专利名称：电器运行防火监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电器运行防火和安全监测系统，属于低压(380/220V)供电技术、模拟技术、计算机软硬件技术和有线通讯技术等领域。
背景技术：
火灾一直是伴随着我们正常生活、工作，是威胁人们的生命和财产安全的一个巨大的魔影。如何预防火灾、减少火灾是消防工作者的中心工作。因为隐患险于明火，防范胜于救灾，所以预防火灾的关键是消除隐患、预防为主。
最近几年以来我国的火灾形势十分严重，仅以北京为例，2001年北京市共发生火灾5302起，其中电气火灾占29.1％。根据2002年《中国火灾统计年鉴》公布的资料，从1978年至2001年发生在我国主要城市的火灾中，电气火灾从占火灾总量的5.7％到27.9％逐年上升，电气火灾的数量约占特大火灾总量的50％-80％。每年火灾造成的人员伤亡和财产损失巨大，而电气火灾己成为各类火灾之首，预防和有效遏制电气火灾的任务已经迫在眉睫！电气火灾发生的原因多种多样，据统计主要有以下几种主要原因1、用电设备绝缘损坏，造成局部短路，使工作电流增加、导线过热引燃导线外皮引起火灾；2、用电设备绝缘损坏，造成火线对外皮短路，形成火线对地漏电，引起漏电电弧，引燃导线外皮或易燃物引起火灾；
3、供电线路中的接头、开关接点和连接处接触不实，接触电阻过大，引起接点处的热量剧增，引起导线外皮或易燃物起火。
虽然我们现在的建筑物内部大都安装了烟雾报警和灭火喷淋装置，但是还不能有效地遏制电气火灾的发生，因为它们属于后期报警和灭火装置，它们是在火灾已经形成、产生大量烟雾并达到烟感探头后才能报警、喷淋，而扑灭电气火灾是绝对不能用水的。电气火灾的特点是隐患不易发现且潜伏期长，起火后燃烧快、面积大，若依靠烟感报警系统报警后再进行扑救，往往此时火势已经很大，扑救已经不容易，结果会造成大量的物质损失甚至人员的伤亡。因为有多种原因能引起电气火灾的发生，因此到目前为止还没有一种十分有效的针对电气火灾的预先报警装置。我们发明的“电器运行防火监测系统”就是针对目前这种状况所研发的一种新型的先期火灾报警装置。
发明内容
鉴于以上原因，本发明的是提出一种电器运行防火监测系统，它可以检测出电器设备和供电线路在运行时存在的过电流、短路、漏电和导线过热等可能引起电气火灾的不正常的情况，并发出声光报警。
本发明通过以下技术方案实现电器运行防火监测系统，包括一台带有UPS不间断电源、有源音箱和打印机的计算机；一台带有USB或RS232接口并与计算机相连的主控制盒；这个主控制盒与二总线相连；若干个位于受监测供电线路中的各级开关箱、开关柜内的传感器及传感处理器与二总线相连。安装于供电线路开关箱和开关柜内的传感器把测到的工作电流、漏电电流和导线温度等信号先由传感处理器处理后，再由二总线传递到主控制盒，由主控制盒中的微处理器接收处理后经过USB接口或RS232接口传递到计算机，并在计算机的屏幕上显示供电线路的工作情况。计算机控制着整个系统的资源配置、工作顺序和响应传感器的报警中断请求，并把供电线路的工作情况实时形象地显示在计算机的屏幕上；计算机还不断地通过二总线向各个传感器发出试验信号，并接收各个传感器的回应信号，以便随时判各个断传感器是否处于正常的工作状态，并在计算机屏幕上显示出来。
所述主控制盒由移位寄存器、缓冲器、存储器、微型处理器和信号的收发驱动电路所构成；所述的二总线由普通塑胶双绞线和短路保护器构成；所述传感器为电流互感器、零序电流互感器及半导体温度传感器和信号合成电路组成；所述传感处理器由线性补偿及放大电路、检波电路、钳位电路、模数转换器、探测电流的灵敏度整定电路、微处理器、信号收发驱动电路、试验电路和地址编码电路所构成；所述的试验功能由试验电路与计算机软件组成。试验时，由计算机发出试验指令(也可以用人操作主控制盒上的按钮进行试验)，当传感器及传感处理器接收到这个试验信号后，立即进行电路的试验并随即把试验的结果通过二总线传回计算机，并在计算机的屏幕上显示并存储到计算机的有关试验结果的数据库中。
