CN105435392B - 具有阻燃灭火功能的变电站智能通风控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有阻燃灭火功能的变电站智能通风控制装置，包括壳体，壳体上安装有电连接在一起的由微处理器电路控制的能感应温湿度及烟雾的数据变换采集电路、电源及通讯接口电路、风机控制接点输出电路和人机会话电路，壳体下部通过支撑座固定安装有由风机驱动的风扇，风机由风机控制接点输出电路控制工作，支撑座内端固设有套装风机转轴的支撑套，支撑座上固设有防护罩，能够实时检测变电站内温度、湿度、烟雾信号，并根据上述信号判定变电站发生火情时能及时报警并关闭变电站的各个通风风扇及通风通道，从而阻止变电站内外空气流通、切断变电站内氧气供应，并能通过所产生烟气自动灭火。

Description

具有阻燃灭火功能的变电站智能通风控制装置

技术领域

本发明涉及一种具有阻燃灭火功能的变电站智能通风控制装置。

背景技术

目前的变电站、所等工业场合，尤其是充油设备室等设备场所，都需要装备通风设备，为了延长通风设备运行期限及节约能源，这些通风设备都装备了自动启动和停止的控制器。

现有的通风控制器均为温度控制，达到预设的启动温度值即启动风机，低于预设的停止温度即停止风机。这样的控制器非常不完善，还应该实现湿度启、停风机功能。另外，对于充油的电气设备，在发生起火等事故情况下造成的温度升高，如果启动风机通风，进入的氧气会产生助燃作用，造成火势无法控制甚至蔓延，引发事故扩大。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种能够实时检测变电站内温度、湿度、烟雾信号，并根据上述信号判定变电站发生火情时能及时报警并关闭变电站的各个通风风扇及通风通道，从而阻止变电站内外空气流通、切断变电站内氧气供应，并能通过所产生烟气自动灭火的具有阻燃灭火功能的变电站智能通风控制装置。

本发明主要包括壳体，壳体上安装有电连接在一起的由微处理器电路控制的能感应温湿度及烟雾的数据变换采集电路、电源及通讯接口电路、风机控制接点输出电路和人机会话电路，壳体下部通过支撑座固定安装有由风机驱动的风扇，风机由风机控制接点输出电路控制工作，支撑座内端固设有套装风机转轴的支撑套，支撑座上固设有防护罩，还包括依次转动套装在支撑套上的第一罩环、第二罩环、第三罩环和第四罩环，防护罩内设有左右两端与外界连通的罩腔，罩腔内设有能自动收缩进罩腔的由依次首尾相接且弹性对折的折片构成的折片链，第二罩环上固设有向外延伸的左罩杆，左罩杆末端固设有左罩柄，左罩柄末端固设有左动磁块，左罩杆末端还固设有与罩腔口部对应的左支柄，第一罩环上固设有向外延伸的左中撑杆，左中撑杆末端固设有左中磁块，左中撑杆末端固设有与罩腔左侧口部对应的左中筒，左中筒底部与左侧的折片链外端对应固接，左中筒内安装有能自动收缩进左中筒的由依次首尾相接且弹性对折的折片构成的左折片续链，左折片续链外端与左支柄对应固接，第三罩环上固设有向外延伸的右罩杆，右罩杆末端固设有右罩柄，右罩柄末端固设有右动磁块，右罩杆末端固设有与罩腔口部对应的右支柄，第四罩环上固设有向外延伸的右中撑杆，右中撑杆末端固设有右中磁块，右中撑杆末端固设有与罩腔右侧口部对应的右中筒，右中筒底部与右侧的折片链外端对应固接，右中筒内安装有能自动收缩进右中筒的由依次首尾相接且弹性对折的折片构成的右折片续链，右折片续链外端与右支柄对应固接，支撑座左边侧和左中撑杆之间、支撑座右边侧和右中撑杆之间、左中撑杆和左罩柄之间、右中撑杆和右罩柄之间覆盖连接有能收缩的弹性布，壳体顶部安装有吸引左动磁块、右动磁块、左中磁块和右中磁块向上移动并与左动磁块、右动磁块贴近吸附配合的固定磁块，壳体顶部安装有由风机控制接点输出电路控制的电磁铁，风机得电时电磁铁得电并推动左动磁块、右动磁块、左中磁块和右中磁块向下移动。

