隧道电缆温度及烟雾监测报警系统的设计

仪器仪表与检测技术InstrumentationandMeasurement

隧道电缆温度及烟雾监测报警系统的设计

范云芝,沈祥鸿

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(11商丘师范学院计算机科学系,河南 商丘 476000;21商丘职业技术学院,河南 商丘 476000)

摘要:该文以某铝厂隧道电缆温度及烟雾监测系统为例,研究了重工业企业中电力安全生产技术,提出了一种隧道电缆安全保护的模式。

关键词:隧道电缆;温度、烟雾监测;现场总线;虚拟串口;组态软件中图分类号:TP277 文献标识码:B 文章编号:1003-7241(2005)05-0064-03

SupervisionofTemperatureandSmogin

TunnelsforCable

FANYun-zhi,SHENXiang_hong

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(1.DepartmentofComputerScience,ShangqiuNormalUniversity,Shanqiu476000,China;

2.ShangqiuVocationalandTechnicalcollege,Shanqiu476000,China)

Abstract:Thispaperstudiesthesafetyofelectricpowerinheavyindustrycorporations.Analarmsystemforthetunnelofcablesisproposed.Keywords:Tunnelcable;Temperature、smogmonitoring;Fieldbus;VirtualCOM;Configurationsoftware

1 引言

随着自动控制与计算机技术的不断发展,火灾自动报警系统已广泛地应用于生产、生活的各个领域。它是人们为及早发现和通报火灾、及时采取有效措施控制和扑灭火灾而采取的自动防范措施。

电缆隧道空间狭窄、阴暗,火灾隐患不易发现,一旦引发火灾,将给企业带来很大的直接和间接损失。为实现企业的安全生产、经济运行,应对电缆隧道进行在线温度自动监测,实时地掌握电缆隧道内温度及烟雾的变化趋势,并在发现火灾隐情时及时报警,最大限度地防止火灾发生。

本文以某隧道电缆温度和烟雾监测报警系统为背景,提出了隧道电缆安全保护的一种模式,体现了现场总线、虚拟串口及组态技术的完美整合。

通过我们与某铝厂有关人员就电缆隧道温度与烟雾监测报警系统情况的相互沟通,了解到的具体的情况如下:该铝厂属于大型的重工业,电力的安全供应在其生产中占据着重要作用。铝厂热电分厂通过6000伏输电电缆向全厂10个配电室供电,电缆全部布放在电缆隧道内。如果该通道发生火灾,将影响到整个厂区的安全生产。

分析电缆隧道火灾的原因,95%以上都是由于电缆接头发热引起的。根据电力事故分析,从电缆头过热到事故的发生,其发展速度一般比较缓慢、时间较长。因此,以实时监测电缆接头以及本体温度作为实现电缆隧道火灾预防和报警的主要手段完全可以防止、杜绝此类事故的发生。作为火灾监测的辅助手段,使用烟雾探测器对电缆隧道内电缆阴燃产生的烟雾进行监测。为了更好地进行温度趋势预测和分析,消除误报警,除了设置最高温度报警值以外,系统同时兼顾电缆电流等数据进行报警。

2 隧道电缆温度和烟雾监测报警系统

2.1 工程概况

收稿日期:2004-12-1364

|TechniquesofAutomation&Applications 因此系统实时监测各个配电室进线电缆电流等参数。

在通讯通道方面,系统使用光纤作为通讯通道。光纤通道具有带宽大、抗干扰能力强等特点,光纤通道的建立不仅满足了本系统的要求,同时为以后各配电室实现无人值守、厂内进一步实现生产管理自动化构建了良好的网络基础。

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2.2 相关技术

现场总线技术:现场总线技术是电子、仪器仪表、计算机技术和网络技术发展的结晶,是工业自动化事业发展的需要。它将专用微处理器置入传统的测量控制仪表,使它们各自都具有数字计算和数字通信能力,采用可简单连接的双绞线等作为总线,把多个测量控制仪表连成网络系统,并按公开、规范的通信协议,在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间,实现全数字化、双向多变量数字通信。它在电力、冶金、石化、楼宇等方面的自动化系统中具有广泛的应用前景。目前现场总线技术有40多种标准,其中包括基金会现场总线、LonWorks、PROFIBUS、CAN、HART、RS-485等。它将控制功能彻底下放到现场,显著降低了现场布线、安装和维护费用[2]。

