CN107168137B - 一种基于宽带电力载波的智能防火安全控制系统 - Google Patents

一种基于宽带电力载波的智能防火安全控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于宽带电力载波的智能防火安全控制系统，包括中心控制模块、用户界面装置、供电模块、检测模块、控制模块和报警模块；用户界面装置与中心控制模块相连接；所述供电模块包括市电供电控制开关、市电供电主线和低压备用电源；供电模块、检测模块、控制模块、报警模块和中心控制模块通过载波电路接入市电供电主线。本发明采用载波通信方式，不仅解决了布设通讯线路所造成的成本高、具有安全隐患的问题，而且还可以根据温度对爆炸极限进行调整，减小检测分析误差，并针对危险及时采取措施。

Description

一种基于宽带电力载波的智能防火安全控制系统
技术领域
本发明涉及一种防火安全控制系统，尤其是一种基于宽带电力载波的智能防火安全控制系统。
背景技术
气体检测仪是一种气体泄露浓度检测的仪器仪表工具，其中包括：便携式气体检测仪、手持式气体检测仪、固定式气体检测仪、在线式气体检测仪等，主要是利用气体传感器来检测环境中存在的气体种类和含量。目前常用的气体检测仪一般采用光学检测手段，采用一定波长的光穿透气体，测定气体对该波长的吸收从而实现对该气体浓度的检测。
现有的防火安全系统大多基于气体检测仪，其缺陷在于：(1)为实现检测和报警，需要布置大量的通讯线路，成本高，部署困难，且新布设的线路自身也可能存在安全隐患；(2)气体检测仪一般只能够检测气体成分，显示检测结果或者在气体浓度过高时进行警报，但是危险气体的爆炸极限是随气温变化的，温度不同，爆炸极限也不同，传统的气体分析装置在这方面存在很大缺陷，无法根据温度调整爆炸极限，一旦出现检测失误，会造成巨大的经济损失；(3)目前的防火安全系统只能够对危险进行警报，无法针对危险采取措施。
发明内容
本发明提出了一种基于宽带电力载波的智能防火安全控制系统，其目的是：(1)解决布设通讯线路所造成的成本高、具有安全隐患的问题；(2)根据温度对爆炸极限进行调整，减小检测分析误差；(3)针对危险及时采取措施。
本发明技术方案如下：
一种基于宽带电力载波的智能防火安全控制系统，包括中心控制模块、用户界面装置、供电模块、检测模块、控制模块和报警模块；
用户界面装置与中心控制模块相连接；
所述供电模块包括市电供电控制开关、市电供电主线和低压备用电源；市电供电控制开关和低压备用电源分别与市电供电主线连接；
市电供电控制开关用于安装在市电总闸门之后以控制市电供电总线的通断；
供电模块、检测模块、控制模块、报警模块和中心控制模块通过载波电路接入市电供电主线。
作为本发明的进一步改进：所述检测模块包括多路气体浓度检测模块和温度探测模块，所述控制模块包括天然气管路控制模块、通风控制模块和高压氮气罐控制模块，所述报警模块包括第一报警装置；
所述检测模块、控制模块以及报警模块的所有设备均通过各自的载波电路连接至市电供电主线；
所述天然气管路控制模块用于安装在天然气进气管道上以控制天然气进气管道的通断；
所述通风控制模块用于控制管道通风的启停；
所述高压氮气罐控制模块用于控制高压氮气罐内氮气的释放。
作为本发明的进一步改进：所述中心控制模块具有以下分析控制功能：
1)接收多路气体浓度检测模块和温度检测模块的数据，并根据气体的类型和室内温度数据计算当前危险气体的爆炸极限下限浓度；
2)根据当前危险气体的浓度进行控制操作：
当危险气体浓度低于爆炸极限下限浓度的20％时，不进行操作；
当危险气体浓度大于等于爆炸极限下限浓度的20％且低于爆炸极限下限浓度的40％时，通过用户界面装置发出警告；
