專利名稱：一種新型隧道火災預警系統及控制方法
技術領域：
本發明屬于消防領域，涉及網絡控制、機電工程等技術，尤其是火災實時預警系統，應用于隧道及地下綜合體的火災監測。
背景技術：
隧道作為一種特殊的建筑物，結構復雜、環境密閉、交通量大和人員密集，一旦發生火災，逃生和救援工作相當困難，往往會造成重大的人員傷亡和財產損失。因此，隧道機電工程中的火災自動檢測和及時報告無疑是保障隧道營運安全的重要手段。
我國目前的隧道火災報警系統都是借鑒民用建筑標準或是參考國外隧道設計的。目前隧道中常用的火災報警系統主要有熱敏合金線式、光纖式和雙波長火焰探測器式三種，早期的銅管式和普通感溫電纜式由于使用效果不好，已逐步趨向淘汰，而且目前存在的隧道火災報警系統均只能捕獲單一特征量，或者溫度或者火焰或者煙霧，不能解決陰燃、遮擋、風機干擾等可能存在的復雜的隧道火災工況問題。火災檢測系統不僅要盡早檢測到火災的發生，同時還要提高檢測的準確性。若檢測系統可以同時處理多種火災信號如火焰、溫度、煙霧，通過對這些信號進行綜合分析，將大大提高火災災情判斷的準確性。
發明內容
本發明的目的在于提供一種新型火災預警裝置及系統，克服現有技術的上述缺點。
為達到上述目的，本發明的解決方案是現場火災預警裝置現場火災預警裝置可實時采集雙波長火焰探測器、數字溫度傳感器、感煙探測器三種探測器和手動報警按鈕的信號，進行分析判斷，以濾除干擾，進行聲光報警。報警控制器采用三種探測器和手動報警按鈕相結合的報警方式，極大地降低了誤報率和漏報率。
一種新型火災預警系統，包括CC-Link/Ethernet(以態網)下位監控網絡和中央監控系統，采用CC-Link現場總線和以太網相結合的通信機制，其中CC-Link/Ethernet下位監控網絡包括支持多種傳感器和探測器的接入和融合報警的火災報警控制器，其采用遠程設備站，接入CC-Link網絡；
中央監控系統包括數據通訊模塊、系統管理模塊、監測狀態顯示模塊。
進一步，所述數據通訊模塊負責遠程監控計算機和PLC之間的以太網通訊；所述系統管理模塊對系統內的用戶權限、設備編碼進行管理，以及對歷史數據和操作日志進行備份、查詢、統計；所述監測狀態顯示模塊則是一組直接面向用戶的圖形接口，負責溫度的實時趨勢圖和設備運行狀態的顯示。
所述中央監控系統是基于.NET框架的類型，后臺數據庫使用SQL Sever2000。
所述傳感器包括火焰傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器；另外系統還設置有手動報警模塊。
還包括基于Internet和WEB技術的遠程、實時隧道火災監測平臺，該平臺以Java和.NET技術實現。
一種對上述的新型火災預警系統的控制方法，包括將現場數據傳至監控計算機進行分析管理，同時將上位機發出的指令送至現場控制器；PLC通過以太網與上位監控系統進行通訊，以完成上位計算機對PLC程序的上、下載，并通過PLC對報警系統進行監控，對整個系統進行參數設置、實時趨勢顯示、歷史數據記錄及歷史趨勢顯示、報警處理及顯示。
進一步，采用基于多傳感器融合結構的火災監測算法，即在充分了解隧道環境特征、隧道火災特點，詳細分析隧道火災探測器優缺點的基礎上，提出的一種基于神經網絡的多傳感器數據融合算法。
火災報警判斷條件如下采用雙波長火焰探測器的情況下，若雙波長火焰探測器動作時輸出脈沖信號，送入單片機進行判斷，濾除干擾，如果連續收到兩個脈沖信號，即可判斷為火災報警；手動報警按鈕按下后，即可將火警信號送至報警控制器；采集的溫度超過報警閾值后，輸出報警信號。
煙霧探測器輸出低電平信號，即可判斷為火災報警；雙波長火焰探測器和煙霧探測器報警后，都須進行短暫的斷電，復位后才能重新探測火災信號，這可以通過控制器控制繼電器的開關來完成。
包括具有位置特征的設備編碼規則，火災探測器和報警按鈕的編碼PLC號+主站模塊號+報警控制器站號+sensor類型+sensor號碼；報警控制器的編碼PLC號+主站模塊號+報警控制器站號；主站模塊的編碼PLC號+主站模塊號；PLC的編碼PLC號。
本發明提出了一種基于CC-Link現場總線和以太網的火災預警系統，可優選了在工程應用中頗受好評的雙波長火焰探測器，并與單線數字溫度傳感器DS18B20、光電感煙探測器和手動報警按鈕相結合，以期做到系統可靠、先進、高靈敏度和極低的誤報率，立足于防患未然及早期自救。
