CN202404705U - 一种基于主从式双工总线通讯的电气火灾监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于主从式双工总线通讯的电气火灾监控系统，该系统包括设备层、通讯层和管理层，通讯层与设备层通过RS485屏蔽双绞线连接通信，管理层与通讯层通过TCP/IP协议通信，通讯层对终端监控单元采集的数据进行读取分析，对于采集上来的非报警数据信号，由管理层发送请求并接受回复；而对于报警数据信号，由通讯层主动发送给管理层，管理层对通讯层接受信号并回复。本实用新型增加了通讯层的主动发送数据功能，使相关报警数据可以在最快时间内反映给管理层，提高了报警事件的响应速度。同时，由于硬件分层，功能细分，同等的资源下处理的工作量更加均衡，资源得到充分的利用，效率得到明显的提高。

Description

一种基于主从式双工总线通讯的电气火灾监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种监控系统，具体涉及一种基于主从式双工总线通讯的电气火灾监控系统。

背景技术

随着日趋现代化的工业生产，电气自动化的程度也日趋广泛，此种情形下市场对于电力的智能化监控的需求显得尤其突出，目前市场上的电力监控产品有很多，例如电力监控系统、电气火灾监控系统等。但是，现有的监控系统，其数据传输是从下层至上层逐层接收，这种数据传输方式在对底层数据的读取上可以满足一般数据的采集要求，但对于电气火灾监控系统来说此种传输方式就显得太过延迟和低效。

目前市场上常规的电力监控系统中数据传输的方法为总线主从结构，请求回复的方式，通过轮询的方式遍历所有的终端设备，能基本满足现阶段的需求。但在电气火灾监控系统通讯过程中，对数据实时性的要求较高，如报警、故障信号；此类数据需快速的传递至用户监控界面，才能及时进行报警、故障的确认并加以诊断排除。

实用新型内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种可对电气火灾报警信号快速响应、迅速报警的基于主从式双工总线通讯的电气火灾监控系统。该系统中，通讯层对终端监控单元采集的数据进行读取分析，对于采集上来的非报警数据信号，由管理层发送请求并接受回复；而对于报警数据信号，由通讯层主动发送给管理层，管理层对通讯层接受信号并回复，因而提高系统的整体工作效率，同时减少主要设备的运行负荷，达到电气火灾隐患的快速响应和报警。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型的一种基于主从式双工总线通讯的电气火灾监控系统包括：

设备层，包括若干设备单元，所述设备单元为电气火灾监控探测器，包括其本体以及以及电流互感器、剩余电流互感器和温度传感器。电气火灾监控探测器通过电流互感器测量负载的电流参数，通过剩余电流互感器测量设备的剩余电流，通过温度传感器来测量电缆的温度大小。温度传感器可以分为单点温度传感器和线式温度传感器两种，具体可根据现场情况有选择的采用；

通讯层，包括交换机和数据采集器；数据采集器可以是通讯管理机、单片机等，其可以对下端设备层采集4×32、8×32、16×32个下层探测器设备或其他模块；

管理层，包括计算机和报警模块，计算机优选为智能计算机，对采集上来的数据进行集中数据处理输出；

所述的通讯层与设备层通过RS485屏蔽双绞线(Modbus-RTU协议)连接通讯，所述的管理层与通讯层采之间通过TCP/IP协议完成通信。管理层本身可以对系统的报警信号产生声光报警，另外可通过短信报警模块来支持不在场管理人员的短信报警通知。

所述数据采集器为通讯管理机或单片机；所述设备单元总数为j×k×m个，其中，j为每路总线可以连接的最大编址单元，j≤32；k为数据采集器的个数；m为选用的通讯管理机或单片机的下端总线个数，m＝4、8或16。所述的管理层设有后备电源和打印机。

在本实用新型中，系统的检测物理量主要有三类：负载的剩余电流、电流及电缆温度。通过剩余电流的大小和现场电缆温度的高低可以探明是否存在电气火灾隐患；确保电流在其允许负载范围之内也是我们预防电气火灾的方向之一。