当危险气体浓度大于等于爆炸极限下限浓度的40％且低于爆炸极限下限浓度的60％时，控制天然气管路控制模块关闭阀门，控制通风控制模块打开排风；
当危险气体浓度大于等于爆炸极限下限浓度的60％且低于爆炸极限下限浓度的80％时，控制高压氮气罐控制模块打开高压氮气罐的阀门，同时启用备用低压安全电源，控制市电供电控制开关关闭市电电源；
当危险气体浓度大于等于爆炸极限下限浓度的80％时，控制第一报警装置报警。
作为本发明的进一步改进：所述当前危险气体的浓度为V混＝VCH4+VCO+VH2，所述危险气体的爆炸极限下限为：
Figure BDA0001334429680000031
式中VCH4、VCO、VH2为CH4、CO、H2的体积分数，T为当前温度，单位为摄氏度。
作为本发明的进一步改进：所述用户界面装置还用以输入多路气体浓度检测模块到天然气灶的距离，中心控制模块根据所输入的距离结合室内温度数据和多路气体浓度检测模块检测到的危险气体浓度计算天然气灶处的危险气体浓度以作为控制操作所依据的当前危险气体的浓度。
作为本发明的进一步改进：多路气体浓度检测模块包括分别用于检测CO气体、CH4气体和H2气体的检测模块。
作为本发明的进一步改进：所述第一报警装置设置在防爆安全盒中。
作为本发明的进一步改进：还包括与中心控制模块相连接的无线发射模块。
作为本发明的进一步改进：所述中心控制模块通过无线发射模块连接用户智能终端。
作为本发明的进一步改进：所述中心控制模块具有GPRS连接模块。
相对于现有技术，本发明具有以下积极效果：(1)采用载波方式进行通讯，无需单独架设新线路，成本低，不会增加安全隐患，且不存在信号被墙体遮挡的问题；(2)针对不同气温计算爆炸极限，实现对爆炸极限的精确掌控，以便及时采取措施；(3)能够对危险进行警报，并通过天然气管路控制模块、通风控制模块和高压氮气罐控制模块采取措施；(4)能够与智能终端相连接，可以随时通过智能终端了解设备的工作状态；(5)可以根据检测装置与容易泄露位置的距离判断泄露位置的浓度是否达到爆炸极限，进一步提高了检测准确度和安全系数；(6)可以在危险时切断室内电源，从而避免室内电源明火导致的爆炸；(7)可以自动向有关人员报警，第一时间进行处理；(8)设备具有自检测功能，一旦失效可以立即发现。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面详细说明本发明的技术方案：
如图1所示，一种基于宽带电力载波的智能防火安全控制系统，包括中心控制模块、用户界面装置、供电模块、检测模块、控制模块、报警模块和无线发射模块；
用户界面装置与中心控制模块相连接；
所述供电模块包括市电供电控制开关、市电供电主线和低压备用电源；市电供电控制开关和低压备用电源分别与市电供电主线连接；所述低压备用电源与设备之间的连接为密封连接，避免明火；所述低压备用电源通过市电供电主线为中心控制模块、用户界面、无线发射模块、检测模块、控制模块以及报警模块提供电力；
市电供电控制开关用于安装在市电总闸门之后以控制市电供电总线的通断；
供电模块、检测模块、控制模块、报警模块和中心控制模块通过载波电路接入市电供电主线。
宽带电力载波通讯即PLC，是英文Power line Communication的简称。宽带电力载波是电力系统特有的通信方式，指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递，这无疑成为了解决用电安全控制系统相关数据传输的最佳方案之一。同时宽带电力线载波技术与传统的窄带电力线载波技术相比，具有传输速率更高，抗干扰能力更强的特点，保证了信号传输的实时性及可靠性。相对于无线通信技术，载波通信不用担心室内墙体阻挡导致的信号减弱，而且PLC调制解调模块的成本也远低于无线模块。
