CN108765838A - 一种基于LoRa通信技术的电气火灾监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电气火灾监控系统，包括现场设备层、管理测控层和通信控制层，所述现场设备层和所述管理测控层通过所述通信控制层可通信地连接，所述通信控制层基于LoRa通信技术。本发明采用LoRa无线通信技术构建垃圾焚烧发电厂的电气火灾监控系统，节约了综合布线的线缆成本投入，降低了施工难度，极大地缩短了施工时间，并且后期维护过程简单，便于对各节点设备进行维修更换。

Description

一种基于LoRa通信技术的电气火灾监控系统

技术领域

本发明涉及垃圾焚烧发电领域，具体而言涉及一种基于LoRa通信技术的电气火灾监控系统。

背景技术

垃圾焚烧发电厂的垃圾焚烧发电系统，电气设备构成复杂，需要配备电气火灾监控系统。与传统火灾自动报警系统相比，电气火灾监控系统的特点是在漏电监控方面属于先期预报警系统。所以，即使垃圾焚烧发电厂已经安装了火灾自动报警系统，仍需要安装电气火灾监控系统。

垃圾焚烧发电厂的电气火灾监控系统是专门针对垃圾焚烧发电厂的电气线路故障和涉电意外而设计的，系统联动或控制对象是电力分合等电工器件。传统的电气火灾监控系统的通信控制层主要由通信服务器、接口转换器件以及总线网络等设备构成，系统通过屏蔽双绞线RS485接口，采用MODBUS通信协议总线型连接接入通信服务器，然后通过五类线TCP/TP协议进入工业交换机，然后通过光缆到达监控主机。这种电气火灾监控系统会出现综合布线方式复杂，成本高，故障率偏高，时间跨度大，后期维护更换难度大的问题。与此同时，很多垃圾焚烧发电厂的电气火灾监控系统的建设属于后期改造，受到垃圾焚烧发电厂建设初期电缆井设置部位的影响，很可能需要大范围的重复布线，这本身就是一种资源浪费，在改造时期还会对垃圾焚烧发电厂的正常运营产生影响，效率极低。

因此，有必要提供一种基于LoRa通信技术的电气火灾监控系统，以解决上述问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了克服目前存在的问题，本发明一方面提供一种电气火灾监控系统，所述电气火灾监控系统包括现场设备层、管理测控层和通信控制层，所述现场设备层和所述管理测控层通过所述通信控制层可通信地连接，所述通信控制层基于LoRa通信技术。

在本发明的一个实施例中，所述通信控制层包括LoRa无线网关。

在本发明的一个实施例中，所述现场设备层包括电气火灾监控探测器和终端探测头。

在本发明的一个实施例中，所述电气火灾监控探测器包括剩余电流式电气火灾监控探测器和测温式电气火灾监控探测器。

在本发明的一个实施例中，所述电气火灾监控探测器包括电弧检测式电气火灾监控探测器。

在本发明的一个实施例中，所述电弧检测式电气火灾监控探测器包括拨断开关，用户通过操作所述拨断开关来控制报警并控制是否切断电路。

在本发明的一个实施例中，所述终端探测头包括剩余电流互感器和温度传感器。

在本发明的一个实施例中，所述终端探测头包括烟气传感器。

在本发明的一个实施例中，所述电气火灾监控系统还包括数据集中器，连接在所述通信控制层和所述管理测控层之间。

在本发明的一个实施例中，所述电气火灾监控系统用于垃圾焚烧发电厂。

本发明采用LoRa无线通信技术进行无线数据传输，以构建垃圾焚烧发电厂的电气火灾监控系统，节约了综合布线的线缆成本投入，降低了施工难度，极大地缩短了施工时间，并且后期维护过程简单，便于对各节点设备进行维修更换。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理和装置。

附图中：

图1示出了根据本发明的实施例的电气火灾监控系统的结构框图；以及

图2示出了根据本发明的实施例的电气火灾监控系统的示例性结构示意图。

附图标记说明：

10：电气火灾监控系统 20：现场设备层

30：管理测控层 40：通信控制层

50：数据集中器 12：终端探测头

14：电气火灾监控探测器

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构以及步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

鉴于前述存在的问题，本发明提供了一种基于LoRa通信技术的电气火灾监控系统，该基于LoRa通信技术的电气火灾监控系统可用于垃圾焚烧发电厂。

图1示出了根据本发明的实施例的电气火灾监控系统的结构框图。如图1所示，电气火灾监控系统10包括现场设备层20、管理测控层30和通信控制层40，现场设备层10和管理测控层30通过通信控制层40可通信地连接。其中，通信控制层40基于LoRa通信技术。

图2示出了根据本发明的实施例的电气火灾监控系统的示例性结构示意图。其中，现场设备层10用于采集各种电学数据，并将采集到的电学数据通过通信控制层40传送至管理测控层30，并且还可用于执行来自管理测控层30的操作命令。具体地，如图2所示，现场设备层10包括多个终端探测头12和连接至终端探测头12的多个电气火灾监控探测器14。

其中，多个终端探测头12分布于各配电回路上，用于探测各种信号并将探测到的信号传递至电气火灾监控探测器14。示例性地，终端探测头12可包括例如剩余电流互感器、温度传感器和烟气传感器等。可根据需要设置任何合适类型的终端探测头，本发明对终端探测头的类型并不进行限制。