虚拟串口技术:虚拟串口技术在基于网络的远程监控和远程数据采集系统中起着相当重要的作用。协议转换器/工业网关0沟通了现场总线与以太网之间的对话。每一个/工业网关0具有一个IP地址。在主机上通过/工业网关0的驱动程序,进行IP地址与虚拟串口之间的映射,实现主机和现场设备之间的透明连接,使用户可以继续使用那些仅适用于串口通讯的RS-232P422P485串口通讯软件。工作原理[3]是:当数据从主机发往现场设备时,/工业网关0的驱动程序将发往主机虚拟串口的数据截获、打成TCPPIP包后再发往主机的以太网卡,在另一端,/工业网关0接收到TCPPIP包,解包,然后发往连接到/工业网关0的串口设备。从而实现了数据在主机与现场设备之间的透明传输。当数据从现场设备发往主机时,原理相同。

组态技术:工业组态软件是一种开发平台,用户可以针对具体的应用背景,在此平台的基础上进行二次开发[4],生成面向最终用户的实时控制系统。组态软件简单易用,界面友好。在本系统中采用的是北京金联创自动化科技发展有限公司开发的天工组态软件。天工组态软件是基于WINDOWS操作平台的工业自动化软件。由于WINDOWS操作系统在全球的广泛使用,它也成为工业控制软件运行的首选平台之一。天工组态软件大量采用了WINDOWS的成熟技术,为用户提供了一个具有强大图形引擎、数据通讯能力的HMIPSCADA软件。天工组态软件同时吸纳了自动化和软件领域的尖端技术:DDE、OLE、ODBC、Ac-tiveX、COM、OPC和Profibus,内部提供了大量使用ActiveX技术开发的控件,且集成了各工业自动化硬件的驱动程序,更方便用户随心所欲构造自己的系统。通过ODBC,天工组态软件可以和标准数据库进行互相访问。天工组态软件也成为目前国内唯一家既提供OPCServer,又提供OPCClient功能的工业自动化软件。其它优秀的组态软件还有:组态王、世纪星组态软件、力控软件、InTouch、MCGS等。

太网作为主干网。主干网上数据协议为TCPPIP。

根据现场实际条件和RS-485网的最远距离,对10个配电室的每个配电室,其各数据采集模块之间采用RS-485总线相连,经主干网与监控主机相连。RS-485网内各智能模块具有不同的地址。

对每个配电室分别建了一个RS-485网,即一个配电室对应着监控主机的一个虚拟串口。为了避免多个设备在同一时间发送数据而导致竞争,所有的RS-485网的通讯由上位机控制。采用上位机主导的命令P响应方式。模块自身不断的巡检现场原始数据。模块不发送数据时处于监听模式。主机对一个模块发出一条带地址的命令,然后等待一段时间等模块响应,如果模块在一定时间内不响应,主机将判定为/超时0。

我们采取以监测电缆接头温度为主,监测电缆本体温度和隧道内烟雾为辅,并将采集到的温度数据与电缆电流、电压等参数进行综合分析比较的手段,实现该系统的各项功能。根据铝厂现场需求情况,本次主要监测1PD,2PD,5PD,7PD,10PD的电缆温度,隧道烟雾。同时,按照用户要求,对1-10PD的各个配电室的电流电压进行测量。采用的网络拓扑结构如图1[1],其中DE-311为由台湾Moxa公司生产的以太网测控网关,它是一个RS485与TCPPIP的协议转换器,提供RS485到网络和网络到RS485的透明数据传输,DE-311向上提供10P100Mbps以太网接口,向下提供1个标准RS232P422P485串行口,内部集成IP,ICMP,TCP,UDP,DHCP等协议;LTM8003、LTM8600、LTM8300分别是由北京LANCE公司生产的智能温度测量模块、智能开关量测量模块和智能电流电压测量模块,其主要功能是:读取和处理现场的数据;建立基于RS-485网络与上位机通信功能。

图1 隧道电缆温度与烟雾监测系统

温度信号和烟雾信号分别来自于现场温度传感器群和感烟装置。温度传感器选用DS1820数字化温度传感器,该传感器形状为方形,检测面为弧形,紧贴电缆接头表面安装,结合面涂敷导热胶,外侧使用隔热材料进行保护。每个传感器有一个厂家设定的全球唯一码。各个传感器通过一根电缆绑在各个测点上,构成了/一线方式0总线网络,接入数据采集模块。/一线总线0是美国DALLAS公司的特有技术,实现了一条数据线进行双向数据传输,最大限度的节省了通讯线的数量,使系统布线更方便,布线成本更低。感烟装置布置于电缆隧道顶部,有烟雾时,