所述检测模块包括多路气体浓度检测模块和温度探测模块，所述控制模块包括天然气管路控制模块、通风控制模块和高压氮气罐控制模块，所述报警模块包括第一报警装置和失效报警装置；
所述检测模块、控制模块以及报警模块的所有设备均通过各自的载波电路连接至市电供电主线上的市电供电终端，所述市电供电终端为墙面插座或墙面开关；
多路气体浓度检测模块包括分别用于检测CO气体、CH4气体和H2气体的检测模块；各路检测模块分别包括单色气体检测激光光源、长光路检测池、光电探测器、放大电路、A/D转换电路、浓度数据数字输出接口；
所述温度检测装置包括数字式温度检测探头和温度数字输出接口；
所述天然气管路控制模块用于安装在天然气进气管道上以控制天然气进气管道的通断；
所述通风控制模块用于控制管道通风的启停；
所述高压氮气罐控制模块用于控制高压氮气罐内氮气的释放。
第一报警装置和失效报警装置设置在防爆安全盒中，所述防爆盒的材料为不锈钢、碳钢、铸铝或工程塑料；第一报警装置用于向室外及安全电话报警；失效报警装置检测安全控制中心主机的运行状态，当安全控制中心主机无响应时，连接云端控制中心并请求云端判断设备失效原因，然后联系用户。
所述中心控制模块通过无线发射模块连接用户智能终端，向智能终端发送检测数据并接收用户智能终端发送的控制指令和设备设置参数。所述用户智能终端为智能手机，平板电脑、电脑或专门设计的智能移动设备。
所述中心控制模块还具有GPRS连接模块，可通过互联网与用户智能终端通信。
所述中心控制模块具有以下分析控制功能：
1)接收多路气体浓度检测模块和温度检测模块的数据，并根据气体的类型和室内温度数据计算当前危险气体的爆炸极限下限浓度；
2)根据当前危险气体的浓度进行控制操作：
当危险气体浓度低于爆炸极限下限浓度的20％时，不进行操作；
当危险气体浓度大于等于爆炸极限下限浓度的20％且低于爆炸极限下限浓度的40％时，控制无线发射模块向用户智能终端进行警告，并控制用户界面装置向用户发出警告；
当危险气体浓度大于等于爆炸极限下限浓度的40％且低于爆炸极限下限浓度的60％时，控制天然气管路控制模块关闭阀门，控制通风控制模块打开排风；
当危险气体浓度大于等于爆炸极限下限浓度的60％且低于爆炸极限下限浓度的80％时，控制高压氮气罐控制模块打开高压氮气罐的阀门，同时启用备用低压安全电源，控制市电供电控制开关关闭市电电源；
当危险气体浓度大于等于爆炸极限下限浓度的80％时，控制第一报警装置报警。
步骤2)中所述当前危险气体的浓度为V混＝VCH4+VCO+VH2。
所述危险气体的爆炸极限下限是通过实验得出的经验公式计算得到的，即测量不同温度的该气体在大气环境下的爆炸极限下限，线性回归得到计算公式，然后根据公式计算极限下限。
不同温度的下列气体在大气环境下的爆炸极限下限为：
CH4：LELCH4＝6.5-0.005T
CO：LELCO＝16.6-0.00137T
H2：LELH2＝9.6-0.00842T
其中T为当前温度，单位为摄氏度；
则混合气体的爆炸极限下限的计算公式为：
Figure BDA0001334429680000081
上式中，CCH4、CCO、CH2表示测量的气体的体积分数在三种气体中的百分比，因此上式也可写作：
Figure BDA0001334429680000091
式中VCH4、VCO、VH2为CH4、CO、H2的体积分数。
进一步地，所述用户界面装置还用以输入多路气体浓度检测模块到天然气灶的距离，中心控制模块根据所输入的距离结合室内温度数据和多路气体浓度检测模块检测到的危险气体浓度，根据气体扩散公式计算天然气灶处的危险气体浓度以作为控制操作所依据的当前危险气体的浓度，进一步提高了检测准确度和安全系数。