作为一种优选实施方式，所述数据变换采集电路包括温湿度传感器和烟雾传感器，烟雾传感器的信号输出端与模数转换器的输入端电连接，模数转换器的信号输出端与微处理器电路的烟雾信号输入端电连接，温湿度传感器的信号输出端与微处理器电路的温湿度信号输入端电连接。

作为一种实现方式，所述电源及通讯接口电路包括电源变压器，电源变压器输出端电连接有桥式整流电路，整流电路的输出端经稳压电路电连接有NPN复合管电路，NPN复合管电路的输出端依次电连接有放大电路和过载及短路保护电路。

作为一种实现方式，所述风机控制接点输出电路包括与微处理器电路输出端电连接的光电耦合器，光电耦合器通过继电器控制电磁铁和风机工作。

具有阻燃灭火功能的变电站智能通风控制装置采用全数字控制，根据预先设定的数值实现温度和湿度的风机启停控制；当烟雾浓度高于预设的闭锁浓度时，停止风机通风。烟雾浓度闭锁可以选择投入或者退出。

控制装置提供6路风机控制接点输出，分别用于温度启动风机、湿度启动风机。

控制装置带有RS485通讯接口，可以实现信息组网，并通过各种信道进行信息远方传输，将温度、湿度、烟雾浓度这些监测数据传输到监控中心，同时可以接收监控中心的控制命令，进行遥控启动风机的操作。

智能测控装置前面板带有12864点阵液晶显示屏，可以显示全部测量参数，设置有6个输入按键，可以通过显示屏和按键进行人机交互，设置运行参数及通讯地址，查看各种测量数值。智能测控装置具有非常高的抗干扰性能，符合相关的电磁兼容标准。

综上所述，本发明能够实时检测变电站内温度、湿度、烟雾信号，并根据上述信号判定变电站发生火情时能及时报警并关闭变电站的各个通风风扇及通风通道，从而阻止变电站内外空气流通、切断变电站内氧气供应，并能通过所产生烟气自动灭火的具有阻燃灭火功能。

附图说明

图1为本发明的模块结构示意图；

图2为本发明中电源及通讯接口电路原理图；

图3为本发明中3.3V电源电路原理图；

图4为本发明中数据变换采集电路的电路原理图；

图5为本发明中信号采集转换电路的电路原理图；

图6为本发明中微处理器的外围电路原理图；

图7为本发明中液晶显示屏与单片机通信电路原理图；

图8为本发明中通信电路的电路原理图；

图9为本发明中继电器和电磁铁的控制电路原理图；

图10为支撑座、支撑套、第一罩环、第二罩环、第三罩环和第四罩环的配合结构示意图；

图11为右罩杆撑起时左罩杆、右罩杆、折片链和防护罩的配合结构示意图；

图12为左罩杆和右罩杆闭合后折片链、左折片续链和右折片续链的配合结构示意图；

图13为弹性布、折片链、左折片续链和右折片续链的配合结构示意图。

具体实施方式

如图所示，本发明主要包括壳体，壳体上安装有电连接在一起的由微处理器电路控制的能感应温湿度及烟雾的数据变换采集电路、电源及通讯接口电路、风机控制接点输出电路和人机会话电路。

具有阻燃灭火功能的变电站智能通风控制装置的电源及通讯接口电路设置于独立的电路板，稳压电路主要是对整流滤波之后的电流作进一步处理，使其电压更稳定，同时让整个电路具有一定的负载能力，不会因为外部负载的变化而使输出电压发生变化。直流电源的输入为220V的电网电压，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器T1降压。再通过桥式整流电路将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压。为了减小电压的脉动，需通过C10、C11低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。 经过由LM7805和C12、C13组成的稳压电路后得到所需要的5V电压。D10显示电路工作状态，R11做限流电阻使用。Q1、Q2、R12、C14构成NPN复合管电路，可以极大的提高电流放大倍数，减小输入电阻，R12起到限流作用，C14起到滤波作用。D3兼作电源指示和稳压管作用。D2和R13组成简单过载及短路保护电路。R15和R16进行分压，然后将R14上的电压通过Q3反馈到Q1Q2组成的放大电路。最后C15可以使电压的稳定性进一步提高，5V电压通过OUT1、OUT2输出。得到的5V输出用于微处理器电路和RS485通讯变换电路供电。单片机所需3.3V电压由HT7333经过电容C1、C2、C3、C4滤波、去耦得到。