本发明以电流探测和温度探测技术结合微处理器技术、计算机通讯技术、数据处理技术、数据库技术和局域网技术等组成，采用模块化结构既可以由三大组件组成一个大的系统工作，也可以只由主控制盒和若干个传感器、传感处理器组成中型系统，还可以针对小型用户的需要，仅仅由传感器、传感处理器单独工作。
本发明具有检测准确、反应灵敏、造价低廉、稳定可靠、易于普及、效果显著等优点，尤其是采用了灵活搭配的模块化结构，因此它适用于一切人员多、用电设备多的所有场合，是防止电气火灾发生的有力武器。
图1是本发明的系统框图；图2是本发明中的主控制盒的原理框图；图3是本发明中的传感器及传感处理器的原理框图；图4是本发明在计算机屏幕上显示的工作电流、漏电电流与导线温度的色带图样；图5是本发明的计算机软件中断流程图；图6是本发明的计算机软件监测和试验流程图。
具体实施例方式
图1为本发明的系统框图，由下列三大组件联结为一个完整的电器运行防火监测系统第一组件一台带有UPS不间断电源、打印机、有源音箱的计算机1第二组件一台主控制盒2，通过USB或RS232接口与计算机相连；第三组件若干个安装在供电线路中的开关箱或开关柜中的传感器3和传感处理器4通过二总线与主控制盒2相连。
图2所示为主控制盒2原理框图，由移位寄存器5、缓冲器6、存储器7、微型处理器8和信号的收发驱动电路9等所构成，作为计算机和各个传感器之间数据通讯的中间控制环节，也可以脱离计算机单独由主控制盒2与传感器3、传感处理器4组成中型系统工作。
图3所示为传感器3和传感处理器4的原理框图，传感器由三部分组成分为两部分铁芯的电流互感器10、分为两部分铁芯的零序电流互感器11、半导体温度传感器12和信号合成电路13。传感处理器4由线性补偿电路14、检波电路15、钳位电路16、模数转换电路17、灵敏度整定电路18、微处理器电路19和收发驱动电路20、试验电路21和地址编码器22等部分所组成。
下面说明系统的工作过程(传感器及传感处理器的数量按设计为255个，实际上可以根据需要从1个到255个之间选取)计算机1与主控制盒2通过USB或RS232接口连接，主控制盒2由二总线与各个传感器3及传感处理器4相连，正常工作前，各传感处理器中的微处理器进行地址编码，每个不同的传感处理器都有各不相同的属于自己的地址。
图6所示为监测和试验主程序的流程图，监测开始后，由监测和试验软件控制计算机1通过主控制盒2向各个传感器依次发出地址及试验信号，符合其地址的传感器在接收到试验信号时将根据实际情况回答有无故障，有故障则把故障显示在计算机的屏幕上，并发出声音提示，同时把这个故障记录在计算机的数据库中；若无故障则检查有无报警中断请求，有中断请求则响应这个请求。图5所示为报警中断请求的流程图，中断操作完毕后，若无后续报警则转回正常的监测程序。没有中断请求时则把测到的供电线路的工作电流、电路中存在的漏电电流和导线的工作温度通过二总线向总控制盒及时传回，通过主控制盒2传递到计算机1并在其屏幕上显示出来。
图4所示为计算机1在屏幕上以三组不同的颜色横带来显示一个传感器显示的工作电流、漏电电流和导线温度的情况，如果系统中有多个传感器则在计算机屏幕上应该有相同数量的这种图形显示，并应注明它们所代表的具体位置和名称。和目前火灾烟雾报警装置不同的是本系统测试结果显示不再是简单的“正常”或“报警”两种状态，而是把工作电流、漏电电流与导线的温度以八级色带的形式进行显示，因此更为直观、更为方便，而且易读易懂。以工作电流的显示为例，当实际测得的工作电流的数值在用户设定好的正常值以内且数值较小时，显示的仅是最底端的一条浅绿色的横带，当电流逐渐变大时，色带增加为两条且上面第二条横带的颜色变为绿色；电流再增大时，横带数量也逐渐增加并且最上面横带的颜色向黄、橙、红色变化(八级色带的变化依此为浅绿色、绿色、深绿色、浅黄色、黄色、深黄色、橙色、红色)，色带所代表的具体的电流数值或温度值由技术人员根据国家有关标准和用户的实际情况来制定，临界报警值为橙色，电流再继续增大并超过报警值时，最上面的红色带出现，计算机和传感器同时开始声光报警。这样显示的好处是可以随时观察、掌握工作电流、漏电电流及导线温度变化的趋势，只要看一眼计算机屏幕就可以马上判断整个供电系统的情况，使值班人员做到心中有数。一旦发生报警时，与计算机1相连的有源音箱也及时地发出声音报警；打印机开始打印报警的时间、地址及相关数据。报警的时间、地址和报警原因会立即记录在计算机1的数据库中长期保存，以备日后查询之用。为了更加快速地反应出报警地址，本发明设计了报警中断方式，在正常的巡检监测过程中假如某个传感器发生了报警(恰恰又没有监测到它时)，计算机1停止巡检监测工作，立即响应报警的传感器并与之建立通讯关系，并进行报警的一系列操作，这就避免了系统中传感器的数量较多时巡检时间过长造成的报警不及时的问题。中断过程的流程图见图5所示。