(1)CC-Link/Ethernet下位監控網絡主要包括1.火災報警控制器，支持三種傳感器(火焰、溫度、煙霧)的接入和融合報警，極大地降低了誤報率和漏報率；2.構建CC-Link/Ethernet網絡，實時性高；本系統中，火災報警控制器既要對雙波長火焰探測器和感煙探測器的報警信號進行分析處理，又要采集溫度探測器的溫度值，所以將控制器開發成遠程設備站，接入CC-Link網絡。整個監控系統采用CC-Link現場總線和以太網相結合的通信機制，可高速的將現場數據傳至監控計算機進行分析管理。主站采用一臺Q系列PLC(Q02H)(可編程控制器)負責CC-Link網絡的管理，并通過以太網將數據送到上位機監控系統進行分析，同時可將上位機發出的指令送至現場控制器。
(2)中央監控系統根據功能定義，監控系統劃分為三個基本的功能模塊，分別來完成數據通訊、系統管理、監測狀態顯示這三方面的工作。
同時，開發基于Internet和WEB技術的遠程、實時隧道火災監測平臺，該平臺以Java和.NET技術實現，具有多用戶、實時性、跨平臺等優點。
本發明與現有技術相比有如下的技術改進1、隧道火災報警控制器支持多傳感器(火焰、溫度、煙霧)接入，并具有手動報警功能；2、在隧道火災報警系統的現場控制器單片機上實現了溫度/火焰融合的火災報警決策算法。溫度處理層采用神經網絡模擬環境溫度、溫升速率和風速間的關系，減小風速對溫度報警決策的影響。溫度報警決策采用特定的溫度趨勢值報警算法，系統通過離線的方式訓練神經網絡獲得趨勢報警閾值，并采用火焰報警信號調節趨勢報警閾值，通過這樣的方式來解決單一報警方式的誤報問題。當火焰或溫度趨勢報警時系統就會發出報警，解決了單一報警方式的漏報問題。
3、采用CC-Link現場總線/以太網相結合的通信機制，實時性高。
4、實現了基于internet的遠程監測。
本發明通過融合火焰、溫度、煙霧三種特征量，很好地解決了隧道火災預警中出現的陰燃、遮擋、風機干擾問題。
圖1是本發明系統結構示意圖。
圖2是本發明的報警控制器結構示意圖。
圖3是本發明的報警控制器和區域控制器通信示意圖。
圖4是本發明的中央監控軟件結構示意圖。
圖5是本發明的遠程監測平臺結構示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示為本發明的系統結構圖，整個監控系統采用CC-Link現場總線和以太網相結合的通信機制，可高速的將現場數據傳至監控計算機進行分析管理。主站采用一臺Q系列PLC(Q02H)負責CC-Link網絡的管理，并通過以太網將數據送到上位機監控系統進行分析，同時可將上位機發出的指令送至現場控制器。本系統中，火災報警控制器既要對雙波長火焰探測器和感煙探測器的報警信號進行分析處理，又要采集溫度探測器的溫度值，所以將控制器開發成遠程設備站，接入CC-Link網絡。
如圖2所示為本發明的報警控制器結構圖，報警控制器支持三種傳感器(雙波長火焰探測器、光電感煙探測器、DS18B20數字溫度傳感器)的接入，并與手動報警按鈕相結合，實現溫度采集與報警處理。每個火災報警控制器最多可連接3個雙波長火焰探測器，3個溫度探測器，3個報警按鈕以及4個DS18B20數字溫度探測器。每個報警控制器所連接的4個DS18B20采用相同的報警閾值，其中報警閾值保存在DS18B20的EEPROM中，控制器上電后，從EEPROM中取出報警閾值。同時，控制器也可以接收主站下發的報警閾值，作為新的閾值，保存到DS18B20的EEPROM中。
圖3所示為本發明的報警控制器和區域控制器通信示意圖，報警控制器通過CC-Link網絡將溫度數據和報警信息送至主站進行處理，同時接收主站發送的配置命令。主站在和遠程設備站通信的時候，和遠程設備站交換的信號(初始數據請求標志、出錯復位請求標志、各種報警信號等)通過使用遠程輸入RX和遠程輸出RY進行通信；數字數據(平均處理規格、數字輸出值等)使用遠程寄存器RWw和RWr進行通信。
圖4為本發明的中央監控軟件結構圖，PLC通過以太網與上位監控系統進行通訊，以完成上位計算機對PLC程序的上、下載，并通過PLC對報警系統進行監控，對整個系統進行參數設置、實時趨勢顯示、歷史數據記錄及歷史趨勢顯示、報警處理及顯示。根據功能需求，監控系統劃分為三個基本的功能模塊，分別來完成數據通訊、系統管理、監測狀態顯示這三方面的工作。數據通訊模塊負責遠程監控計算機和PLC之間的以太網通訊，即間隔1秒讀取現場監控設備的狀態和現場設備采集的數據，并下發控制命令，對現場設備進行配置；系統管理模塊主要起到對系統內的用戶權限、設備編碼進行管理，以及對歷史數據和操作日志進行備份、查詢、統計的功能；監測狀態顯示模塊則是一組直接面向用戶的圖形接口，負責溫度的實時趨勢圖和設備運行狀態的顯示。