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2.3 系统的结构

由于各配电室的测点较多并且位置比较分散(相隔数百米),考虑到将来自动化系统的逐渐完善,信息传输量必然增加,所以本系统采用了分布式系统结构,并采用高速100M光纤以

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装置动作,一对继电器的接点闭合。把此接点接入LTM8600,即可实现对烟雾的监测。

监控主机采用性能稳定、可靠的工业控制计算机,配以大屏幕监视器,组态显示电缆隧道的分布情况,并实时地将采集到的数据显示于屏幕上,可清晰、直观地显示现场所需监测的各项图表及数据。同时对采集到的数据进行二次处理,并传送到服务器,生成该厂所需的各种报表,并提供查询及打印功能。

图2 软件功能

通过对组态软件灵活熟练的运用,能够方便的实现上述功能。图3是系统的一个分系统平面图。图中显示了1PD、2PD、

3 系统的功能及软件设计

系统软件采用了组态软件。我们在组态软件的基础上进行了本工程的二次开发。基于组态软件提供的有利环境,可以加速开发周期,增强系统的稳定性、可靠性。

5PD、7PD、10PD、10FP六个配电室的平面分布图以及各个电缆接头的编号、电缆接头温度和本体温度的大致测量点和测量值。图3的下方是一些功能按钮,通过点击各个按钮可以进入不同的界面,进一步的浏览系统。功能选项主要有总图、实时数据、实时报警、实时曲线、历史数据、历史报警和历史曲线,其中总图中显示的是系统的所有配电室的整个平面分布图以及各个配电室的电流电压参数。

3.1 通讯功能

通常,组态软件已经提供了对LANCE数据采集模块的驱动支持。我们只需通过组态软件添加新设备,设定设备名称、设备地址、设备串口的通讯波特率、数据传输格式等及其它运行参数。然后在变量词典里定义变量,每一个变量对应着现场设备的一个测点,将变量与测点通过LANCE数据采集模块提供的参数对应起来。系统运行时,就会不断的巡检各个串口上的设备,将查询上来的数据存入实时数据库,用以在各个人机界面中的显示。

3.2 实时监测功能

系统通过系统平面图、实时数据显示画面和实时趋势曲线三种方式完成对现场实时数据的监视。实时数据显示利用了组态软件提供的/动画连接0功能。所谓动画连接,就是将窗口界面上的静态文本,线条等对应于一个变量,从而与实际的现场数据对应起来,并随现场数据的变化而变化,比如数据刷新,线条滑动等。系统具有上限、和上上限两级报警功能,比如50b为上限,80b为上上限,并在不同的限值区域之间以不同的颜色显示。同时系统具有变化率报警,即单位时间内数据的变化超过了预设的限值时,将认为某个测点发生了电缆有可能老化的现象,从而引起值班人员的注意,迅速做出决断,防患于未然。烟雾监测功能用于发现电缆沟中的阴燃现象,并可通过分布在电缆沟中离子感烟器的动作先后顺序判定电缆燃烧走向。

系统还具有对配电室的事故信号及预告信号的监测功能,电流电压等运行数据的显示和报警功能。

图3 隧道电缆平面图

4 结论

火灾是电缆隧道存在的重要安全隐患。建立以实时监测电缆本体以及接头温度作为实现电缆隧道火灾预防和报警为主要手段的温度在线监测系统具有非常实际的意义。

5 参考文献:

[1] 王耀才,等.基于Intranet的瓦斯实时监测信息集成系统[J].计算机工程与应用,2002,(19):236-237

[2] 吴华强.现场总线技术在楼宇自动化领域的应用与研究[J].

建筑电气资讯,2002,(9):49-51

[3] NportFamilySoftwareInstallationGuide[Z].MoxaTechnologiesCo.,Ltd

[4] 冯永红,等.电力调度系统组态软件的设计与实现[J].计算机工程与应用,2002,(7):226-228

作者简介:范云芝(1972-),女,工程师,商丘师范学院,硕士,研究方向:计算机网络与通讯,计算机控制。

3.3 历史数据查询及趋势曲线

系统通过ODBC连接,按需要对一些测点的值以一定的周期进行存储,为日后的查询、分析、做出决策提供了支持。查询方式有:按日期查询、按电缆回路名称查询、和对报警信息的查询等。系统并提供了各个测点温度的历史趋势曲线,供查询、分析。

系统的软件功能构成如图2

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