一种无线智能消防风阀控制系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种无线智能消防风阀控制系统及方法，消防风阀控制系统采用无线通信方式，在消防风阀控制电气单元上设置一个风阀控制器用于风阀状态监控；在消防控制室侧设置一个主控制器对消防风阀状态监视与风阀消防联动控制进行实时处理；在风阀侧控制器与消防控制室侧主控制器之间设置若干个信号接力传送单元（路由器），用于消防控制室侧主控制器与风阀侧控制器之间的信号接力传送。正常工况时监视风阀状态；消防联动时控制风阀的开启与闭合，实现消防排烟动作。本发明具有抗干扰性强、自动监控、安装调试方便、维护成本低等优点，满足消防风阀监控系统可靠、抗干扰、稳定的控制要求，可广泛于建筑物消防系统和通风空调系统。
【专利说明】
一种无线智能消防风阀控制系统及方法
技术领域
[0001]本技术涉及一种建筑物消防与空调风阀控制系统，尤其涉及一种无线智能消防风阀控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]目前市面上所出现的各种消防排烟与空调控制系统中的风阀控制，主要是采用简单的有线方式的控制模式，实现风阀的启停控制和风阀状态检测功能，因此，风阀控制系统线路复杂，控制系统施工量大，系统安装和维护成本高。随着我国消防产业规模的不断扩大，消防行业技术的提升和智能消防的发展，采用有线监控的风阀控制控制模式由于其抗干扰性差、安装与维护困难等缺点，越来越不能满足现代消防系统的监控要求。同时，建筑消防与空调控制室为了掌握现场风阀工作状态数据，需要对各个现场的风阀运行状态进行监测，并与消防主机进行通信，由于风阀处于分布式状态，现有的有线监测网络已经不能适应新的监控模式的要求。
[0003]目前，有线方式风阀监控系统采用总线编码模式，这种系统使用的是总线型网络，当网络中有一个节点出现故障时，影响整个网络的运行，其可靠性、实时性和抗干扰性差，同时网络的扩展性差，不便于风阀监控网络规模的扩大。也有的系统采用其他的网络结构(如CAN监控网络)，一定程度上改善监控系统的性能，但仍使用有线网络系统，系统的抗干扰性和可靠性仍然不高，限制了其在消防与空调系统中风阀监控的应用。
[0004]ZigBe技术是一种新兴的无线传感器网络技术，是一种低功耗、低复杂度、低速率、低成本，可靠性、实时性、灵活性非常高的无线网络通信技术。与其他无线网络技术相比较，ZigBee网络在功耗、成本、复杂度和自组网方面具有优势，特别是ZigBee技术使用ISM通信频段，无需申请专用频段;在网络协议方面使用ZigBee联盟的协议，无需专利费用;ZigBee网络具有星型、网状型等到多种拓扑结构，用户可自行选择组网形式;ZigBee网络还具有自组网功能，网络中的节点可随时加入或退出网络，并不影响网络的正常工作，其网络容量可多达6.5万个节点，特别适用于分布式监测系统中；ZigBee的网络协议包使用灵活，用户可针对不同的应用，对网络协议进行精简，以提高网络的数据传输效率;ZigBee网络的传输距离，在增强了 RF的发射功率后，可达Ikm左右，满足用户对传输距离的要求;ZigBee实时性非常强，数据传输时延短，接入网络的时时在30ms以下，相对其他无线网络的接入时间短得多；ZigBee节点在不工作时，自动进行休眠状态，能从很短的时间内容转入到工作模式，节约系统能量;此外，ZigBee还具有三级安全模式，用户可以根据需要选择，对系统传输数据具有很好的安全性。
[0005]ZigBee技术特别适用于传输数据量较小、实时性要求高传输距离短、有线控制实现困难及安装与维护成本高、系统资源受限和工作环境恶劣的场合。
【发明内容】
