CN201698554U - 电气火灾微机保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电气火灾监控探测装置，特别为一种新型的电气火灾微机保护装置，本实用新型的技术特征主要包括电气火灾专用模块、调理电路、16位高精度A/D电路、看门狗电路、无线GPRS通讯电路、CPU、状态保持防误出口专用电路。电气火灾专用模块的输出经过调理电路、16位高精度A/D电路输入到CPU，看门狗电路的输出输入到CPU，CPU输出送到状态保持防误出口专用电路。本实用新型克服现有通讯不方便，不能随时随地监控、采样精度低、误出口动作的技术问题，具有通讯便捷、采样精度高、克服了误出口的优点。

Description

电气火灾微机保护装置 

技术领域

本实用新型涉及一种电气火灾保护装置，特别是一种应用于大中型建筑中的电气火灾微机保护装置。 

背景技术

随着我国经济建设的高速发展，现代电网结构日趋复杂，我国电气火灾事故数量呈上升趋势。据公安部消防局《中国火灾统计年鉴》数据统计显示，自1993～2002年全国范围内共发生电气火灾203780起占整个火灾比例的40％以上，所以对电气火灾的高精度检测、实时监控以及可靠动作提出了更加的苛刻要求。 

监控装置主要实现了对用电回路的测量、保护、监控等功能。它通过对剩余电流(俗称漏电)节点采样，通过电气火灾专用模块的变换后得到电压，此电压再经过模似低通滤波回路，经过阻抗匹配和限压保护电路后输入到串到A/D转换后，得到数字信号，最后进入CPU；CPU通过计算判断之后，将测量所得信息显示出来，如事故记录、接触器分合、遥信变位、以及其它动作量的等保护。进而达到了装置的基本功能要求。 

在实现上述功能时，目前市场上的电气火灾监控装置硬件上在做通迅回路、装置出口处理出口处理和采样电路处理时，通常采用以下方式： 

1、通迅方式用有线的形式如485、422、CAN等。 

2、装置出口控制采用单一控制信号对光耦进行判断处理。 

3、使用CPU内部的A/D采样功能。 

同样这几种方式的选择也伴随着出现了相应的问题： 

1、通迅回路成本偏高，布线施工工程巨大，更重要的是不能实现实时的随时随地的监控。 

2、装置出口电路简单，在装置电压不稳和在程序异常时，误出口的几率较大。 

3、使用内部的A/D采样功能，不能实现更高的采样位数，和更高的更高的分辨率。精度误差比较大。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种应用于大中型建筑的电气火灾监控，采样精度高、动作可靠的微机保护装置。 

本实用新型的主要技术特点在于：包括电气火灾专用模块、调理电路、CPU，其特征在于：电气火灾专用模块输出经过调理电路和16位高精度的串行A/D电路输入CPU，看门狗电路的输出输入CPU，无线GPRS通讯电路输出输入到CPU，CPU输出送到状态保持防误出口专用电路。 

本实用新型的主要技术特点还在于：无线GPRS通讯电路采用TC35i模块，232电平接口芯片采用美信232专用芯片。 

本实用新型的主要技术特点也在于：信号状态保持防误出口专用电路由状态保持电路U1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、光耦U2组成。 

本实用新型的主要技术特点同时在于：16位高精度的串行A/D电路使用美信公司的MAX1133串行A/D采集芯片。 

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过采用无线GPRS通讯电路大大提高监视的实时性，可以方便随时随地查看电气状况，同时降低了通讯的工程设备成本。通过采用保持防误出口专用电路避免了在电源电压不稳和程序异常造成的误出口现象。同时通过使用外置的16位高精度串行A/D电路大大提高了采集精度，可以在相应的范围内连接的采样，无需区分相应的档位，大大提高了装置的准确性误差精度大大优于国家强制5％要求，达到2％。 

本系统集电力系统、电子技术、自动化、无线通讯、模拟电路运用之大成，以计算机和网络技术为依托，面对系统通盘设计、优化功能和简化系统，用分散、分布式结构实现面向对象的思想。可在恶劣严酷的工业环境下(如高低温、震动、有毒有害气体、强电磁干扰等)长期可靠地工作运行。 

附图说明

图1为本实用新型运力图 

图2为无线GPRS通讯电路图 

图3为改进后的状态保持防误出口专用电路图 

图4为常规(未改进)单一信号对光耦进行处理 

图5为装置采用外置的16位串行A/D电路的连接电路 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。 

如图1所示，电气火灾微机保护装置，包括电器火灾专用模块1、调理电路2、16位高精度A/D电路3、看门狗电路4、无线GPRS通讯5、CPU6、状态保持防误出口专用电路7，其中电气火灾专用模块1输出经调理电路2和16位高精度A/D电路3输入到CPU6，无线GPRS通讯输出到CPU6，看门狗电路4的输出输入CPU6，COU6输出送到状态保持防误出口专用电路7。 

如图3所示，状态保持防误出口专用电路7由状态保持电路U1、光耦U2、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6组成，单片机信号I/O_IN1，I/O_IN2输入到状态保持电路U1，状态保持电路对应的输出I/O经过电阻R6控制U2的二极管的正端、I/O2控制光耦U2的负端，ENABLE和CLK也是单片机控制信号，VCC，GND是电源和地。 

本实用新型可应用于一种大中型建筑中的电气火灾监控与保护。 本方案选用无线GPRS通讯电路替代了以往的有线的485通讯等通讯方式，通过MAX3238芯片电平转换后，控制西门子的无线GPRS通讯模块，实现随时随地的查询和控制方式。由电气火灾专用模块得到漏电的弱电信号，经过调理电路(低通滤波和电压抬升)和16位高精度A/D采样后进入CPU。装置采用看门狗电路复位，防止装置死机不恢复。装置出口采用状态保持防误出口专用电路，防止装置电源不稳的误出口，和程序跑飞引起的误出口。 

