1引言

国家标准《建筑电气火灾预防要求和检测方法》有关条文中明确要求“应在电源进线端设置自动切断电源或报警的剩余电流动作保护器”。在《剩余电流动作保护装置安装和运行》有关条文中也同样明确要求“必须安装剩余电流保护装置的设备和场所”。其中就末端保护和线路保护做出了具体规则，另外，在4.6条款里，同样明确在某些场所“应安装报警式剩余电流保护装置”的具体规定。这些都是强制性的规定。

在国家标准《高层民用建筑设计防火规范》和《建筑设计防火规范》里，对是否安装电气火灾监控系统是以“宜”安装来表示的。所谓“宜”安装，按着规范里用词说明指出：表示允许也稍有选择。也就是说可以安装，也可以不安装。

在各类建筑及其它领域中广泛应用安装电气火灾监控器，能有效预防和减少漏电引起的电气火灾。应用在线检测技术，可长年不间断地检测用电线路的过电流、漏电电流等参数，能随时掌握电气线路或电气设备电气火灾危险参数的变化情况、故障和异常状态，及时发现电气线路的火灾隐患，消除隐患，防患于未然，保护国家和人民生命财产的安全。

2电气火灾监控系统组成

根据国家标准GB14287-2005《电气火灾监控系统》以及相关规范《电气火灾监控系统的设计方法》（暂行规定），则电气火灾监控系统的基本组成应包括：电气火灾监控设备、剩余电流式电气火灾监控探测器以及测温式电气火灾监控探测器等三个最基本产品种类所组成。其中，剩余电流式电气火灾监控探测器又由监控探测器和剩余电流互感器（分对插式、闭合式两种）所组成；测温式电气火灾监控探测器由监控探测器和测温传感器所组成。

剩余电流式电气火灾监控系统采用分层分布式结构，由站控管理层、网络通讯层和现场设备层组成。系统拓扑图如左图所示：各电气火灾监控探测器通过屏蔽双绞线RS485接口，采用MODBUS通讯协议总线型连接接入通讯服务器，然后通过五类线TCP/TP协议进入工业交换机，然后通过光缆到达监控主机。

a）现场设备层主要是连接网络中用于电参量采集测量的各类型的仪表和保护装置等，也是构建该监控系统必要的基本组成元素。不仅肩负着采集数据的重任，同时也是执行后台控制命令的终端元件。

b）通讯控制层主要是由通讯服务器、接口转换器件及总线网络等组成。该层是数据信息交换的桥梁，不同的接口转换器件提供了RS232、RS422、RS485、SPABUS等及以太网等各种接口，组网方式灵活，支持点对点的通讯、现场总线网络、以太网等类型的组态网络。通讯服务器主要用于直接对现场仪器仪表转达上位机的各种控制命令，并负责对现场仪器仪表回送的数据信息进行采集、分类和存储等工作，如电压/电流等电参量、输入开关量状态、修改仪表内部参数或各种控制继电器断开/闭合的操作命令等；微机保护装置主要是为保证上位机的正常工作，避免网络中不稳定信号对其造成的干扰或破坏；接口转换器件则是由于现场仪表或其它系列的装置与上位机的通讯接口存在差异，需要进行转换方可进行数据交换。

c）管理测控层是针对监控网络的管理人员，该层直接面向用户。该层也是系统的最上层部分，主要是由电气火灾监控系统软件和必要的硬件设备如计算机、打印机、UPS等。其中软件部分具有良好的人机交互界面，通过数据传输协议读取前置机采集的现场各类数据信息，自动经过计算处理，以图形、数显、声音等方式反映现场的运行状况，并可接受管理人员的操作命令，实时发送并检测操作的执行状况，以保证供用电单位的正常工作。

3支路控制器设计

支路微处理器选用的是philipslpc932a1单片机，它是基于8051内核的高速、低功耗的8位单片机，其指令执行时间只需2到4个时钟周期。6倍于标准8051器件。支路控制器系统结构框图如图2所示。