[0006]本发明针对以上问题，研制了一种使用和扩展方便，组网方式灵活，实时性强、抗干扰，数据信息安全性高的无线控制的智能消防与空调风阀监控系统。本发明包所使用的技术手段如下:
一种无线智能消防风阀控制系统，包括:
一个主控制器、若干个风阀状态信息采集与风阀控制器(简称:风阀控制器，下同)、若干个数据接力传送控制器(路由器)；主控制器位于消防控制室侧，风阀控制器位于风阀侧，数据接力传送控制器(路由器)位置相对固定；
主控制器通过安装在各风阀上的风阀控制器对风阀运行状态信息进行采集，由主控制器对这些信息进行分析处理和存储，传输到消防控制台或进行风阀工作状态信息显示；当消防控制台产生消防联动信号时，主控制器产生风阀控制指令，通过数据接力传送控制器(路由器)传送至风阀控制器，启动风阀进行排烟或通风；当消防联动结束时，主控制器发出风阀闭合指令，通过数据接力传送控制器(路由器)传送至风阀控制器控制阀闭合。
[0007]其特征在于:
在所述控制器上均设有ZigBee处理器与通信单元，用于消防控制室主控制器与风阀控制器之间的风阀状态信息的接收以及消防联动时风阀开启与闭合指令的传送；
所述消防控制室侧主控制器包括:ZigBee通信单元、ZigBee处理器单元、主处理器单元、数据接口单元、电源单元;其中ZigBee通信单元实现与风阀控制器之间的通信，接收到风阀控制器发来的风阀工作状态信息后，通过ZigBee处理器单元处理，产生风阀状态信号，然后通过主处理器发送至显示屏上显示；同时，将风阀工作状态信息通过数据接口单元传输至消防控制台；消防联运时，接收消防控制台的联动信号，经主处理器处理，传送至ZigBee处理器生成风阀开启或闭合指令，由ZigBee通信单元发送至风阀控制器，控制风阀的开启或闭合；
所述风阀控制器包括:风阀状态数据采集监测单元、风阀开启或闭合控制单元、信号转换与隔离单元、ZigBee处理器单元、ZigBee通信单元、电源单元;其中风阀工作状态数据采集监测单元、信号转换与隔离单元采集风阀的工作状态信息，然后送到ZigBee处理器单元中进行处理，再通过ZigBee通信单元传送至消防控制室侧主控制器;消防联动时,ZigBee通信单元接收到消防控制室侧主控制器发送的风阀开启或闭合信号，经ZigBee处理器单元处理后，产生风阀开启或闭合指令，控制风阀开启或闭合，进行消防火灾排烟或空调系统的通风；
所述信号接力传输控制器(路由器)包括:ZigBee通信单元、ZigBee处理器单元、电源单元;其中ZigBee通信单元接收到空中数据信号，经ZigBee处理器单元处理，判断是否是需要接力传输的数据，若是，则进行数据转发，完成数据接力传送。
[0008]—种无线智能风阀控制方法，其特征在于包括如下步骤:
a.风阀控制器和消防控制室侧主控制器、数据接力传输控制器(路由器)开机初始化，自动组建基于ZigBee的无线监控网络；
b.风阀控制器和消防控制室侧主控制器、接力传输控制器(路由器)分别独立运行，通过无线网络进行数据通信，风阀控制器通过安装在风阀上的各风阀运行状态采集单元对风阀工作状态信息进行采集，通过ZigBee发射单元和数据接力传输控制器(路由器)实时向消防控制室侧主控制器发送风阀工作状态信号；消防联动时，接收消防控制室侧主控制器发送的控制指令，控制风阀开启或闭合，同时，将风阀动作信息发送至消防控制室的主控制器；
C.消防控制室侧主控制器接收到风阀工作状态信息后，由其ZigBee处理器单元进行数据处理，由主处理单元进行风阀状态信息显示。同时，主处理器通过数据接口传输至消防控制台；
d.消防联动时，消防控制台输入消防联动信号给消防控制室主控制器，由主控制器处理单元处理后，生产风阀控制信号，经其ZigBee处理器单元处理后，通过ZigBee通信单元发送至风阀控制器，启动风阀进行消防排烟，同时在显示屏上显示系统为消防联动状态;消防联动解除后，向风阀控制器发送风阀闭合指令，停止风阀运行，同时在显示屏上显示系统为正常状态；