1、无线GPRS通讯 

目前市场上的同类产品在处理电气火灾的监控时通常采用有线通讯方式(如485，CAN等)接入监控室，这样预布置通讯接线，这样的话，成本会大大增加，同时还必须安排值班人员监视有通讯上传的设备状态，有告警、异常动作，必须立即上报相关的领导。在用无线GPRS通讯实现后，首先可以省去预布置通线的工作，其次通过预设与程序里的相关人员的手机号码后，有任一装置告警、异常动作会立即发通知到相关的人员手机上，实现无人值守的目的，同时还可以实现遥控的功能，也就是能过手机可以遥置任一装置的工作和告警等状态。 

接线图如图2，芯片各管脚定义如下： 

DCD：载波检测 

RXD：接收数据 

TXD：发送数据 

DTR：数据终端准备好 

VSS：信号地 

DSR：数据准备好 

RTS：请求发送 

CTS：清除发送 

RLNG：振铃指示 

TC35i无线通讯模块是一款适用于工业环境运用的小体积(名片大小)，高性价比，支持中文短信息，工作在EGSM900和GSM1800双频段。CPU通过串口芯片连接西门子的模块后，通过AT指令可以实现数据和短信的收发。 

2状态保持防误出口专用电路 

图4为未改进时装置出口控制电路，图3为改进后的状态保持防误出口专用电路。两图结构是都是用光二极管驱动光耦次级实现继电器的控制，工作原理为能过单片机控制光耦输入(I/O1)，使三极管导通，进而使VCC电源与OUT1导通，控制外部的继电器或其它的控制器件。以下分别介绍上述两图例。 

当按照图4接线时，光耦的第二脚接地，在光耦第一脚阳极有电压的条件下，光耦的次级VCC/OUT1自然导通，配合后续电路，实现继电器出口。 

未改进时如图4： 

因为控制光耦U1的管脚只有一个信号(I/O1)，所以在程序存在跑飞或电源不稳定和复位时都有可能造成误出口。 

当按照图3接线时，CPU控制信号I/O_IN1、I/O_IN2，经过状态保持电路U1(FM1105)的控制后才能输出I/O1、I/O2，两控制信号分别控制光耦U2的第一脚和第二脚，使U2的第一脚为高，U2的第二脚为低，实现发光二极管导通，使三极管的第3和4脚导通。 

下面介绍U1(FM1105)的状态保持电路工作原理，及如何实现防误出口原理的。 

A：电源上下波动变化时候，U1(FM1105)是有非挥发的FRAM材料做成的，具有状态记忆保存的，所以电源上下波动变化，其端口的状态不会随之变化。 

B：如何实现防止误出口 

U1(FM1105)正常的操作过程是： 

只有第一脚(ENABLE)为高电平，且第五脚(CLK)是上升沿的时候，第三、七脚的状态才会分别于第二、六脚的状态一致。也就是改变CPU的控制管脚在最终变化到光耦U2上。 

改进后如图3接线后，克服误出口原理介绍如下：需要说明的是控制光耦U2导通需要的条件是首先第一脚(ENABLE)为高电平，其次是第五脚(CLK)是上升沿，无论在装置是程序跑飞或者电源不稳定或复位等其他非正常的条件下都不会同时出现这两种条件，只有是CPU在正常的控制指令下，才会发生，也就是从根本上使装置误出口的情况解决了。 

3、外置16位高精度串行A/D电路 

由于使用内置的A/D转换功能，其不仅采样位数低12位以下，且只能单方向采样，也就是说只能采集正的模拟信号，这样的情况下大大缩小了采样的范围，且还需要其它的电路配合抬升电压。 

若采用16位高精度串行A/D采样电路，则不存在上述的缺点。实现工程应用中的分档采样同时也不需要了，这样的话就是整个范围的连续采样，精度可以做到2％，大大优于国家强制要求的5％的误差范围。 

其接线如图5CS、SCLK、DOUT、DIN是通用的SP1串行通讯总线、RST是复位管脚用CPU控制、SHDN，关断方式的选择，可以实现睡眠等低功耗的功能。 

改进之后的电气火灾监控探测装置在通讯控制和工程施工成本上有了大幅降低，提供了监控的实时性，大大改善了由于采用内置A/D采样精度不高和分辨率太低的缺点，解决了监控探测器装置在电源不稳定和程序跑飞及复位状态下，误出口的难题。 

Claims (4)

1.一种电气火灾微机保护装置，包括电气火灾专用模块(1)、调理电路(2)、CPU(6)，其特征在于：电气火灾专用模块(1)输出经过调理电路(2)和16位高精度的串行A/D电路(3)输入CPU(6)，看门狗电路(4)的输出输入CPU(6)，无线GPRS通讯电路(5)输出输入到CPU(6)，CPU(6)输出送到状态保持防误出口专用电路(7)。

2.如权利要求1所述的电气火灾微机保护装置，其特征在于：无线GPRS通讯电路(5)采用TC35i模块，232电平接口芯片采用美信232专用芯片。

3.如权利要求1所述的电气火灾微机保护装置，其特征在于：信号状态保持防误出口专用电路(7)由状态保持电路U1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、光耦U2组成。

4.如权利要求1所述的电气火灾微机保护装置，其特征在于：16位高精度的串行A/D电路(3)使用美信公司的MAX1133串行A/D采集芯片。 

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