模块连接所述远端监测模块，所述气体灭火系统瓶组本地模块包括数据处理单片机、传感器和RS485总线驱动芯片；所述传感器的信号输出经过光电耦合器、信号整形滤波芯片、电阻组与所述数据处理单片机的输入端相连；所述数据处理单片机经过反向器、三极管、继电器与触发器的输入端相连；5V变压芯片分别与数据处理单片机电压输入端、灭火器瓶组信号电压输入端，反向器的电压输入端、信号整形滤波芯片的电压输入端、光电耦合器的电压输入端、继电器的电压输入端、三极管的电压输入端和RS485总线驱动芯片的电压输入端相连；RS485总线驱动芯片的第一端口与数据处理单片机的通讯串口相连，RS485总线驱动芯片的第二端口通过RS485总线接口与RS485总线相连,数据处理单片机通过I2C总线与时钟芯片相连，3.3V变压芯片给时钟芯片供电，数据处理单片机留有第一程序调试接口与外部连接；RS485总线驱动芯片的第三端口还与显示模块单片机的通讯串口相连,所述显示模块单片机分别与键盘处理模块、21针排线中的第5~17针及第21针相连，显示模块单片机通过电阻、三极管、继电器与触发器的输入端相连；显示模块单片机留有第二程序调试接口与外部连接；所述网络传输模块包括RS485总线接口、以太网串口转换模块；RS485总线第一端接到RS485总线接口，第二端接到以太网串口转换模块的第一端，RS485总线协议经过以太网串口转换模块被转换为TCP/IP格式协议，并通过以太网传输到远端监测模块；输入+24V电源的一支接入5V变压芯片，将24V的电压变为5V的直流电源输出，输出的5V电源进入到由电解电容C1、C2、整流二极管D1、电感H1、磁珠电感L1、电容C3、C4构成的滤波和整形电路进行滤波和整形处理,整形和滤波后的5V电源为工作电源，输入+24V电源的另一支接入3.3V变压芯片，将24V的电压变为3.3V的直流电源输出，输出的3.3V电源进入到由电解电容C5、C6、整流二极管D2、电感H2、磁珠电感L2、电容C7、C8构成的滤波和整形电路进行滤波和整形处理,提供3.3V的工作电源；灭火器瓶状态改变时，接通电源，经过由电阻R11，R6分压后接入到光电耦合器芯片的输入端，对采集到的信号进行光电隔离，隔离后的信号经过由电阻R36，输入到信号整形滤波芯片芯片对信号进行整形处理后，信号经过电阻组后，接入到数据处理单片机。
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