一种基于Modbus总线的电气火灾监控系统的制作方法

本实用新型涉及电气火灾监测技术领域，尤其涉及一种基于Modbus总线的电气火灾监控系统。

背景技术：

近年来，全国火灾事故呈上升趋势，而在火灾事故中，电气火灾的比例居高不下，占火灾年均发生次数的27％，损失占火灾损失的52％，每年火灾造成的人员伤亡和财产损失巨大，预防和有效遏制电气火灾的任务已经迫在眉睫。国家有关部门相继制订或修改了有关标准规范，要求在建筑中设置电气火灾监控报警系统。但是，现有的电气火灾监控系统存在监测不全面，不能远程报警，布线复杂，没有实现电气火灾监控的网络化、系统化。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于Modbus总线的电气火灾监控系统，以解决现有技术的不足。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于Modbus总线的电气火灾监控系统，包括多个电气火灾分支监测点、总线转换模块和监控终端，所述多个电气火灾分支监测点通过总线转换模块与监控终端连接；所述分支监测点包括微处理器模块和与微处理器电连接的信号调理电路、按键模块、显示模块、脱扣驱动模块、报警声音驱动模块、RS485模块，所述信号调理电路输入端连接零序电流互感器、三相电流互感器、三相电压互感器、消防传感器单元，所述RS485模块通过总线转换模块与监控终端连接。

上述的一种基于Modbus总线的电气火灾监控系统，所述消防传感器单元包括但不限于温度传感器、烟雾传感器、可燃气体传感器。

上述的一种基于Modbus总线的电气火灾监控系统，所述总线转换模块为R485转光纤模块、R485转RS232模块、RS485转WIFI模块、RS485转GPRS模块任意一种或者其组合。

上述的一种基于Modbus总线的电气火灾监控系统，所述监控终端为监控计算机或者手机。

上述的一种基于Modbus总线的电气火灾监控系统，所述微处理器模块为单片机或者ARM处理器。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用多个火灾分支监测点的集中式监测架构，监测信号包括电压、电流、漏电电流、消防监测信号，对于电气火灾隐患监测全面；可通过无线或者有线传输监测信号，灵活性好，可以避免复杂布线。监测到火灾隐患可以现场报警，也可以将监测信号远程传输到监控端监控，可靠性好，实现了电气火灾监控的网络化、系统化。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是本实用新型的电气火灾分支监测点原理框图。

图3是本实用新型的剩余电流互感器工作原理图。

图4是本实用新型的报警声音驱动模块电路原理图。

具体实施方式

如图1、2所示，一种基于Modbus总线的电气火灾监控系统，包括多个电气火灾分支监测点1、总线转换模块2和监控终端3，所述多个电气火灾分支监测点1通过总线转换模块2与监控终端3连接；所述分支监测点1包括微处理器模块11和与微处理器电连接的信号调理电路12、按键模块17、显示模块18、脱扣驱动模块19、报警声音驱动模块110、RS485模块111，所述信号调理电路12输入端连接零序电流互感器13、三相电流互感器14、三相电压互感器15、消防传感器单元16，所述RS485模块111通过总线转换模块2与监控终端3连接。

所述消防传感器单元16包括但不限于温度传感器、烟雾传感器、可燃气体传感器。

所述总线转换模块2为R485转光纤模块、R485转RS232模块、RS485转WIFI模块、RS485转GPRS模块任意一种或者其组合。

所述监控终端3为监控计算机或者手机。

所述微处理器模块11为单片机或者ARM处理器。

实施利1

如图1所示，系统中监控终端(计算机PC)作为主机，基于单片机的分支监测点作为从机，采用RS-485工业现场总线通信。由于计算机的串口采用RS232总线标准，因此在主机的串行通信端口必须增加RS485-RS232电平转换器，在计算机串行端口由该电平转换器实现RS-232电平与RS-485电平转换，主机与从机通过MOD-BUS通信协议在RS-485总线上进行数据通信和交换，在整个RS-485总线上最多可以接255台从机。Modbus串行链路协议是一个主站-从站协议，Modbus应用层报文传输协议提供了总线或网络上连接的设备之间的客户机/服务器通信。在Modbus串行链路上，主节点提供客户机的功能，而子节点则作为服务器。由于Modbus协议具有帧格式结构、传输方式、功能及内容简单、传输效率高等优点，近年来在控制系统中得到了广泛的应用。

如图2所示，为分支监测点具体原理框图。其工作时，电压、电流、漏电电流、消防监测信号分别通过三相电压互感器、三相电流互感器、零序电流互感器、消防传感器(温度传感器、烟雾传感器、可燃气体传感器)检测，再通过信号调理电路进行放大、滤波、AD转换处理后送到微处理器模块(单片机或者ARM处理器)，按键模块实现参数设置和查询，显示模块显示电压、电流、漏电电流、消防监测信号检测值。当微处理器模块检测到电压、电流、漏电电流、消防监测信号有一种或者几种异常时，通过脱扣驱动模块驱动脱扣器脱扣以切断故障电路保证负载不受损，同时报警器现场报警提示工作人员进行处理，如图4所示，为现场报警电路原理图，当单片机输出低电平控制信号，PNP三极管导通，喇叭通电鸣叫。监控终端(计算机PC)每隔一段时间通过总线发送数据请求给现场的各个分支监测点，各分支监测点接收到信息后将电压、电流、漏电、消防等监测信号通过MOdbus总线反馈给监控终端，工作人员实时监控现场数据，并根据情况作出处理。