数据变换采集电路接受外部温度、湿度传感器的数据传输。该变换器采用DHT11型传感器，与微处理器的接口是数字传输，采用单线协议，接口简洁可靠。DHT11是数字型温湿度传感器，可直接以数字方式传输所采集的当前环境温湿度，DHT11采用的是单总线通信。DHT11的四条引角中,引脚1为电源，引脚4为公共地端，引脚2通过上拉电阻R5连接到单片机I/O端口48引脚，即可以实现数据的采集和传送。

烟雾浓度采集电路采用MQ-2型烟雾传感器，该传感器是一个烟敏可变电阻，烟雾浓度的变化将引起该传感器体电阻的变化，微处理器通过采集该电阻的数字来确定环境的烟雾浓度。在本设计中，采用MQ-2传感器作为信号采集器件，器件的1、3、4脚连接电源的正极（+5V），2脚连接地,采集到的信号由5、6脚通过电阻R18后送到模数转换器ADC0804的模拟输入端，R20用来调节输出信号的大小。由MQ-2传感器采集到的电压信号串联电阻R19后接到ADC0804的6脚Vin（+）端；ADC0804的4、8脚经电容C5接地，19脚经电阻R21和电容C5接地，引脚11-18分别连接单片机的引脚32、31、30、29、26、25、24、18，用于单片机采集转换后的数字信号，引脚1、2、3三端分别连接单片机的17、16、15引脚，用于控制单片机于ADC0804进行通信

具有阻燃灭火功能的变电站智能通风控制装置的人机会话电路包括12864点阵液晶显示屏YJ，单片机采集到的数据经过计算处理，在液晶显示屏显示。将IO口78-87连接到液晶显示屏的17（LCD_RST)、14(LCD_DB7)、13(LCD_DB6)、12(LCD_DB5)、11(LCD_DB4)、1(SGND)、10(LCD_DB3)、9(LCD_DB2)、8(LCD_DB1)、7(LCD_DB0)引脚，94、95、96分别连接到液晶屏的15（LCD_GND）、5（LCD_RW）、4（LCD_RS）引脚，在对液晶显示屏的4(LCD_RS)、5(LCD_RW)、6(LCD_E)引脚置位后，将数据通过脚79-87发送到液晶显示屏，从而实现数据的显示。

微处理器采集到所需要后的数据后，就可以按照通讯协议将以上数据打包后通过通讯接口发送到通讯网络。本测控装置采取了国际流行的短报文通讯规约MODBUS_RTU，通讯速率为9600bps，一个起始位，8个数据位，2个停止位，数据校验采用附加CRC16数据，不在通讯报文中增加校验位。微处理器的UART 串口的RXD、TXD 通过光电隔离电路连接MAX485芯片的脚1(RO)、4(DI) 引脚，由单片机引脚70发出控制信号RTC 经光电隔离电路控制MAX485芯片的3（DE）引脚。光电隔离电路通过光耦D1、D2、D3及上拉电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6实现。信号通过芯片6（485a)、7（485b)引脚传输至远处计算机，从而起到通讯和报警功能。通讯接口的接收线RXD、发送线TXD、输入输出转换控制线由微处理器电路通过接插针接到本板，都通过光电隔离器与通讯变换电路接通，可以实现外部通讯网络与微处理器电路的电气隔离，提高整机的安全性和可靠性。

