消防设备电源安全一体化监控系统的设计

吴东波, 沈 杰, 张 丹, 李喜明

(丹东华通测控有限公司, 辽宁 丹东 118009)

消防设备电源安全一体化监控系统的设计

吴东波, 沈 杰, 张 丹, 李喜明

(丹东华通测控有限公司, 辽宁 丹东 118009)

介绍了消防设备电源安全一体化监控系统的设计及其应用。通过监控消防设备电源的工作状态,提前发现可能出现的消防设备问题,为消防设备的配电安全提供可靠的保障,能在火灾情况下为人员疏散和营救起到积极作用。

消防电源; 电源监控; 电压/电流传感器; 监控系统

0 引 言

建(构)筑物的消防安全很大程度上取决于消防设备,而消防设备能否正常工作又取决于供电电源的工作状态。消防设备电源有异常或不工作,一旦发生火灾,将导致消防水泵、防火卷帘门、排烟风机、消防电梯等设施不能发挥作用,火场扑救和人员疏散无法进行,造成严重的后果。

消防设备电源安全一体化监控系统是依据GB 28184—2011《消防设备电源监控系统》设计的,该系统能够反映被监控设备电源的状况,从而有效避免火灾发生时消防设备由于其供电电源故障而无法正常工作的危急情况,最大限度地保障消防联动系统的可靠性。

1 系统软件设计

消防设备电源安全一体化系统组成如图1所示。消防设备电源安全一体化监控系统采用集中式、模块化设计,以消防设备电源的监测为核心,通过消防设备电源安全一体化监控设备、单/三相(电流/电压)交/直流监控模块传感器,以DBUS总线通信技术采集数据为手段,将建筑物内受检测的消防设备电源运行信息、故障信息、位置参数等进行跟踪采集、存储、分析,方便用户进行管理和监控,并通过人机交互界面,将消防设备电源的数据汇总显示,具有管理、查看、报警、打印等多项功能。

(1) 电源故障的建立。电源故障主要有主电故障和备电故障两种类型。当主电断电或电压不足时,监控设备发出故障信号,主电故障指示灯点亮,液晶屏上显示故障类型及时间。值班人员应检查主电供电电路及控制装置内部主电熔断器是否熔断,当主电恢复正常后,监控设备自动复位。当备电电池有电压不足、电池连接线断线、电池短路等故障时,备电故障指示灯点亮,液晶屏上显示故障类型及时间。值班人员应检查备电电压和备电熔断器以及备电回路是否有断线,故障解除后监控设备自动复位。

图1 消防设备电源安全一体化系统组成

(2) 故障报警的建立。当单/三相(电流/电压)传感器的通信线、传感器或传感器监测的消防电源发生故障时,监控器发出被监测回路的故障信号,点亮故障指示灯,发出故障报警信号,同时在液晶屏上显示故障总数、故障时间、故障部位及故障类型,并按照设置决定是否打印故障信息,所有故障部位可查询,当故障解除后故障报警可自动解除。

(3) 联动输出的建立。监控主机带4组联动继电器,每个联动继电器的控制均可手动、自动实现联动继电器的动作和不动作。可以通过消防设备电源安全一体化监控设备输入/输出传感器来拓展输出接口。所有输出继电器的容量为DC 30 V/5 A或AC 250 V/5 A。

(4) 网络功能的建立。系统自带二路以太网接口,可与消防控制中心上位机进行信息交互。

(5) 事件记录功能的建立。消防设备电源安全一体化监控系统可记录最近发生的10 000条故障报警事件,事件记录包括事件发生时间、类型等信息,用户可以通过液晶屏进行事件查询。

消防设备电源安全一体化监控系统根据电源需求的多样性,消防供电又分为直流电源、单相交流电源、三相三线交流电源、三相四线交流电源。因此,消防设备电源安全一体化监控系统应具有能够检测以上电源类型的单/三相(电流/电压)交/直流监控模块传感器,并通过总线通信的方式,将检测到的信息传递到消防控制室,以便控制室工作人员统一监测并管理。这样,就构成了一个完整的消防设备电源监控系统。

2 监控设备及产品设计

2.1 消防设备电源安全一体化监控设备

消防设备电源安全一体化监控系统结构如图2所示。

消防设备电源安全一体化监控设备采用实时对单/三相电源监控模块,采用对相仿设备电源进行实时的监控,通过检测消防设备电源的电压、电流、开关状态等有关设备电源信息,从而判断电源设备是否有断路、短路、过压、欠压、缺相、错相以及过流(过载)等故障信息,并报警、记录监控系统。系统具有数字化、智能化、网络化、自动化和连续监控的特性,实时反映被监控设备电源的状况,并集中显示,从而可以有效避免在火灾发生时消防设备由于电源故障而无法正常工作的危急情况,最大限度地保障消防联动系统的可靠性。