e.数据接力控制器(路由器)对接收到的信号由其ZigBee处理器单元进行处理，判断信号是否需要接力传输，若是，则进行数据接力传输，否则进行休眠；
本发明的无线智能消防风阀控制系统，具有工作可靠(系统采集碰撞避免机制，避免了节点发送数据时的竞争与冲突，系统具有自动动态组网功能，节点的加入与退出不影响整个网络的工作稳定，信号在整个网络中通过路由节点以自动路由的方式进行传输，从而保证了监测系统数据传输的可靠性)、实时性强(ZigBee网络节点在传输数据时时延短)、抗干扰(系统采用ISM工作频段和特殊的数据处理方式)、低功耗(ZigBee节点不工作时自动进入休眠状态，休眠电流极低)、网络容量大和数据安全性高等特点。完全可以满足建筑物消防排烟中及空调系统风阀控制可靠性、实时性、抗干扰和稳定性的监控要求。
【附图说明】
[0009]图1为本发明的单台风阀监控框图(单台风阀监控系统框图)；
图2为本发明的分布式多台风阀监控制框图(分布式多台风阀监控系统框图)；
图3为本发明的风阀控制器组成框图；
图4为本发明的消防控制室侧主控制器组成框图；
图5为本发明的数据接力传输控制器(路由器)的组成框图；
图6为本发明的主控制器及监控制系统工作流程图(消防控制室侧主控制器工作流程图)；
图7为本发明的风阀控制器的工作流程图；
图8为本发明的数据接力传输控制器(路由器)工作流程图；
图9为本发明的ZigBee通信数据帧格式框图(系统传输数据帧格式)。
【具体实施方式】
[0010]如图1?图5所示，本发明中的无线智能消防风阀控制系统由风阀控制器、消防控制室则主控制器、数据接力传输控制器(路由器)组成。系统可以是单台风阀与消防控制室侧主控制器、多个数据接力传输控制器(路由器)组成单台消防或空调风阀监控系统(简称为单机监控)，也可以是多台风阀与消防控制室侧主控制器及多个数据接力控制器(路由器)组成多台风阀监控系统(简称为多机监控)。单机监控系统如图1所示，包括风阀控制器、ZigBee网络、消防控制室侧主控制器和数据接力控制器(路由器)。其中，各控制器之间通过ZigBee无线传输技术进行数据通信，数据接力传输控制器(路由器)为可选，若距离较短的情况下，该控制器可省略;多机监控系统如图2所示，系统中有η个风阀控制器、ZigBee网络、I个消防控制室侧主控制器、m个数据接力控制器(路由器)，其中，各控制器之间通过ZigBee无线传输技术进行数据通信，在风阀控制器与消防控制室侧主控制器距离较远的情况下，通过数据接力传输控制器(路由器)进行系统数据接力传输；
各风阀的状态信息是通过风阀控制器进行数据采集、分析处理，并通过ZigBee无线网络传输到消防控制室侧主控制器，由主控制器进行分析处理；
如图1、图2、图3所示风阀控制器由风阀状态监测单元(I )、风阀开启控制单元(2)、风阀闭合控制单元(3)、信号转换与隔离单元(4)、ZigBee处理器单元(5)、ZigBee通信单元(6)、电源单元(7)组成。该控制器在系统处于非消防联动时，处于休眠状态，风阀工作状态检测由ZigBee处理器单元(5)中的定时器设定的时间通过工作状态监测单元(I)采集风阀状态信息，并通过信号转换与隔离单元(4)进行数据转换，风阀控制器通过采集到风阀状态信号的电平，送到ZigBee处理器单元(5)中进行A/D转换与相应的处理，再通过ZigBee通信单元(6 )传送到控制室侧控制台。当系统消防联动时，风阀控制器由Z i g B e e通信单元(6 )接收到的风阀动作控制指令激活出风阀控制器，风阀控制器的ZigBee处理器单元(5)对消防控制室侧主控制器传输过来的风阀动作指令进行处理，生成风阀控制动作指令，然后通过信号转换与隔离单元(4)输出至风阀开启控制单元(2)启动风阀或输出至风阀闭合控制单元(3)停止风阀运行；