电流互感器10、零序电流互感器11和半导体温度传感器12和信号合成电路13组成传感器电路，它们把监测到的工作电流、漏电电流和导线的工作温度信号先进行合成，然后再传到附近的传感处理器电路4中去。传感处理器4把这几种信号先由线性补偿及放大电路14进行放大，再由检波电路15检波，然后再送到钳位电路16进行钳位，经过模数转换器17进行转换，变换为数字信号后再送到灵敏度整定电路18，由专业技术人员根据不同用户的情况调节报警的临界点数值，以适应不同用户的需要。信号经过微处理器19处理后再送到信号收发驱动电路20、试验电路21并通过二总线传到主控制盒2，完成与计算机1的通讯。在传感处理器4的内部还有地址编码电路22，可以由用户或计算机自动对各个传感器进行地址编码。
本系统在发生事故报警时可以响应所有的连接在线的传感器的报警信号，不受数量的限制。
本系统可以灵活进行组合组成不同规模的系统，也可以单独使用传感器和传感处理器。例如可以只使用主控制盒与多个传感器、传感处理器组成63个监测点以内的中小型系统(此时系统的控制由主控制盒中的微处理器完成)；对于只有一个开关箱的小型供电系统，也可以省去计算机和主控制盒等设备，只安装一个传感器和传感处理器，就可以对所监测的供电线路进行保护。
上述举例仅为了说明本发明的使用方法，而不是用于限制本发明的专利保护范围，对于依照上述实施举例而做的任何等同变换，均在专利的保护范围之内。
权利要求
1.一种电器运行防火监测系统，其特征在于它包括一台带有打印机、有源音箱的计算机；一个采用USB或RS232接口与计算机连接的主控制盒；若干个传感器及传感处理器通过二总线与主控制盒相连接；
2.如权利要求1所述的电器运行防火监测系统，其特征在于所述主控制盒包括连接计算机和传感器的通讯，按照计算机的指令或主控制盒上面的按钮的指令向连接在二总线上的传感器发出地址及试验等指令；主控制盒接收传感器发回的信息(包括工作电流的大小、导线温度、试验结果等)；
3.如权利要求1、2所述的电器运行防火监测系统，其特征在于模块化结构既可以由计算机、主控制盒和多个传感器、传感处理器组成一个完整的大系统，也可以由主控制盒和若干个传感器、传感处理器组成中型系统，也可以由传感器和传感处理器单独使用运行。
4.如权利要求1、2、3所述的电器运行防火监测系统，其特征在于在计算机屏幕上以八级不同颜色(淡绿、绿、深绿、浅黄、黄、深黄、橙、红)的横色带表示工作电流、漏电电流大小和导线工作温度的高低；
5.如权利要求1、2、3、4所述的电器运行防火监测系统，其特征在于在传感器中的电流互感器和零序电流互感器，使用分为两部分的开路铁芯，可以不用断开供电线路就可以安装互感器。
全文摘要
电器运行防火监测系统，包括一台计算机(包括打印机、有源音箱及不间断电源)、用USB或RS232接口与计算机相联接的(采用单片机控制的)总控制盒、通过二总线与多个传感器和传感处理器相连，传感与传感器处理器安装在受保护的供电线路的控制开关箱里，随时监测供电线路的工作电流的大小是否正常、是否存在火线对地的漏电及导线过热等几种容易引起电器火灾的异常现象，一旦有异常的情况则马上报警。本系统采用现场总线技术与计算机和局域网、互联网结合，具有监测范围大、报警迅速、具备自检功能、操作简单、显示图形形象具体易读、安装极为简单、价格低廉等优点。
文档编号G01R31/02GK1611952SQ200310103309
公开日2005年5月4日 申请日期2003年10月29日 优先权日2003年10月29日
发明者李京晶, 孙静梅 申请人:李京晶, 孙静梅