煤礦企業(yè)供配電線路電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)
煤礦企業(yè)供配電線路電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)
摘要：針對煤礦企業(yè)電氣火災特點，提出了一種利用計算機網絡和智能控制技術的分布式主從電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，來提供對配電線路的溫度、電流、電壓和漏電電流信號進行自動檢測。設計了一種基于rs485總線，以sTM32單片機為控制器的電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，闡述了該系統(tǒng)的組成和軟硬件設計。
關鍵詞：電氣火災監(jiān)控系統(tǒng);漏電流
0 概述
近年來多次發(fā)生的煤礦企業(yè)電氣火災事故，給煤礦企業(yè)造成了重大的損失。為避免因電氣火災帶來的人員傷亡和經濟損失，需要在煤礦企業(yè)的供配電線路上安裝電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。力安科技針對這個問題研發(fā)了LFS200電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)和GDS3000工礦電氣安全監(jiān)控與管理系統(tǒng)。該電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)采用微處理和總線技術，有效提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。
1 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)總體結構
電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)有多個電氣火災監(jiān)控器和電氣火災集中監(jiān)控器組成，Rs485總線作為通信網絡將多個電氣火災監(jiān)控器與電氣火災集中監(jiān)控器連接成一個主機和從機分布式監(jiān)控系統(tǒng)。
2 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)功能
2.1電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)能對供配電線路上的溫度、三相電流、剩余電流和三相電壓信號實時監(jiān)測。
2.2電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)能顯示供配電線路上的溫度、三相電流、剩余電流和三相電壓數(shù)值及總線上電氣火災監(jiān)控器的地址。
2.3電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)功能設置的參數(shù)有電氣火災監(jiān)控器地址、漏電流的報警值、溫度報警值、過電流報警值、過壓和欠壓報警值、缺相報警。
2.4電氣火災集中監(jiān)控器通過對電氣火災監(jiān)控器的輪詢獲取從機信息，當被保護的供配電線路中的被測量值達到或者超過設定值時，能夠發(fā)出報警信號，并通過脫扣線圈切斷電路。
3 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計
3.1電氣火災集中監(jiān)控器有微處理模塊、LED顯示模塊、鍵盤輸入模塊、脫扣線圈控制模塊、聲光報警模塊、信息存儲模塊和RS485通信模塊。
電氣火災集中監(jiān)控器硬件原理圖如圖1所示。系統(tǒng)采用STM32F103RBT6單片機。字符型液晶顯示模塊12864把LCD控制器、RAM、ROM和LCD顯示器用pCB連接到一起，只要向lCM送入相應的命令和數(shù)據(jù)就可實現(xiàn)所需要的提示。電氣火災集中監(jiān)控器的各種參數(shù)設定信息和火災報警信息都需要存儲下來，以備查詢。故本電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)上位機選用E2prom芯片為24c02實現(xiàn)了各種信息斷電保存不丟失的性能。
3.2電氣火災監(jiān)控器
電氣火災監(jiān)控器具有溫度監(jiān)測模塊、漏電流監(jiān)測模塊、相電流監(jiān)測模塊、相電壓監(jiān)測模塊、聲光報警模塊、Rs485通信模塊。
電氣火災監(jiān)控器硬件原理圖如圖2所示。下位機以SMT32F2812PCFA作為控制器，擴展外圍電路，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)測采集、計算、信號的處理。
3.2.1漏電流采集與調理電路
剩余電流采集選用剩余電流互感器。供配電線路的三相相線、中性線穿過環(huán)形鐵心，構成了互感器的一次線圈，環(huán)形鐵芯上的繞組構成了互感器的副邊，如果發(fā)生漏電，三相相線、中性線的電流向量和不等于零，就使互感器副邊上產生感應電動勢，這個信號就會被送到中間環(huán)節(jié)進行進一步的信號放大處理。
3.2.2電壓采集與調理電路
供電線路的各相電壓u經過R1轉換成0～1mA的電流I1，I1流過電壓互感器一次繞組，在電壓互感器副邊產生電流I2，并通過并聯(lián)電阻R2產生電壓信號F。
此電壓信號經過濾波和限幅后街單片機的A/D轉換通道。
3.2.3溫度采集與調理電路
溫度傳感器采用pt100電阻式溫度監(jiān)測器。本系統(tǒng)使用恒流源式測溫電路原理如下：運放正同名端通過R2電阻上拉到1.65V基準源Uref。運放反向輸入端電壓Utemp等于基準源Uref，并通過對地電阻R1形成一個恒流源。單片機的A/D對Utemp電壓進行采樣，并求取pT100的電阻值。ZDI是穩(wěn)壓二極管，它的作用是防止高電壓直接接到單片機的A/d引腳上，損壞單片機芯片。
4 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計
電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的軟件程序包括主程序、按鍵中斷子程序、各交流信號采樣子程序、顯示子程序、報警子程序、脫扣線圈控制子程序和通信子程序等。電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)上電后，首先進行系統(tǒng)內部資源初始化，而后將預先設置的漏電流、相電流、電氣火災監(jiān)控器地址、相電壓、和溫度等參數(shù)從單片機外的E2PROM芯片中讀取出來。這些預設的參數(shù)可以通過RS485總線通信進行配置。隨后，電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)分別對供配電線路上的漏電流、三相電流、三相電壓信號和溫度信號采樣，如果獲取的實時信號超過預設的報警值，則進入故障處理子程序。包括進行聲光報警，并通過脫扣線圈切斷電路。*后將故障發(fā)生時的所有信息保存至外E2PROM芯片中，以便以后進行查詢。主程序流程圖如圖3所示。
5 RS485總線
在該系統(tǒng)中，電氣火災監(jiān)控集中控制器(主機)電氣火災監(jiān)控器為從機，構成主從結構形式。通過軟件協(xié)議，主機與監(jiān)控器之間實行應答式通信方式。命令或數(shù)據(jù)發(fā)送只能有主機控制。任一時刻主機只與一位監(jiān)控器傳輸信息，監(jiān)控器之間不能直接通信。監(jiān)控器之間若要通信只能通過主機轉發(fā)。每臺監(jiān)控器都有唯 一的八位地址號，用來區(qū)分各監(jiān)控器。主機通過點名方式與監(jiān)控器通信，實現(xiàn)對通信系統(tǒng)的主控權。主機通過對監(jiān)控器不斷的輪詢，以監(jiān)視監(jiān)控器的狀況，介紹監(jiān)控器的請求或給監(jiān)控器發(fā)送各種命令。
6 結束語
文中提及的電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是在火災發(fā)生前，能對煤礦企業(yè)供配電線路、變電設備、重要用電設備的電流、電壓、漏電流和溫度信號進行監(jiān)測，在數(shù)據(jù)對比的基礎上對隱患和故障部位的地址進行報警，并及時記錄和保存相關信息。在煤礦企業(yè)中推廣和普及該電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，對煤礦企業(yè)減少電氣火災，促進安全生產有重大意義。