如图1、图2、图4所示消防控制室侧主控制器由ZigBee通信单元(I)、ZigBee处理器单元
(2)、主处理器单元(3)、数据显示单元(4)、数据接口单元(5)、电源单元(6)组成；其中ZigBee通信单元(I)接收到风阀工作状态信号后，通过其ZigBee处理器单元(2)处理后，产生风阀状态信息，通过主处理器单元(3)处理后输出至数据显示单元(4);同时将风阀状态信息通过数据接口单元(5)传输至消防控制柜；消防联动时，主处理器单元(3)接收到消防控制柜的消防联动信号，产生风阀控制指令输出至ZigBee处理器单元(2)，由ZigBee处理器单元(2)生成无线风阀控制动作指令，经ZigBee通信单元(I)发送至风阀控制器开启或闭合风阀。此外，该主控制器的ZigBee处理器单元(2)还是一个ZigBee网络管理器，负责整个网络的节点管理，对系统中个节点的加入与退出进行管理，给系统中每个节点分配地址；
如图1、图2、图5所示的信号接力传输控制器(路由器)由ZigBee通信单元(l)、ZigBee处理器单元(2)、电源单元(3)组成。其中ZigBee通信单元接收到空中数据信号，经其ZigBee处理器单元处理，判断是否是需要接力传输的数据，若是，则进行数据转发，完成数据接力传送，否则丢弃数据。该控制器在无信号时，自动进入休眠状态，只有在有信号的情况下才被激活；
无线控制的智能消防风阀控制系统的工作平台是ZigBee无线网络，该网络是一个由可多达6.5万个无线节点所组成的无线网络平台，与目前的移动通信网络(如CDMA、GSM)等网络类似，每个ZigBee节点类似移动通信网络中的一个基站，在整个网络中，各节点之间相互通信;每个节点的传输距离可从75m到Ikm，该网络还可以与其他网络实现相互连接，实现与其他网络之间的通信；
ZigBee技术是传感器与网络的结合，其主要是为环境参数监测、工业自动化控制等应用而建立的，主要应用在资源受限，通信速率不高、实时性要求较强、高可靠性和高扩展性、高抗干扰性和成本要求低廉的场合。ZigBee网络中各节点体积小，能耗低，可嵌入性强，节点可嵌入到传感器或控制器中组成无线传感器网络。Z i gBe e网络中的节点可分为全功能节点(FR))和精简功能节点(RFD)两类，其中全功能节点可以作为网络控制器或簇控制器，负责网络管理，精简功能节点作为网络的终端。每个ZigBee节点可多达31个设备(传感器或受控设备)。
[0011]本发明中消防控制室侧的主控制器设备为全功能节点，负责监测系统的网络管理，其他节点均设置为精简功能节点，完成相应的任务。
[0012]结合图6、图7、图8、图9将系统工程的工作情况描述如下:无论是单风阀监控还是多风阀监控，系统操作总是从消防控制室侧的主控制器开机初始化开始，建立监测系统网络。网络建立后，一方面通过监听无线信号等待其他设备的加入，若有设备加入到网络中则给该设备分配网络资源(如网络地址等)；另一方面接收风阀控制器侧的风阀工作状态信息，并对故障信息进行处理，然后发送到显示单元显示，同时，将数据通过RS232/485数据接口传输至消防控制柜(消防控制计算机)中；
风阀控制器开机初始化后，先向消防控制室侧主控制器发送加入网络信息，加入成功后监听无线信号，当风阀控制器中定时器启动时，通过定时器触发信号启动风阀控制单元采集风阀状态信号，通过相应处理后，经无线模块发射出去；消防联动时，接收消防控制室侧主控制器的消防联动信号，控制风阀的开启或关闭；