Claims (8)

1.一种基于宽带电力载波的智能防火安全控制系统，其特征在于：包括中心控制模块、用户界面装置、供电模块、检测模块、控制模块和报警模块；
用户界面装置与中心控制模块相连接；
所述供电模块包括市电供电控制开关、市电供电主线和低压备用电源；市电供电控制开关和低压备用电源分别与市电供电主线连接；
市电供电控制开关用于安装在市电总闸门之后以控制市电供电总线的通断；
供电模块、检测模块、控制模块、报警模块和中心控制模块通过载波电路接入市电供电主线；
所述检测模块包括多路气体浓度检测模块和温度探测模块，所述控制模块包括天然气管路控制模块、通风控制模块和高压氮气罐控制模块，所述报警模块包括第一报警装置；
所述检测模块、控制模块以及报警模块的所有设备均通过各自的载波电路连接至市电供电主线；
所述天然气管路控制模块用于安装在天然气进气管道上以控制天然气进气管道的通断；
所述通风控制模块用于控制管道通风的启停；
所述高压氮气罐控制模块用于控制高压氮气罐内氮气的释放；
所述中心控制模块具有以下分析控制功能：
1)接收多路气体浓度检测模块和温度检测模块的数据，并根据气体的类型和室内温度数据计算当前危险气体的爆炸极限下限浓度；
2)根据当前危险气体的浓度进行控制操作：
当危险气体浓度低于爆炸极限下限浓度的20％时，不进行操作；
当危险气体浓度大于等于爆炸极限下限浓度的20％且低于爆炸极限下限浓度的40％时，通过用户界面装置发出警告；
当危险气体浓度大于等于爆炸极限下限浓度的40％且低于爆炸极限下限浓度的60％时，控制天然气管路控制模块关闭阀门，控制通风控制模块打开排风；
当危险气体浓度大于等于爆炸极限下限浓度的60％且低于爆炸极限下限浓度的80％时，控制高压氮气罐控制模块打开高压氮气罐的阀门，同时启用备用低压安全电源，控制市电供电控制开关关闭市电电源；
当危险气体浓度大于等于爆炸极限下限浓度的80％时，控制第一报警装置报警。
2.如权利要求1所述的基于宽带电力载波的智能防火安全控制系统，其特征在于：所述当前危险气体的浓度为V混＝VCH4+VCO+VH2，所述危险气体的爆炸极限下限为：
Figure FDA0004169363540000021
式中VCH4、VCO、VH2为CH4、CO、H2的体积分数，T为当前温度，单位为摄氏度。
3.如权利要求1所述的基于宽带电力载波的智能防火安全控制系统，其特征在于：所述用户界面装置还用以输入多路气体浓度检测模块到天然气灶的距离，中心控制模块根据所输入的距离结合室内温度数据和多路气体浓度检测模块检测到的危险气体浓度计算天然气灶处的危险气体浓度以作为控制操作所依据的当前危险气体的浓度。
4.如权利要求1所述的基于宽带电力载波的智能防火安全控制系统，其特征在于：多路气体浓度检测模块包括分别用于检测CO气体、CH4气体和H2气体的检测模块。
5.如权利要求1所述的基于宽带电力载波的智能防火安全控制系统，其特征在于：所述第一报警装置设置在防爆安全盒中。
6.如权利要求1至5任一所述的基于宽带电力载波的智能防火安全控制系统，其特征在于：还包括与中心控制模块相连接的无线发射模块。
7.如权利要求6所述的基于宽带电力载波的智能防火安全控制系统，其特征在于：所述中心控制模块通过无线发射模块连接用户智能终端。
8.如权利要求1至5任一所述的基于宽带电力载波的智能防火安全控制系统，其特征在于：所述中心控制模块具有GPRS连接模块。
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