具有阻燃灭火功能的变电站智能通风控制装置的风机控制接点输出电路设置于独立的电路板，共有六个风机控制节点，分别为JKEY1、JKEY2、JKEY3、JKEY4、JKEY5、JKEY6。控制电路以一路输出为例（其他五路结构相同，故未画出）。单片机根据采集到的信息判断是否需要开启风机。当单片机判断为有火情，需要风机开启时，单片机66引脚（JKEY1）给三极管Q5的B极送高电平时，光电耦合器D4导通，三极管Q5导通，继电器K1线圈有电流通过，继电器K1吸合，OUT3、OUT4有输出信号；相反，当单片机引脚66(JKEY1)给三极管Q5的B极送低电平时，光耦D4截止，三极管Q5截止，继电器K1线圈无电流通过，继电器断开。继电器两端接一个二极管D11防止反向电动势会直接作用在三极管Q5上将Q5烧坏。当单片机MQ2传输烟雾浓度大于设检测到定值得时候立即产生中断，并将JKEY1-JKEY6端全部置为低电平，闭锁所有控制继电器,风机无法启动。单片机引脚66（JKEY1)、65（JKEY2)、64（JKEY3)、62（JKEY4)、61（JKEY5)、60（JKEY6）分别连接至控制继电器K1、K2、K3、K4、K5、K6。继电器K1、K2、K3、K4、K5、K6的控制电路类似，附图中只画出了继电器K1的控制电路以示说明。

壳体内腔底部通过支撑座固定安装有由风机驱动的风扇，风机由风机控制接点输出电路控制工作。为提高风机转动时的稳定性，本发明中设置有两个支撑座。两个支撑座之间同轴设有支撑套，支撑套与风机转轴套装配合，其中一个支撑座上固设有防护罩。本发明还包括套装在支撑套上的四个罩环，即：第一罩环0001、第二罩环0002、第三罩环0003和第四罩环0004。四个罩环从支撑套远离风机端向靠近风机端依次排列设置，四个罩环只能绕支撑套周向转动而不能沿支撑套轴向滑动。在本发明中，防护罩26内设有罩腔0005，罩腔左右两端分别设有一个与外界连通的口部。罩腔内设有一个折片链0007，折片链中部固定在罩腔中部，折片链两外端位于罩腔口部。折片链包括若干折片0006，各折片首尾相接成链条状。相邻折片对称弹性折叠设置，具有自动收缩功能。为方便叙述，折片链中间任一折片和其首尾两端的两个折片分别称为中间折片、首端折片和尾端折片。首端折片和尾端折片分别位于中间折片两侧设置，且首端折片和尾端折片的对折方向相反设置。这样，当折片链不受外力而自动收缩时，就能相互叠加成较小长度较短的链状结构而被罩腔容纳。相反的，当折片链外端受外力时，各折片将依次展开延伸成较长的链状结构而延伸出罩腔。在本发明中，第二罩环上固设有沿对应罩环半径向外延伸的左罩杆0020，左罩杆末端固设有左罩柄0008，左罩柄上固设有左动磁铁0021，因此，当左动磁铁受到吸力或者主动吸附铁磁性物体时，左动磁铁将带动左罩杆同步移动。

在本发明中，左罩杆末端固设有与罩腔口部对应的左支柄0009，左支柄0009的功能在后续说明中予以描述。在本发明中，第一罩环上固设有沿对应半径向外延伸的左中撑杆0010，左中撑杆末端固设有与罩腔左侧口部对应的左中筒0011。左中筒底部与左侧的折片链外端对应固接，因此，当左中撑杆绕支撑套摆动时，也会牵引折片链伸出罩腔。左中筒内安装有左折片续链0012，左折片续链也由能自动收缩的若干折片首尾对折而成，左折片续链的结构与折片链结构类似，在此不再赘述。左折片续链内端固定连接在左中筒内，左折片续链外端与左支柄对应固接。这样，左侧折片链、左中筒、左折片续链、左支柄和左罩柄就构成了一个依次连接而成的可自动收缩的左链结构。左中撑杆上固设有左中磁块0024，当左中磁块受到吸力或者主动吸附铁磁性物体时，左中磁铁将带动左中撑杆和左中筒同步移动。

类似的，第三罩环上固设有向外延伸的右罩杆0022，右罩杆末端固设有右罩柄0013，右罩柄上固设有右动磁铁0023，因此，当右动磁铁受到吸力或者主动吸附铁磁性物体时，右动磁铁将带动右罩杆同步移动。右罩杆末端还固设有与罩腔口部对应的右支柄0014。第四罩环上固设有向外延伸的右中撑杆0015，右中撑杆末端固设有与罩腔右侧口部对应的右中筒0016，右中筒底部与右侧的折片链外端对应固接，右中筒内安装有能自动收缩进右中筒的由依次首尾相接且弹性对折的折片0006构成的右折片续链0017，右折片续链外端与右支柄对应固接。显然，右侧折片链、右中筒、右折片续链、右支柄和右罩柄也构成了一个依次连接而成的可自动收缩的右链结构，且右链结构与左链结构完全相同，只是对称设置在支撑座的左右两侧，其工作原理相同，在此不再赘述。这样，在支撑套、支撑座两侧分别设有两套伸展机构，也即上述的左链结构和右链结构。