数据接力传输控制器开机后初始化，先向消防控制室侧主控制器发送加入网络信息，加入成功后，进入休眠状态并监听无线信号，当接收到无线信号时激活，将接收到的数据传输至CPU处理，判断是否是需要转发的数据，若是，则转发，否则丢弃该数据。完成操作后重新进入休眠。
[0013]本发明使用ZigBee技术主要考虑风阀运行监控系统由于对象数量众多且风阀位处于分布状态，使用有线方式很难可靠地实现大量的风阀运行监控;另一方面，由于消防风阀控制系统传输的数据主要以开关量为主，数据量较小，但对实时性要求高；由于ZigBee技术具有组网灵活，各节点之间的网络拓扑可采用星型、网状等结构。在应用中，还可以与工业级组态软件配合使用；
实际应用中，消防控制室侧主控制器安装于消防控制柜侧;风阀控制器安装在风阀侧；数据接力传送控制器(路由器)位置相对固定;风阀控制器定时检测风阀状态经处理后发送至消防控制室侧主控制器上，由主控制器处理后，显示风阀状态信息，经消防控制室侧主控制器的数据接口传输至消防控制柜;消防联动时，主控制器接收消防联动信号，通过无线收发控制单元，将风阀排烟动作控制指令发送至风阀控制器，进行火灾排烟;数据接力控制器(路由器)负责对网络数据的接力传送。同时，消防控制室侧主控制器还负责整个风阀控制监控网络的管理。
[0014]上述仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟透本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种无线智能消防风阀控制系统及方法，包括: 系统由一个主控制器、若干个风阀状态信息采集与动作控制器(简称:风阀控制器，下同)、若干个数据接力传送控制器(路由器)组成；主控制器位于消防控制室侧，风阀状态信息采集与动作控制器位于风阀侧，数据接力传送控制器位置相对固定； 主控制器通过安装在各风阀上的风阀控制器对风阀状态信息进行采集，由主控制器对这些信息进行分析处理和存储，传输到消防控制柜或进行风阀状态信息显示；当消防控制柜产生消防联动信号时，主控制器产生风阀控制指令，传送至风阀控制器，启动电磁风阀进行排烟；当消防联动结束时，主控制器发出风阀停止指令，传送至风阀控制器控制风阀关闭，其特征在于: 主控制器上设有ZigBee处理器与通信单元以及与消防控制柜的数据接口，用于消防控制柜与风阀控制器之间信息采集与控制指令的传送;通过数据接口与消防控制柜之间进行通信，传输风阀状态信息和接收消防联动信号；主控制器通过ZigBee通信单元对风阀控制器发出的风阀状态实时信息进行接收，由ZigBee处理器对传过来的数据进行处理和显示，并将数据传输至消防控制柜存储，同时，接收消防控制柜的联动控制信号，实现消防火灾风阀的开启与关闭； 风阀控制器上设有ZigBee处理器与通信单元，对风阀状态信息进行采集，由通信单元将风阀状态信息发送至消防控制室侧的主控制器；当消防联动时，通过数据接力传送控制器(路由器)接收消防控制室侧主控制器产生消防联动信号，控制风阀开启或关闭；同时，风阀控制器将风阀动作信息传输至主控制器； 数据接力传送控制器(路由器)上设有处理器与ZigBee通信单元，负责主控制器与风阀控制器之间的数据接力传输。2.根据权利要求1所述无线控制的智能消防电磁风阀控制系统，其特征在于所述无线控制的智能消防电磁风阀控制系统包括: 电磁风阀控制器:风阀状态监测单元(I)、风阀启动控制单元(2)、风阀停止控制单元(3)、信号转换与隔离单元(4)、ZigBee处理器单元(5)、ZigBee通信单元(6)、电源单元(7);其中风阀状态监测单元(I)所包含的传感器采集风阀的各种状态信息，并通过信号转换与隔离单元(4)进行数据转换，然后送到ZigBee处理器单元(5)中进行处理，再通过ZigBee通信单元(6)及数据接力传送控制器(路由器)单元传输至消防控制室侧的主控制器;消防联运时，Z