消防设备电源安全一体化监控设备内部原理框图如图3所示。消防设备电源安全一体化监控设备主要由内置式消防电源控制设备电路、主机硬件、DBUS主站总线通信接口电路和备电电池组成。内置式消防电源控制设备电路主要由主供电电路和备供电电路形成主备电源切换及电源状态信号,主供电电路工作的同时对备电进行充电。当电池充满时,自动转换为浮充状态,抵消电池的自放电,保证电池供电时的容量。同时,电源自行检测主、备供电电路的工作状态,例如主供电电路欠压、备供电电路欠压、备供电电路短路、备供电电路断路等。

图2 消防设备电源安全一体化监控系统结构

图3 消防设备电源安全一体化监控设备内部原理框图

主机硬件采用工业级10.4英寸LED液晶、 Intel Atom N2600双核(1.6 GHz)嵌入式低功耗双核处理器,支持HDD、CF、SSD、M-SATA数据接口。该整机适用于移动和震动环境,可连续24 h不间断工作,内置USB加密狗接口,可大幅提高系统运行安全和可靠性。

DBUS主站总线通信接口电路由DBUS总线主站专用通信接口芯片实现,具有可供电、无极性、两线制通信机制,有通信设备容量大,通信速率高、设计简单、布线方便、抗干扰能力强等特点。DBUS总线采用主从方式通信,通信信号采用DBUS二总线制,实现信号载波到DC 24 V线路中。DBUS二总线抗干扰能力强,对现场施工布线更容易、更可靠,减少了线缆施工及维护成本。同时与传感器通过DBUS总线进行信息互交,监控设备循环对连接在DBUS总线上的传感器按地址进行巡检,接收DBUS报警器的正常、故障信息,并存储、分析、处理,再进行声光指示。

DBUS单总线通信链路组网结构图如图4所示。

图4 DBUS单总线通信链路组网结构

电源状态信号控制器电路由单片机和继电器组成,通过检测电源的各种状态(如电压异常、低电压、过压、备电状态等),可实现自动、手动控制以实现电源状态信号采集和消防设备故障报警联动信号的输出,来防范消防设备的安全隐患。

2.2 单/三相(电流/电压)交/直流监控模块传感器

单/三相(电流/电压)交/直流监控模块传感器可实时监测单相或三相电量,具有过压、欠压、过流等报警功能;提供一路或两路开关量输入功能,可监测开关状态;提供一路继电器输出,可连接报警控制回路;具有事件存储功能,报警器能够记录报警发生的时间、类型、参数,根据报警记录可以分析现场情况,为消除故障提供依据;采用现场总线通信技术,上位机管理软件可以时刻监控现场的运行情况,及时发现报警信息。

DBUS总线的从站专用通信接口芯片具有可供电、无极性、两线制通信机制,标准通信协议可以与各种标准系统相连;具有集成度高、网络化、智能化程度高、动作特性合理等优点;同时把故障信息上传给消防设备电源监控系统,以便信息的集中显示。该监控模块具有数字化、智能化、网络化、自动化和连续监控的特性。

2.2.1 硬件结构设计

在硬件设计上,单/三相(电流/电压)交直流监控模块传感器MCU采用DSP数字处理器,通过高精度测量功能14位A/D 转换芯片来提高采样速率,实现消防设备工作电压及运行电流的快速采样及多通道同时采样,避免因不同采样造成的计量误差。

DBUS两线制总线通信接口,将供电线与信号线合二为一,实现了信号和供电共用一个总线,有效降低了线缆的施工成本。

单/三相(电流/电压)交/直流监控模块传感器硬件结构如图5所示。

图5 单/三相(电流/电压)交/直流监控模块传感器硬件结构

通过检测消防设备电源的电压、电流、开关状态等有关设备电源信息,从而判断电源设备是否有断路、短路、过压、欠压、缺相、错相以及过流(过载)等故障信息并报警、记录,同时把故障信息上传给消防设备电源监控系统,以便信息的集中显示。

2.2.2 DBUS总线硬件电路原理设计

DBUS总线接口电路采用总线取电模式,适用于总线负荷额定电流1 A的大功率节点设计。DBUS总线从站电路原理如图6所示。

图6中,电阻R5、R6的作用主要是防止节点用电时产生较大电流,把总线电压拉低;省去一个二极管,总线取电时可以减小功耗,另外2脚和8脚仍然可以存在负压差,解调时不会出现问题(功耗变大,上升沿不会出现较大波动)。