当左罩柄和右罩柄分别推动左中筒和右中筒贴紧支撑座时，折片链被推动缩入罩腔内，左折片续链和右折片续链分别被推动缩入左中筒和右中筒内。为方便叙述，将此状态称为收缩状态。当左罩柄和右罩柄分别拉动左中筒和右中筒离开支撑座并转动到与支撑座相对的支撑套另一端时，也即从壳体内腔下端转动到上端时，折片链被拉出罩腔并伸展开来，左折片续链和右折片续链分别被拉出左中筒和右中筒并伸展开来。此时，在支撑套外周形成一个由支撑座、左中撑杆、右中撑杆、左罩杆和右罩杆支撑起来的圆环形幕布结构，该幕布结构起到了物理隔离两侧空气流通的作用，也即起到了防止壳体内腔两端空气流动的作用。为方便叙述，将此状态称为伸展状态。

在本发明中，支撑座20左边侧和左中撑杆之间、支撑座右边侧和右中撑杆之间、左中撑杆和左罩柄之间、右中撑杆和右罩柄之间覆盖连接有能收缩的弹性布0018。在伸展状态时，弹性布被左中撑杆、右中撑杆、左罩杆和右罩杆拉伸开来，形成一个比上述幕布结构稍小一点的圆环形盖布结构。该盖布结构的内圈与支撑套外周弹性挤压配合，该盖布结构的外圈与已经伸展开来的圆环形幕布结构内圈通过层叠方式对接起来。这样，以支撑套为中心，盖布结构和幕布结构构成了一个完整的圆盘形隔离结构，可以从根本上实现封闭壳体内腔的功能，有效隔绝了变电站内外空气的流通。在收缩状态时，弹性布随折片链和左折片续链、右折片续链同步收缩，极大减小了本发明的体积，更不会影响风扇产生的空气流通。

在壳体内腔顶部还设有一个固定磁块0026，固定磁块的位置与左动磁块和右动磁块摆动到最高处时上下贴近间隔对应。固定磁块、左动磁块、右动磁块、左中磁块和右中磁块的极性朝向可以在左动磁块、右动磁块、左中磁块和右中磁块不受其他磁力影响时，能对收缩状态的左动磁块、右动磁块、左中磁块和右中磁块产生吸力，并将左动磁块、右动磁块、左中磁块和右中磁块从下向上吸引，直至固定磁块贴近吸附住左动磁块和右动磁块。此时，收缩状态切换为伸展状态，固定磁块也就起到了状态切换的作用。

在本发明中，壳体顶部还安装有一个电磁铁0027，电磁铁与固定磁块并排设置。电磁铁得电时的磁极朝向可以在伸展状态时，也即在左动磁块、右动磁块、左中磁块和右中磁块受固定磁块向上的吸附力时，能对左动磁块、右动磁块、左中磁块和右中磁块产生向下的推力，并克服固定磁铁对他们的吸附力而将左动磁块、右动磁块、左中磁块和右中磁块从上向下推动，直至左链结构和右链结构在自身重力、固定磁块和电磁铁综合作用下贴紧到防护罩两侧。此时，伸展状态切换为收缩状态，电磁铁也就起到了状态切换的作用。因为风机和电磁铁是同步得电的，因此，两者同步动作。微处理器电路控制电磁铁得电就是控制切换到收缩状态，因此在无火情时，也即收缩状态时，壳体内腔被打开，风机带动风扇转动，实现变电站内外换气功能。当不需要通风时或有火情时，微处理器电路控制电磁铁失电，此时，在固定磁块的状态切换作用下，收缩状态瞬间转变成伸展状态，壳体空腔被封闭，也即变电站被封闭。此时若有火情，在密闭空间内的浓烟会起到自动灭火作用，这样在未施救的前提下就自动保护了变电站设备。