如图3所示，为剩余电流互感器工作原理图。正常情况下，电路中没有发生设备漏电或接地故障时，如图1所示，根据电路原理可知，三相四线电源的电流相量和等于零，即Ia+Ib+Ic+In＝0，在电流互感器中产生磁通的矢量和等于零。此时，二次线圈中感应电流IL＝0，因此线路正常供电。当电路中发生设备漏电或故障接地时，例如出现故障漏电电流Iz，则三相四线电源的电流相量和将不等于零，即Ia+Ib+Ic+In≠0，在电流互感器中产生磁通的矢量和也不等于零，此时，二次线圈中有感应电流，即剩余电流IL≠0。

电气接地故障中电弧性对地短路是引发电气火灾的重要原因。电弧性对地短路具有很大的阻抗和电压降，它限制了故障电流，使过电流保护器不能动作或不能及时动作来切断电源，而几百毫安的漏电弧产生的局部高温可达2000℃以上，足以引燃周围的可燃物而引起火灾。况且，用电设备分布在建筑物的各个角落，危害范围广，如不对系统的漏电进行监测和防控，就会对人身和财产安全构成威胁，存在很大的火灾隐患。剩余电流式电气火灾监控探测器能准确监控电气线路的故障和异常状态，能有效预防常见的因漏电导致接地电弧所引起的建筑物电气火灾事故。

实施利2

如图1所示，系统中监控终端(手机)作为主机，基于单片机的分支监测点作为从机，采用RS-485工业现场总线通信。由于手机采用无线通信，如GPRS或者WIFI，因此在手机通信时必须增加RS485转WIFI或者RS485转GPRS模块，实现现场监测信号由有线向无线转换，主机与从机通过MOD-BUS通信协议在RS-485总线上进行数据通信和交换。Modbus串行链路协议是一个主站一从站协议，Modbus应用层报文传输协议提供了总线或网络上连接的设备之间的客户机/服务器通信。在Modbus串行链路上，主节点提供客户机的功能，而子节点则作为服务器。由于Modbus协议具有帧格式结构、传输方式、功能及内容简单、传输效率高等优点，近年来在控制系统中得到了广泛的应用。

如图2所示，为分支监测点具体原理框图。其工作时，电压、电流、漏电电流、消防监测信号分别通过三相电压互感器、三相电流互感器、零序电流互感器、消防传感器(温度传感器、烟雾传感器、可燃气体传感器)检测，再通过信号调理电路进行放大、滤波、AD转换处理后送到微处理器模块(单片机或者ARM处理器)，按键模块实现参数设置和查询，显示模块显示电压、电流、漏电电流、消防监测信号检测值。当微处理器模块检测到电压、电流、漏电电流、消防监测信号有一种或者几种异常时，通过脱扣驱动模块驱动脱扣器脱扣以切断故障电路保证负载不受损，同时报警器现场报警提示工作人员进行处理，如图4所示，为现场报警电路原理图，当单片机输出低电平控制信号，PNP三极管导通，喇叭通电鸣叫。监控终端(手机)每隔一段时间无线发送数据请求给现场的各个分支监测点，各分支监测点接收到信息后将电压、电流、漏电、消防等监测信号通过MOdbus总线反馈给监控终端，工作人员实时监控现场数据，并根据情况作出处理。

如图3所示，为剩余电流互感器工作原理图。正常情况下，电路中没有发生设备漏电或接地故障时，如图1所示，根据电路原理可知，三相四线电源的电流相量和等于零，即Ia+Ib+Ic+In＝0，在电流互感器中产生磁通的矢量和等于零。此时，二次线圈中感应电流IL＝0，因此线路正常供电。当电路中发生设备漏电或故障接地时，例如出现故障漏电电流Iz，则三相四线电源的电流相量和将不等于零，即Ia+Ib+Ic+In≠0，在电流互感器中产生磁通的矢量和也不等于零，此时，二次线圈中有感应电流，即剩余电流IL≠0。

电气接地故障中电弧性对地短路是引发电气火灾的重要原因。电弧性对地短路具有很大的阻抗和电压降，它限制了故障电流，使过电流保护器不能动作或不能及时动作来切断电源，而几百毫安的漏电弧产生的局部高温可达2000℃以上，足以引燃周围的可燃物而引起火灾。况且，用电设备分布在建筑物的各个角落，危害范围广，如不对系统的漏电进行监测和防控，就会对人身和财产安全构成威胁，存在很大的火灾隐患。剩余电流式电气火灾监控探测器能准确监控电气线路的故障和异常状态，能有效预防常见的因漏电导致接地电弧所引起的建筑物电气火灾事故。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。