i gBe e通信单元(6 )接收消防控制室侧主控制器的风阀动作控制指令，经Z i gBee处理器单元(5 )处理后，驱动风阀启动控制单元(2 )或风阀停止控制单元(3 )进行风阀的开启或闭合； 消防控制室侧主控制器:ZigBee通信单元(I)、ZigBee处理器单元(2)、主处理器单元(3)、数据显示单元(4)、数据接口单元(5)、电源单元(6);其中，在系统处于监视状态时，ZigBee通信单元(I)接收到风阀状态信号后，通过ZigBee处理器单元(2)处理后，产生风阀状态信号，输出至数据显示单元(4)显示风阀工作状态，同时通过数据接口传输至消防控制柜;消防联动时，通过数据接口单元(5)接收消防控制柜联动信号，由主处理器单元(3)产生风阀开启或关闭信号，再由ZigBee处理器单元(2)处理后，由ZigBee通信单元(I)传输至风阀控制器控制风阀的开启或关闭； 数据接力传送控制器(路由器):ZigBee通信单元(I)、ZigBee处理器单元(2)、电源单元(3);其中ZigBee通信单元(I)接收到空中数据信号，经ZigBee处理器单元(2)处理，判断是否是需要接力传输的数据，若是，则进行数据转发，完成数据接力传送。3.根据权利要求2所描述无线控制的智能消防风阀控制系统，其特征在于系统中所有的监控单元之间使用ZigBee模式进行通信，系统主控制器与消防控制柜之间数据接口通过RS232/RS485进行通信。4.一种无线智能消防风阀控制方法，其特征在于包括如下步骤: a.风阀控制器和消防控制室侧主控制器、数据接力传输控制器(路由器)开机初始化，自动组建基于ZigBee的无线监控网络； b.风阀控制器和消防控制室侧主控制器、接力传输控制器(路由器)分别独立运行，通过无线网络进行数据通信，风阀控制器通过安装在风阀上的各风阀运行状态采集单元对风阀状态信息进行采集，通过ZigBee发射单元实时向消防控制室侧主控制器发送风阀状态信号;消防联动时，接收消防控制室侧主控制器发送的控制指令，控制风阀开启或关闭，同时，将风阀动作信息发送至消防控制室的主控制器； c.消防控制室侧主控制器接收到风阀状态信息后，由其ZigBee处理器单元进行数据处理，通过显示单元显示风阀状态信息，同时，主处理器通过数据接口传输至消防控制柜； d.消防联动时，消防控制柜输入消防联动信号给消防控制室主控制器，由主控制器处理单元处理后，生产风阀控制信号，经其ZigBee处理器单元处理后，通过ZigBee通信单元发送至风阀控制器，开启风阀进行消防排烟，同时在显示屏上显示系统为消防联动状态；当消防联动解除后，向风阀控制器发送风阀关闭指令，关闭风阀，同时在显示屏上显示系统为正常状态； e.数据接力传输控制器(路由器)对接收到的信号由其ZigBee处理器单元进行处理，判断信号是否需要接力传输，若是，则进行数据接力传输，否则进行休眠。5.根据权利要求4所述一种无线智能消防风阀控制系统的监控方法，其特征在于风阀侧控制器将风阀状态信息通过无线方式发送至消防控制室侧的主控制器，消防控制室侧的主控制器将消防联动控制指令以无线方式发送风阀控制器，控制风阀开启或关闭；主控制和风阀控制器之间通过ZigBee单元进行信令交互，再通过接力传输控制器进行信号的接力传送;各种初始化数据也通过ZigBee网络上传到控制室侧的主控制器。6.—种无线智能消防风阀控制系统及方法不仅用于消防风阀控制，还完全适用于建筑物空调通风系统中的风阀控制。
【文档编号】G05B19/04GK105929718SQ201610349712
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】董方武, 章乃晴, 董源
【申请人】董方武, 章乃晴, 董源