圖5為本發明的遠程監測平臺結構圖，遠程客戶端通過瀏覽器(IE或其他支持java applet的瀏覽器)訪問web服務器，將在客戶端瀏覽器中啟動Javaapplet，java applet小應用程序嘗試與遠程實時數據服務建立網絡連接。連接成功時，將由數據服務將打包的測試數據發送到客戶端。數據服務一方面接受底層硬件上傳的監測數據，一方面對數據進行解析，然后打包成客戶端需要的數據包。若有來自客戶端的連接，數據服務就將數據發送到客戶端。遠程客戶端也可以從數據庫服務器查詢被記錄的監測歷史信息。
上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，對于本發明做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種新型隧道火災預警系統，其特征在于包括CC-Link/Ethernet下位監控網絡和中央監控系統，采用CC-Link現場總線和以太網相結合的通信機制，其中CC-Link/Ethernet下位監控網絡包括支持多種傳感器和探測器的接入和融合報警的火災報警控制器，其采用遠程設備站，接入CC-Link網絡；中央監控系統包括數據通訊模塊、系統管理模塊、監測狀態顯示模塊。
2.根據權利要求1所述的新型隧道火災預警系統，其特征在于所述數據通訊模塊負責遠程監控計算機和PLC之間的以太網通訊；所述系統管理模塊對系統內的用戶權限、設備編碼進行管理，以及對歷史數據和操作日志進行備份、查詢、統計；所述監測狀態顯示模塊則是一組直接面向用戶的圖形接口，負責溫度的實時趨勢圖和設備運行狀態的顯示。
3.根據權利要求1所述的新型隧道火災預警系統，其特征在于所述中央監控系統是基于.NET框架的類型，后臺數據庫使用SQL Sever 2000。
4.根據權利要求1所述的新型隧道火災預警系統，其特征在于所述傳感器包括火焰傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器；另外系統還設置有手動報警模塊。
5.根據權利要求1至4中任一所述的新型隧道火災預警系統，其特征在于還包括基于Internet和WEB技術的遠程、實時隧道火災監測平臺，該平臺以Java和.NET技術實現。
6.一種對權利要求1所述的新型隧道火災預警系統的控制方法，其特征在于將現場數據傳至監控計算機進行分析管理，同時將上位機發出的指令送至現場控制器；PLC通過以太網與上位監控系統進行通訊，以完成上位計算機對PLC程序的上、下載，并通過PLC對報警系統進行監控，對整個系統進行參數設置、實時趨勢顯示、歷史數據記錄及歷史趨勢顯示、報警處理及顯示。
7.根據權利要求6所述的控制方法，其特征在于采用基于多傳感器融合結構的火災監測算法，即在充分了解隧道環境特征、隧道火災特點，詳細分析隧道火災探測器優缺點的基礎上，提出的一種基于神經網絡的多傳感器數據融合算法。
8.根據權利要求6所述的控制方法，其特征在于火災報警判斷條件如下采用雙波長火焰探測器的情況下，若雙波長火焰探測器動作時輸出脈沖信號，送入單片機進行判斷，濾除干擾，如果連續收到兩個脈沖信號，即可判斷為火災報警；手動報警按鈕按下后，即可將火警信號送至報警控制器；采集的溫度超過報警閾值后，輸出報警信號。煙霧探測器輸出低電平信號，即可判斷為火災報警；雙波長火焰探測器和煙霧探測器報警后，都須進行短暫的斷電，復位后才能重新探測火災信號，這可以通過控制器控制繼電器的開關來完成。
9.根據權利要求6至8中任一所述的控制方法，其特征在于包括具有位置特征的設備編碼規則，火災探測器和報警按鈕的編碼PLC號+主站模塊號+報警控制器站號+sensor類型+sensor號碼；報警控制器的編碼PLC號+主站模塊號+報警控制器站號；主站模塊的編碼PLC號+主站模塊號；PLC的編碼PLC號。
全文摘要
一種新型火災預警系統，包括CC－Link/Ethernet下位監控網絡和中央監控系統，采用CC－Link現場總線和以太網相結合的通信機制，其中CC－Link/Ethernet下位監控網絡包括支持多種傳感器和探測器的接入和融合報警的火災報警控制器，另具有手動報警功能，其采用遠程設備站；中央監控系統包括數據通訊模塊、系統管理模塊、監測狀態顯示模塊。其控制方法，包括將現場數據傳至監控計算機進行分析管理，同時將上位機發出的指令送至現場控制器；通信機制實時性高；實現了基于internet的遠程監測；通過融合火焰、溫度、煙霧三種特征量，很好地解決了隧道火災預警中出現的陰燃、遮擋、風機干擾問題。
文檔編號G08B25/00GK101059897SQ200610025959
公開日2007年10月24日 申請日期2006年4月21日 優先權日2006年4月21日
發明者陳啟軍, 顧玉輝, 張楊 申請人:同濟大學