图6 DBUS总线从站电路原理

E1、R5、R6的具体选取方法如下:

(1) 假设节点的最小工作电压为U,最大工作电流为I。

在通信状态为静态时,总线芯片和单片机电流主要由8脚处提供,工作时的动作电流将由总线提供。该设计可以防止在小电流情况下8脚的电压被“打”起来而造成解码错误,又解决了大电流的情况下功耗较高的问题。

2.3 系统监测、保护和信息上传等多种功能于一体的实现

单/三相(电流/电压)交/直流监控模块传感器实时监测单相或三相电量,具有过压、欠压、过流等报警功能;通过实时监测的运行数据和消防电源设备的运行状态,实现消防电源设备故障的预报警功能;并通过DBUS二总线通信上传到监控主机,监控主机可以判断电源电压的状态,包括过压、欠压、中断供电等电源状态,主机分析处理后指示电源故障类型,并发出声光报警信号。上位机管理软件可以时刻监控现场的运行情况,及时发现报警信息,并准确记录报警发生的时间、类型、参数,根据报警记录可以分析现场情况,为消除电源设备故障提供依据。

3 产品应用

消防设备电源安全一体化监控系统的应用采用消防电源分层分布式设计思想,实施“3+2”分层分布设计,主要将消防用电设备运行的各项数据传向一体化监控系统中,有效保障消防设备电源运行的稳定性、可靠性,对建筑消防设施实施有效监管。

消防设备电源主回路监控电路图如图7所示。

图7 消防设备电源主回路监控电路图

消防设备电源安全一体化监控系统在应用设计上应根据电气线路敷设和消防用电设备具体情况,确定消防设备电源监控模块传感器及传感器的形式与规格;对于单体建筑且监控点数小于512 点的系统,至少应由一台消防设备电源安全一体化监控设备及若干台电源监控模块传感器等设备组成。

消防设备电源安全一体化监控系统应用领域如表1所示。

表1 消防设备电源安全一体化监控系统应用领域

大型建筑或建筑群宜采用分散与集中相结合的控制方式,即在各消防控制室或有人值班场所应用消防设备电源安全一体化监控系统,将各消防设备电源状态及报警信息传回至消防控制中心的上位机,统一管理、监测、显示信息,形成消防设备电源一体化安全监控。

4 结 语

一直以来,因消防设备电源失控造成消防设备失灵,致使火灾蔓延的事情屡有发生。如果没有可靠的电源保障,大量的消防设施在火灾发生时形同虚设。要确保消防设备电源的可靠性,就必须重视消防设备供电安全。消防设备电源安全一体化监控系统的设计,通过监控消防设备电源的工作状态,提前发现可能出现的消防设备问题,属于“事前报警,避免损失”,为消防设备的配电安全提供可靠的保障,能在火灾情况下为人员疏散和营救起到积极作用。

[1] GB 28184—2011 消防设备电源监控系统[S].

[2] GB 25506—2010 消防控制室通用技术要求[S].

[3] 司戈.我国电气火灾形势及特点分析[J].建筑电气,2013,32(10):3-8.

[4] 赵东明,王禹,王鹏.消防设备电源监控系统设置的必要性与应用[J].消防技术与产品信息,2014(1):63-68.

[5] 王磊,姚少军.消防设备电源监控系统在现场中的应用[J].现代建筑电气,2014,5(6):52-55.

Design of Power Integration Monitoring System of Fire Safety Equipment

WU Dongbo, SHEN Jie, ZHANG Dan, LI Ximing

(Dandong Huatong Measure & Control Co., Ltd., Dandong 118009, China)

This paper introduced the design and application of power integration monitoring system of fire safety equipment.By monitoring the operating state of fire power,the problems of the fire safety equipment can be found in advance,which provides the reliable guarantee for the distribution safety of fire safety equipment.It plays a positive role for evacuation and rescue of people in the fire accident.

fire power; power monitoring; voltage/current sensor; monitoring system

吴东波(1983—),男,工程师,研究方向为低压配电测量仪表与自动化系统。

TU 852

B

1674-8417(2014)10-0047-06

2014-08-28

沈 杰(1982—),男,研究方向为电气自动化产品的开发。

张 丹(1984—),女,研究方向为电气仪表技术研究。

李喜明(1986—),男,研究方向为电气自动化产品的开发。