Claims (4)

1.一种具有阻燃灭火功能的变电站智能通风控制装置，其特征是：包括壳体（1），壳体（1）上安装有微处理器电路、电源及通讯接口电路、风机控制接点输出电路和人机会话电路，还安装有能感应温湿度及烟雾的数据变换采集电路，数据变换采集电路、电源及通讯接口电路、风机控制接点输出电路和人机会话电路均与微处理器电路电连接，并且微处理器电路均能控制数据变换采集电路、电源及通讯接口电路、风机控制接点输出电路、人机会话电路工作；壳体（1）下部通过支撑座（20）固定安装有由风机驱动的风扇，风机由风机控制接点输出电路控制工作，支撑座（20）内端固设有套装风机转轴的支撑套（4），支撑座（20）上固设有防护罩（26），还包括依次转动套装在支撑套上的第一罩环（0001）、第二罩环（0002）、第三罩环（0003）和第四罩环（0004），防护罩（26）内设有左右两端与外界连通的罩腔（0005），罩腔（0005）内设有能自动收缩进罩腔（0005）的由依次首尾相接且弹性对折的折片（0006）构成的折片链（0007），第二罩环上固设有向外延伸的左罩杆（0020），左罩杆末端固设有左罩柄（0008），左罩柄（0008）末端固设有左动磁块（0021），左罩杆末端还固设有与罩腔口部对应的左支柄（0009），第一罩环上固设有向外延伸的左中撑杆（0010），左中撑杆末端固设有左中磁块（0024），左中撑杆末端固设有与罩腔左侧口部对应的左中筒（0011），左中筒底部与左侧的折片链外端对应固接，左中筒内安装有能自动收缩进左中筒的由依次首尾相接且弹性对折的折片（0006）构成的左折片续链（0012），左折片续链外端与左支柄对应固接，第三罩环上固设有向外延伸的右罩杆（0022），右罩杆末端固设有右罩柄（0013），右罩柄末端固设有右动磁块（0023），右罩杆末端固设有与罩腔口部对应的右支柄（0014），第四罩环上固设有向外延伸的右中撑杆（0015），右中撑杆末端固设有右中磁块（0025），右中撑杆末端固设有与罩腔右侧口部对应的右中筒（0016），右中筒底部与右侧的折片链外端对应固接，右中筒内安装有能自动收缩进右中筒的由依次首尾相接且弹性对折的折片（0006）构成的右折片续链（0017），右折片续链外端与右支柄对应固接，支撑座（20）左边侧和左中撑杆之间、支撑座右边侧和右中撑杆之间、左中撑杆和左罩柄之间、右中撑杆和右罩柄之间覆盖连接有能收缩的弹性布（0018），壳体（1）顶部安装有吸引左动磁块（0021）、右动磁块（0023）、左中磁块（0024）和右中磁块（0025）向上移动并与左动磁块（0021）、右动磁块（0023）贴近吸附配合的固定磁块（0026），壳体（1）顶部安装有由风机控制接点输出电路控制的电磁铁（0027），风机得电时电磁铁（0027）得电并推动左动磁块（0021）、右动磁块（0023）、左中磁块（0024）和右中磁块（0025）向下移动。

2.如权利要求1所述的具有阻燃灭火功能的变电站智能通风控制装置，其特征是：所述数据变换采集电路包括温湿度传感器和烟雾传感器，烟雾传感器的信号输出端与模数转换器的输入端电连接，模数转换器的信号输出端与微处理器电路的烟雾信号输入端电连接，温湿度传感器的信号输出端与微处理器电路的温湿度信号输入端电连接。

3.如权利要求2所述的具有阻燃灭火功能的变电站智能通风控制装置，其特征是：所述电源及通讯接口电路包括电源变压器，电源变压器输出端电连接有桥式整流电路，整流电路的输出端经稳压电路电连接有NPN复合管电路，NPN复合管电路的输出端依次电连接有放大电路和过载及短路保护电路。

4.如权利要求3所述的具有阻燃灭火功能的变电站智能通风控制装置，其特征是：所述风机控制接点输出电路包括与微处理器电路输出端电连接的光电耦合器，光电耦合器通过继电器控制电磁铁（0027）和风机工作。