本实用新型通过采用主从式双工总线通讯，可以快捷、有效的区分测量所得的电气火灾的非报警信号和有电气火灾隐患的报警信号：当现场没有探测到有电气火灾隐患的信号时，本系统中通讯层对设备层，进行常规的遍历轮询，对采集上来的信号根据现场条件进行内部处理，再通过管理层对通讯层进行访问发送接收数据，使得采集到的非报警数据准确的反应在管理层上并加以显示；一旦系统采集到有电气火灾隐患的信号后，系统对电气火灾隐患信号进行及时动作，通讯层通过每条总线回路对其下端探测设备进行数据的逐个多通道采集，同时对采集上来的数据进行数据判断和处理，通过与现场环境允许设定值的比对，把所得电气火灾相关信号分为二级预警信号、一级报警信号，并立刻对预警、报警信号按时间先后启用最高优先级，由通讯层主动向管理层发送报警命令，等待管理层接收到此命令并由管理人员确认命令后，发出确认接收命令，由通讯层接收到确认命令后，不再主动发送相关报警命令。在此通讯过程中，系统继续对非报警数据信号按原本的通讯方法进行数据请求和接收。因为报警数据信号不必和非报警数据信号一起等待管理层的被动巡检，所以使得管理层得以快速、准确的对电气火灾隐患进行报警显示；同时系统中的通讯层、管理层最大化的得到利用，使客户得到响应更加快速，报警更加高效的电气火灾监控系统。在本电气火灾监控系统中，无论设备层连接了多少设备都能在火灾隐患发生的第一时刻快速、准确的报警和反应。通过对管理层发送报警指示，明确告知有火灾隐患的地方，使管理人员及时的对火灾隐患进行排查、检修，从而使得对火灾隐患防范于未然。

有益效果：本实用新型可以充分发挥通讯层的作用，对采集处理过程中产生的报警信号等数据进行快速反应，主动向管理层发送相关数据，接收管理层确认回复，省略原本管理层向下查询的环节，管理层在收到通讯层上传的重要报警数据后，需做接收确认回复，继而整个过程结束。这样使得这些重要的报警数据的响应速率得到大幅的改善；同时，硬件分层，功能细分，使得在同等的资源下处理的工作量更加均衡，资源得到充分的利用，效率得到明显的提高。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构示意图；

图2为本实用新型的工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如图1示，本实用新型的一种基于主从式双工总线通讯的电气火灾监控系统，包括设备层、通讯层和管理层，通讯层与设备层通过RS485屏蔽双绞线连接通信，管理层与通讯层之间通过TCP/IP协议完成通信。

其中，管理层以智能计算机9或人机界面为主，打印机8、UPS后备电源7、GPRS短信报警模块4、状态指示灯10和DI/DO模块5为辅助元件组成。智能计算机9或人机界面作为管理层的中控智能处理中心；UPS后备电源7为处理中心提供断电后的后备电源；GPRS短信报警模块4可以提供不在监控室的管理人员及时的短信报警提示信息；DI/DO模块5可以通过管理层收发命令进行有效的火灾消防联动；通过打印机8可以直接打印现场的报警数据经行故障分析；状态指示灯10为整个系统提供指示服务。

通讯层包括数据采集器3和数据交换机6，数据采集器3为通讯层提供主要的功能硬件支持，负责整个通讯层得数据采集、运算、接收、发送等功能；数据交换机6是作为通讯层和管理层之间多设备数据联通的硬件支持。

设备层是整个电气火灾监控系统的底层现场探测设备，包括若干设备单元，设备单元为电气火灾监控探测器，包括其本体以及电流互感器、剩余电流互感器2和温度传感器1。电气火灾监控探测器通过电流互感器测量负载的电流参数，通过剩余电流互感器2测量设备的剩余电流，通过温度传感器来1测量电缆的温度大小。通过选用合适的温度传感器1可以对各种现场情况进行全面的温度测量。设备单元总数为j×k×m个，j≤32，j为每路总线可以连接的最大编址单元，k为数据采集器3个数(根据现场的探测需求决定个数)，m＝4、8、16，m为选用的通讯管理机或单片机的下端总线个数。

本实用新型的监控系统，其工作原理如图2所示，设备层向被监控对象进行数据采集，对采集数据进行分析判读，根据内部设定值判断是否发出报警，如需报警则发出声光报警，显示具体报警点的位置。使得现场管理人员及时、准确的处理设备所探测到的电气火灾报警故障。

通讯层通过RS485屏蔽双绞线并采用遍历轮询的方式对设备层进行数据采集。通讯管理机对设备层设备发送采集命令，设备层设备接收到采集命令后，返回接收确认命令(含带采集命令所对应的数据参数)，数据采集器3在读取到接收返回命令后，发送下一组采集命令，在各通讯总线回路中依次对探测设备的数据进行读取。

