簡述消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)在建筑體系中的設(shè)計(jì)
徐霜
安科瑞電氣股份有限公司 上海 嘉定 201801
摘要 本文介紹了安科瑞AFPM系列消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用。通過監(jiān)控消防設(shè)備電源的工作狀態(tài)，提前發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的消防設(shè)備問題，為消防設(shè)備的配電安全提供可靠的保障，能在火災(zāi)情況下為人員疏散和營救起到積極作用。
0 引言
建（構(gòu)）筑物的消防安全很大程度上取決于消防設(shè)備，而消防設(shè)備能否正常工作又取決于供電電源的工作狀態(tài)。消防設(shè)備電源有異�；虿还ぷ�，一旦發(fā)生火災(zāi)，將導(dǎo)致消防水泵、防火卷簾門、排煙風(fēng)機(jī)、消防電梯等設(shè)施不能發(fā)揮作用，火場撲救和人員疏散無法進(jìn)行，造成嚴(yán)重后果。
消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)是依據(jù)GB28184-2011《消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)》設(shè)計(jì)的，該系統(tǒng)能夠反映被監(jiān)控設(shè)備電源的狀況，從而有效避免火災(zāi)發(fā)生時(shí)消防設(shè)備由于其供電電源故障而無法正常工作的危急情況，最大限度地保障消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。
1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)組成如圖1所示。消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)采用集中式、模塊化設(shè)計(jì)，以消防設(shè)備電源的監(jiān)測為核心，通過消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備、單/三相（電壓/電流）交/直流監(jiān)控模塊傳感器，以RS485總線通信技術(shù)采集數(shù)據(jù)為手段，將建筑物內(nèi)受檢測的消防設(shè)備電源運(yùn)行信息、故障信息、位置參數(shù)等進(jìn)行跟蹤采集、存儲(chǔ)、分析，方便用戶進(jìn)行管理和監(jiān)控，并通過人機(jī)交互界面，將消防設(shè)備電源的數(shù)據(jù)匯總顯示，具有管理、查看、報(bào)警、打印等多項(xiàng)功能。
（1）電源故障的建立。電源故障主要有主電故障和備電故障兩種類型。當(dāng)主電斷電或電壓不足時(shí)，監(jiān)控設(shè)備發(fā)出故障信號(hào)，主電故障指示燈亮，液晶屏上顯示故障類型及時(shí)間。值班人員應(yīng)檢查主電供電電路及控制裝置內(nèi)部主電熔斷器是否熔斷，當(dāng)主電恢復(fù)正常后，監(jiān)控設(shè)備自動(dòng)復(fù)位。當(dāng)備電電池有電壓不足、電池連接線斷線、電池短路等故障時(shí)，備電故障指示燈亮，液晶屏上顯示故障類型及時(shí)間。值班人員應(yīng)檢查備電電壓和備電熔斷器以及備電回路是否有斷線，故障解除后監(jiān)控設(shè)備自動(dòng)復(fù)位。
（2）故障報(bào)警的建立。當(dāng)單/三相（電流/電壓）傳感器的通信線、傳感器或傳感器監(jiān)測的消防電源發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控器發(fā)出被監(jiān)測回路的故障信號(hào)，點(diǎn)亮故障指示燈，發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，同時(shí)在液晶屏上顯示故障總數(shù)、故障時(shí)間、故障部位及故障類型，并按照設(shè)置決定是否打印故障信息，所有故障部位可查詢，當(dāng)故障解除后故障報(bào)警可自動(dòng)解除。
圖1 消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)組成
（3）聯(lián)動(dòng)輸出的建立。監(jiān)控主機(jī)帶4組聯(lián)動(dòng)繼電器，每個(gè)聯(lián)動(dòng)繼電器的控制均可手動(dòng)、自動(dòng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)繼電器的動(dòng)作和不動(dòng)作�？梢酝ㄟ^消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備輸入/輸出傳感器來拓展輸出接口。
（4）事件記錄功能的建立。消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)可記錄最近發(fā)生的10000條故障報(bào)警事件，事件記錄包括事件發(fā)生時(shí)間、類型等信息，用戶可以通過液晶屏進(jìn)行及案件查詢。
消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)電源需求的多樣性，消防供電又分為直流電源、單相交流電源、三相三線交流電源、三相四線交流電源。因此，消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有能夠檢測以上電源類型的單/三相（電流/電壓）交/直流監(jiān)控模塊傳感器，并通過總線通信的方式，將檢測到的信息傳遞到消防控制室，以便控制室工作人員統(tǒng)一監(jiān)測并管理。這樣，就構(gòu)成了一個(gè)完整的消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)。
2 監(jiān)控設(shè)備及產(chǎn)品
2.1 消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備
消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，小型建筑可采用監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)，如圖2所示；
圖2中小型監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖
大型建筑或建筑群可采用集中監(jiān)控主機(jī)加多個(gè)區(qū)域監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)，如圖3所示。
圖3 大型監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖
消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備采用實(shí)時(shí)對(duì)單/三相電源監(jiān)控模塊，采用對(duì)相仿設(shè)備電源進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，通過檢測消防設(shè)備電源的電壓、電流、開光狀態(tài)等有關(guān)設(shè)備電源信息，從而判斷電源設(shè)備是否有斷路、短路、過壓、缺相、錯(cuò)相以及過流（過載）等故障信息，并報(bào)警、記錄監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)具有數(shù)字化。智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化和連續(xù)監(jiān)控特性，實(shí)時(shí)反映被監(jiān)控設(shè)備電源的狀況，并集中顯示，從而可以有效避免在火災(zāi)發(fā)生時(shí)消防設(shè)備由于電源故障而無法正常工作的危急情況，最大限度地保障消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。
2.2 工作原理及構(gòu)成
控系統(tǒng)主要工作原理：消防設(shè)備電源工作狀態(tài)信號(hào)由傳感器采集，并進(jìn)入ADC采集模塊，將采集好的數(shù)據(jù)在中央處理單元進(jìn)行計(jì)算處理，完畢后通過RS485上傳至AFPM100監(jiān)控主機(jī)。監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)采集的信息進(jìn)行分析、計(jì)算，與系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而判斷出消防電源是否存在斷路短路、過壓欠壓、缺相錯(cuò)相及過載等故障狀態(tài)，中央處理單元通過按鍵面板和液晶屏進(jìn)行人機(jī)交互，并進(jìn)行報(bào)警、顯示和存儲(chǔ)。
監(jiān)控系統(tǒng)主要由電源部分、主機(jī)部分、人機(jī)交互部分和通訊部分組成。
電源部分主要采用開關(guān)電源為中心，由主供電電路和備電電路組成。開關(guān)電源將220V交流電轉(zhuǎn)換為24V直流電，并給主機(jī)電路、電池及傳感器提供24V電源。主電工作時(shí)對(duì)備電進(jìn)行充電，當(dāng)電池充滿時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換為浮充狀態(tài)，抵消電池的自放電，保證電池供電時(shí)的容量。同時(shí)，開關(guān)電源給主機(jī)線路板提供電源，并通過線路板轉(zhuǎn)換，給傳感器、顯示板及打印機(jī)供電。主芯片自行檢測主備電的工作狀態(tài)，如主電欠壓、備電斷路、備電短路、備電欠壓等。
主機(jī)部分由單片機(jī)、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、接口電路組成。主機(jī)采用STM32F系列單片機(jī)為核心MCU，人機(jī)交互部分主要由MCU芯片完成。監(jiān)控主機(jī)中的電壓、電流、開關(guān)量、AD 轉(zhuǎn)換、運(yùn)算、校準(zhǔn)均由MCU完成。芯片在電源電壓為2.7V～3.6V之間均可正常工作，更好的保證了主機(jī)運(yùn)行的可靠性。主機(jī)液晶屏顯示及按鍵面板操作通過MCU實(shí)現(xiàn)一系列的交互功能。
通訊接口電路由RS485專用通訊接口芯片實(shí)現(xiàn)，與傳感器通過RS485總線進(jìn)行信息交互，監(jiān)控主機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)傳感器按地址進(jìn)行巡檢接收信號(hào)。通訊部分通過MCU的SCI端口傳遞儀表信息，通過光耦隔離信號(hào)，利用專用RS485芯片將傳遞出來的數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)傳播的485通信信號(hào),通訊協(xié)議為MODBUS規(guī)約。
2.3 單/三相（電流/電壓）交/直流監(jiān)控模塊傳感器
單/三相（電流/電壓）交/直流監(jiān)控模塊傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測單相或三相電量，具有過壓、欠壓、過流等報(bào)警功能；提供一路或兩路開關(guān)量輸入功能，可監(jiān)測開關(guān)狀態(tài)；提供一路繼電器輸出，可連接報(bào)警控制回路；具有事件存儲(chǔ)功能，報(bào)警器能夠記錄報(bào)警發(fā)生事件的時(shí)間、類型、參數(shù)，根據(jù)報(bào)警記錄可以分析現(xiàn)場情況，為消除故障提供依據(jù)；采用現(xiàn)場總通信技術(shù)，上位機(jī)管理軟件可以時(shí)刻監(jiān)控現(xiàn)場的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)報(bào)警信息。
RS485總線的從站專用通信接口芯片具有可供電、無極性，兩線制通信機(jī)制，標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議可以與各種標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)相連；具有集成度高，網(wǎng)絡(luò)化、智能化程度高、動(dòng)作特性合理等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)把故障信息上傳給消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)，以便信息的集中顯示。該監(jiān)控模塊具有數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化和連續(xù)監(jiān)控的特性。
2.4 系統(tǒng)監(jiān)測、保護(hù)和信息上傳等多種功能于一體實(shí)現(xiàn)
單/三相（電流/電壓）交/直流監(jiān)控模塊傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測單相或三相電量，具有過壓、欠壓、過流等報(bào)警功能；通過實(shí)時(shí)監(jiān)測的運(yùn)行數(shù)據(jù)和消防電源設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)消防電源設(shè)備故障的預(yù)報(bào)警功能；并通過RS485總線通信上傳到監(jiān)控主機(jī)，監(jiān)控主機(jī)可以判斷電源電壓的狀態(tài)，包括過壓、欠壓、中斷供電等電源狀態(tài)，主機(jī)分析處理后指示電源故障類型，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。上位機(jī)管理軟件可以時(shí)刻監(jiān)控現(xiàn)場的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)報(bào)警信息，并準(zhǔn)確記錄報(bào)警發(fā)生的時(shí)間、參數(shù)、類型，根據(jù)報(bào)警記錄可以分析現(xiàn)場情況，為消除電源設(shè)備故障提供依據(jù)。
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