其中，电气火灾监控探测器14用于通过内置电路及软件对下级终端探测头12传递过来的信号进行智能分析处理，由此判断出下级终端探测头12的状态，诸如故障状态、火灾报警状态、正常工作状态。示例性地，电气火灾监控探测器14可包括剩余电流式电气火灾监控探测器、测温式电气火灾监控探测器和电弧检测式电气火灾监控探测器等。可根据需要设置任何合适类型的电气火灾监控探测器，本发明对电气火灾监控探测器的类型并不进行限制。

其中，电弧检测式电气火灾监控探测器能够采集线路中的电弧波形，检测由于绝缘层破损、线束内部断裂、导线接触处接触不良等因素导致的电气火花，并与内置的电弧波形(包括正常电弧与危险电弧)数据库进行比较和分析，从而判断危险电弧并报警。示例性地，电弧检测式电气火灾监控探测器的面板上可设置有拨断开关，用户可根据现场防火等级的要求通过操作拨断开关来控制报警并控制是否切断电路。

继续参考图2，管理测控层30针对监控网络的管理人员，该层直接面向用户终端。该层也是系统的最上层部分，主要由电气火灾监控系统软件和必要的硬件设备(如计算机、打印机、UPS等)组成。其中软件部分具有良好的人机交互界面，通过通信控制层40读取现场设备层10采集的现场各类数据信息，经过自动计算处理，以图形、数显、声音等方式反映现场的运行状况，并可从用户终端接收操作命令，通过通信控制层40实时发送控制信号至现场设备层10的保护装置及执行机构，以保证电气火灾发生时能够及时处理以及供用电单位的正常工作。

继续参考图2，本发明的通信控制层40采用LoRa(基于扩频技术的超远距离无线传输方案)无线数据传输技术代替传统的综合布线方式(包含接口转换器件及总线网络等)构成的传输网络来传输信号。具体地，通信控制层40可包括LoRa无线网关。LoRa无线网关是一个透明传输的中继，连接前端的现场设备层10和后端的管理测控层30。LoRa无线网关与后端的管理测控层30间通过标准IP连接，现场设备层10采用单跳与一个或更多个LoRa无线网关通信。

示例性地，所有的节点与LoRa无线网关之间均是双向通信。

示例性地，现场设备层10与LoRa无线网关之间的通信是在不同频率和数据传输速率基础上完成的，数据速率的选择需要在传输距离和消息时延之间权衡。由于采用了扩频技术，不同传输速率的通信不会互相干扰，且还会创建一组“虚拟化”的频段来增加LoRa无线网关的容量。为了最大化现场设备层10中终端设备的电池寿命和整个网络的容量，在本发明的实施例中，通过一种速率自适应方案来控制数据传输速率和终端设备的射频输出功率。

本发明的通信控制层40的LoRa无线网关使用线性调频扩频调制技术，既保持了低功耗特性，又增加了通信距离，同时提高了网络效率并消除了干扰。LoRa无线网关采用了新型扩频技术，通过改善接收灵敏度使其在复杂的城市中也能达到1～2km的传输距离，其传输速率可以达到250kbps以上。相比于其他无线通信技术，LoRa无线网关十分适合于复杂空间内的射频通讯，避免定位设备间的布线问题，同时具备低功耗、远距离、低成本等优点。

继续参考图2，在本发明的一个实施例中，电气火灾监控系统10还包括数据集中器50，其设置在管理测控层30和通信控制层40之间。各种数据先通过LoRa无线网关无线传输至数据集中器50，再由数据集中器50传输至管理测控层30，以供用户终端监控数据。并且管理测控层30从用户终端接收到的操纵命令可先传输至数据集中器50，再通过LoRa无线网关无线传输至现场设备层10，以保证电气火灾发生时能够及时处理以及供用电单位的正常工作。示例性地，数据集中器50可放置在监控室内。

本发明的有益效果：

本发明采用LoRa无线通信技术进行无线数据传输，以构建垃圾焚烧发电厂的电气火灾监控系统，节约了综合布线的线缆成本投入，降低了施工难度，极大地缩短了施工时间，并且后期维护过程简单，便于对各节点设备进行维修更换。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种电气火灾监控系统，其特征在于，所述电气火灾监控系统包括现场设备层、管理测控层和通信控制层，所述现场设备层和所述管理测控层通过所述通信控制层可通信地连接，所述通信控制层基于LoRa通信技术。

2.如权利要求1所述的电气火灾监控系统，其特征在于，所述通信控制层包括LoRa无线网关。

3.如权利要求1所述的电气火灾监控系统，其特征在于，所述现场设备层包括电气火灾监控探测器和终端探测头。

4.如权利要求3所述的电气火灾监控系统，其特征在于，所述电气火灾监控探测器包括剩余电流式电气火灾监控探测器和测温式电气火灾监控探测器。

5.如权利要求3所述的电气火灾监控系统，其特征在于，所述电气火灾监控探测器包括电弧检测式电气火灾监控探测器。

6.如权利要求5所述的电气火灾监控系统，其特征在于，所述电弧检测式电气火灾监控探测器包括拨断开关，用户通过操作所述拨断开关来控制报警并控制是否切断电路。

7.如权利要求3所述的电气火灾监控系统，其特征在于，所述终端探测头包括剩余电流互感器和温度传感器。

8.如权利要求3所述的电气火灾监控系统，其特征在于，所述终端探测头包括烟气传感器。

9.如权利要求1所述的电气火灾监控系统，其特征在于，所述电气火灾监控系统还包括数据集中器，连接在所述通信控制层和所述管理测控层之间。

10.如权利要求1-9之一所述的电气火灾监控系统，其特征在于，所述电气火灾监控系统用于垃圾焚烧发电厂。