管理层对通讯层数据的采集在处理非报警信号时，通过TCP/IP网络连接同样采用遍历轮询的方式进行采集。由管理层发出采集命令，通讯层接收到采集命令后，返回接收确认命令。管理层读取此命令，依次向下发出新的采集命令。管理层对采集到的信号进行完整的分析处理并加以显示，便于管理员的查询和记录。

管理层对通讯层数据的采集在处理报警信号时，通讯层对设备层采集来的数据进行分析处理后对超过火灾预警条件的信号产生报警，对待相关数据时管理层与通讯层的主从结构瞬时发生变化，由通讯层主动发出报警信号命令，管理层接收命令并返回接收确认命令，然后处理下一个报警信号，直到所有报警信号全部由管理层确认接收，继而完成此次管理层与通讯层的主从转换。而正常的采集数据则按原来的通讯方式传输给管理层，此时两种通讯方式一起工作互不影响。

本系统中的检测物理量主要有三类：负载的剩余电流、电流和电缆温度。对电缆温度的测量分为单点温度测量和线式温度测量，其中单点温度测量主要是柜内的电缆温度测量，而线式温度测量则是对复杂环境中电缆的最高温度点进行温度测量，系统通过温度测量可以确保现场温度在可控温度以内，一旦超过最高温度设定值，可以立即进行报警，通过这种繁简结合的温度测量来达到我们电气火灾监控系统的全方位电缆温度测量监控要求。

本实用新型的一种基于主从式双工总线通讯的电气火灾监控系统，其监控步骤如下：

1)对探测的区域进行分区，根据分区中的测量数量和类型选择合适的电气火灾探测器(对应的剩余电流、电流和温度等检测物理量路数的选择)。

2)各区域的探测总线的数量分为k×m份(m＝4、8、16，k为数据采集器3个数)；

3)前置数据采集器3通过数据总线逐个向编址单元发送地址码、命令码、功能码和校验码，并接收对应编址单元的回码；如通讯正常，传回应读数据，如不正常，则传回故障代码；

4)管理层对上端通讯层的正常火灾电力参数通过遍历轮询的方式进行数据的采集和反应；

5)通讯层对下端设备层在测量温度和剩余电流中所采集到的值进行轮询读取，对超过现场允许设定值的测量数据进行处理并产生电气火灾报警信号；

6)当通讯层判断产生报警信号后，由通讯层主动向管理层发送相关信号，使得管理层能对整个系统中的警示信号进行快速显示并报警。

在本实用新型中，管理层和通讯层之间通过TCP/IP协议来完成其通讯要求，再根据数据采集器3的数量分配其相应的网络地址，实现和管理层之间的多机联合运行，通过在设备层中对所有下端探测设备进行统一分组，分为k×m组，对每组中的探测单元进行地址设定，使数据采集器3对其下的每路总线中的各组设备对应的设定地址进行遍历轮询采集，在通讯层和设备层之间采用RS485屏蔽双绞线(Modbus-RTU协议)连接通讯，使得通讯层和设备层都能充分的发挥其所在层的工作效能。设备层的探测设备可以现场反应实时的温度数据、剩余电流数据和电流数据，能自主的对报警参数进行判断，在第一时间显示报警点并发出声光报警。在管理层中由智能计算机9作为主体，通过语音报警装置、打印机8和UPS后备电源7构成整个完整的前台管理层。可以通过加装GPRS短信模块4实现短信通知，可以面向管理层管理人员通过发送报警短信进行第一时间不在场管理人员的通知。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于主从式双工总线通讯的电气火灾监控系统，其特征在于该系统包括：

设备层，包括若干设备单元，所述设备单元为电气火灾监控探测器，包括其本体以及电流互感器、剩余电流互感器(2)和温度传感器(1)；

通讯层，包括交换机(6)和数据采集器(3)；

管理层，包括计算机(9)和报警模块(4)；

所述的通讯层与设备层通过RS485屏蔽双绞线连接通讯，所述的管理层与通讯层之间通过TCP/IP协议完成通信。

2.根据权利要求1所述的基于主从式双工总线通讯的电气火灾监控系统，其特征在于：所述数据采集器(3)为通讯管理机或单片机；所述设备单元总数为j×k×m个，其中，j为每路总线可以连接的最大编址单元，j≤32；k为数据采集器(3)的个数；m为选用的通讯管理机或单片机的下端总线个数，m＝4、8或16。

3.根据权利要求1所述的基于主从式双工总线通讯的电气火灾监控系统，其特征在于：所述温度传感器(1)为单点温度传感器或线式温度传感器。

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