支路控制器系统中，采用精密电阻对ia、ib、ic、in四路电流互感器的电流信号取样并放大，然后采用精密整流电路将交流电压信号转换为直流电压信号。经单片机处理后将信号通过i2c总线传输至主控制器。

由于现场各种干扰因素较多，因此在支路控制器软硬件设计上必须考虑抗干扰问题。抗干扰设计主要包括以下几方面：电源抗干扰设计、单片机抗干扰、过程通道抗干扰设计、印刷电路板及电路的抗干扰设计和软件的抗干扰设计。其中系统电源采用dc-dc变换器得到稳定的±12v和5v直流电压，采用了高速光耦6n137对信号进行隔离，在软件设计中加入了数字滤波器进一步了提高系统的抗干扰能力。

4主控制器设计

主控制器由声光报警、键盘及液晶显示、can总线控制器、外部flash和时钟/日历发生器等部分构成。主路微处理器选用的是philips p89v51rd2单片机。主控制器完成的功能主要有：采集各支路控制器传输的ia、ib、ic、in等参数数据，故障特征数据，并在lcd上实时显示，并通过can总线传输给集中控制器。此外主控制器还将各支路控制器运行状态信号用相应双色发光管显示；当有通道出现报警信号时，主控制器驱动蜂鸣器，并将实时故障特征数据保存至flash。主控制器系统结构框图如图3所示。

本系统can接口硬件主要采用can独立控制器sja1000和can收发器pca82c250。can总线技术属于现场总线的范畴，can总线具有较强的纠错能力，支持差分收发，因而适合高噪声环境，并具有较远的传输距离；因此，can协议对许多领域的分布式测控系统很有吸引力，特别适合于小型分布式测控系统。can总线可以多主机方式工作，网络上任意节点可以在任意时刻主动向网络上其他节点发送信息。可以分为不同优先级，满足不同实时需要。通讯介质采用双绞线，无特殊要求，用户接口简单。基于can总线的微处理器火灾监控器系统，为解决火灾报警问题上提供了新的方法和手段，既提高了系统的准确性、可靠性，又为工程设计、施工布线提供了极大的方便。

本系统中lcd显示界面如图4所示。通过系统监控界面可查看实时电流数据，数据以滚动的形式显示。用户通过系统设置界面可以设置当前时间以及支路控制器的地址。通过查询历史数据界面可以查询报警原因，报警时间以及报警的通道编号。

5系统软件设计

监控系统软件设计流程图如图5所示。当系统启动工作后，经过初始化，主单片机开始对支路进行参数设置，设置电流互感器变比，报警，预警延时时间，然后每隔50ms接收各个支路板实时数据。当ia、ib、ic、in通道电流超过设定电流值，支路单片机驱动继电器，并将通道状态传送给主控制器。

6结束语

观察国内电气火灾监控系统的产品市场，其监控探测器的结构形式主要有三种类型，即多功能漏电开关型、分离配置型、分离配置整合型。如何为用户设计安装电气火灾监控系统，在实际中又能稳定可靠地得到应用，则选择该系统的产品是重要环节，也是值得探讨的一个问题。

该类型产品的优点是：保护功能多，内置电流互感器、剩余电流互感器（包括温度传感器），接线少，整体度高。而由此产生的缺点是：结构复杂、成本加大、故障率偏高，特别是信号的监控、探测、分析、处理、报警、通信、联动接口等电路与ABC三相主电（或单相）回路的间隔距离太近，易遭受强电磁场的干扰，降低产品性能的稳定可靠性。再说，其内部包含的电源控制开关（断路器），是低压配电系统中的关键配电产品，它必须通过电气开关类的电气产品的3C认证。在安装使用上也不太方便，如新建工程则需要和配电箱（柜）厂家沟通协商合理组装，但对改造工程中已经成形并使用中的配电箱（柜）则更不适用。