基于单片机电缆防火监控系统的应用

2022-09-11

随着发电厂机组容量的增大, 自动化水平的逐步提高, 电缆的使用量也越来越大。但是, 由于电缆长度增加, 其火灾事故的发生几率也相应增加。电缆隧道火灾会烧毁大量电缆及其它设备, 迫使大型工厂停机, 造成大面积停电。而且事故后恢复重建工作耗资大、费时长, 控制回路电缆烧损则会造成事故的进一步扩大, 甚至损坏主设备, 长时间不能恢复生产。

1 电缆火灾事故的成因分析

电缆火灾事故的发生原因很多, 主要有以下几种: (1) 电缆老化。绝缘层损坏。发生短路; (2) 电缆铺设不当影响通风散热, 电缆过负荷通电时间较长, 导致过热而引起火灾。 (3) 人为误操作引起电缆火灾。原因很多, 这里限于篇幅就不逐一列举了。

这里特别需要强调的是电缆头质量不良。据统计, 因电缆头故障而导致的电缆火灾、爆炸事故占到电缆总事故的70%左右。电缆头发生过热的主要原因是电缆中间头制作质量不良。比如电缆头的压接管压接不紧, 压接头接触电阻过大, 在运行中过热;电缆头的三相压接头几何位置不对称, 产生不对称电场, 加快绝缘的老化;电缆头绝缘填充物及热缩管在制作中产生的残余气泡, 在电场作用下发生局部放电导致绝缘击穿等等。

2 系统开发基本思想

发电厂的电缆大部分敷设在电缆隧道内。电缆隧道可看作是由多个相对独立的沟道组成, 这是因为:发电厂电缆隧道纵横交错, 每个纵横交错的空间都是一个相对独立的空间;同时为防止电缆火灾的蔓延在厂用母线分段处、公用主隧道或沟内引接的分支处、通向控制室和配电装置室的入口处和厂区围墙处、电缆隧道内每间距100m处均设置了防火墙, 这些防火墙又人为地将电缆隧道再次分割, 这种分割将电缆隧道本已纵横交错的空间又分割成多个完全封闭的小沟道。根据电缆分布的这种实际情况和特点, 本文电缆防火监测系统采用“分散—集中—再集中”的方案。终端采集器按其容量范围及电缆隧道实际状况合理分布在电缆隧道内。整个系统所允许的终端采集器数量是由所使用RS-485通讯芯片的驱动能力来决定。考虑到对终端采集器可能有不依赖上位机而独立工作的要求, 还为各终端采集器配置了液晶显示单元, 以循环显示各传感器采集到的数据和报警等信息。

3 系统的软硬件构成

3.1 上位单片机

上位机接收来自各终端采集器的数据, 并进行必要的分析、判断和显示, 对整个监测系统的运行进行统一调度管理, 以实现“再集中”。它完成的任务有: (1) 循环访问各终端采集器, 并对采集器的数据进行收集; (2) 显示电缆隧道分布模拟图及相应温度传感器、烟雾传感器分布位置; (3) 实时显示各传感器数据; (4) 通过程序扩展, 可完成全厂电缆管理。

3.2 下位传感器

传感器是电缆防火监测系统中的重要元件, 其工作特性和可靠性对系统起着关键的作用。选择合适的传感器, 可使系统硬件设计简化、布线简便, 并可使系统的稳定性和可靠性大大提高。因此, 传感器是监测系统设计中的重要组成。数字温度传感器, 它不仅可实现温度测量的实时性, 更由于它有较高的集成度, 能将温度信号直接转换成串行数字信号, 直接与数字控制设备接口, 适合于总线布置, 因此可以大大降低系统设计和布置的复杂性。它是当前温度传感器中最为先进的一种。因此, 本系统选用数字温度传感器。

3.3 系统软件功能

终端采集器软件主要实现以下功能。

(1) 初始化系统; (2) 实时巡测八路温度传感器的数据, 并对八路温度传感器回路及元件是否存在故障进行检查; (3) 实时巡测八路烟雾传感器的报警数据; (4) 读取本机编码及循环显示传感器采集的数据及各类报警信息; (5) 以一定的通讯协议完成与上位机的通讯。根据实际工作要求, 选择功能1、2、3、4作为主程序部分, 实现各传感器数据的实时巡测;功能5由系统中断服务子程序完成, 实现与上位机通讯。为使终端采集器能独立工作, 要求终端采集器必须有显示功能, 显示各巡测温度数值、感烟报警情况。显示器采用目前最为流行的液晶显示器。液晶显示是一种功耗极低的显示器, 目前在工业控制领域广泛使用。本系统采用的是内置K S 0 1 0 8图形液晶显示模块

12864。

3.4 串口中段程序设计

串行口中断在工业控制通讯系统中应用非常广泛, 对于单片机 (C51) 而言, 串行口是其一个优越的特点, 适用于构成比较复杂的集散系统, 更有利于多种设备并接到同一条工业控制总线。51单片机的串行口有三种通讯方式, 可以通过软件编程设定其具体的工作方式。本系统中, 采用RS-485通讯方式。通讯波特率是2400bps。RS-485通讯方式应用到工控机和终端采集器接口, 采用方式3, 利用第9位作为通讯标志位。系统采用多机通讯方式, 其实现原理如下:终端采集器系统在初始化程序中将串行口编程为方式3接收, 即9位异步通讯方式, 且对S M 2和REN置“1”, 允许串行口中断。在工控机和某一终端采集器通讯之前, 先将地址发送给各个终端采集器, 接着才传送数据或命令。