算法描述 - ARCM系列電氣火災監(jiān)控探測器設計

三、算法描述
　　傳統(tǒng)的剩余電流檢測方法為：電流互感器為傳感器件，由它提取的剩余電流信號，經放大、AC/DC變換、A/D變換、CPU處理后，送往報警器、顯示器、信號輸出。該方法中，實現(xiàn)對剩余電流的測量需要經過放大器，AC/DC變換，最后才到A/D采樣測量，轉換復雜，增加了故障節(jié)點，同時也增加了成本。
　　ARCM200/300探測器，采用交流采樣技術，直接對互感器過來的剩余電流信號采樣，保持信號的真實性。通過MCU對數據進行計算處理，從而達到精確測量剩余電流信號的目的，并通過特定程序算法，保證了探測器及時、準確和可靠進行報警保護。其運用的主要技術手段如下：
　　1）頻率濾波
　　現(xiàn)代用電設備中變頻器及非線性負載越來越多，電網諧波含量急劇增加，在供電電纜中造成了高頻泄漏電流，這些泄漏電流可以達到幾十到幾百毫安。IEC60479標準中說明了在50/60HZ時的保護最為關鍵。故有必要將泄漏電流的高頻成分濾除，從而減少了諧波電流和瞬時電流引起的誤動。
　　ARCM200/300中利用數字信號處理技術中的數字濾波技術，將采樣得到的一系列數據進行濾波計算處理，達到濾除信號中高頻部分的目的。
　　2）測量真有效值（方均根值）。
　　在考慮頻率濾波的情況下，可準確測量剩余電流信號的RMS真有效值，使動作的判據更加準確，減少不正常的拒報警。

　　

四、實現(xiàn)功能及性能：
　　ARCM200/300實現(xiàn)了以下功能：
　　1）剩余電流/溫度測量。可以實現(xiàn)同時監(jiān)控1～4路剩余電流，其中J1型可以監(jiān)測3路溫度。剩余電流正常測量范圍在10mA～3000mA，精度可達到1級，溫度測量范圍可從-10℃ 到 120℃之間，精度±1℃。
　　2）可編程報警設置。動作電流和動作延時可靈活調整，可根據現(xiàn)場環(huán)境的實際情況進行參數設定。并能夠非常容易的適用于分級保護的場合。報警功能的一些說明：
　　額定動作電流值I△n設定范圍：20～1000mA,也可設為OFF，以關閉剩余電流保護 ；預警電流為＞0.8I△n，報警動作電流為＞0.95I△n；
　　溫度報警設定范圍：50℃～120℃，也可設為OFF，以關閉溫度通道保護；
　　動作時間可設定范圍：0.1S～60.0S 。
　　3）事件記錄。可記錄最近10條事件記錄，發(fā)生報警時記錄的報警發(fā)生的事件類型、事件通道、報警設定值、報警實際值及報警時間。
　　4）RS-485通訊接口，采用兼容Modbus-RTU協(xié)議，可將監(jiān)測到的各種信息上傳，組建電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。

五、應用案例
　　廣州亞運會開、閉幕式將在位于珠江新城南端珠江上的海心沙廣場舉行。海心沙島北望珠江新城中央商務區(qū)，南望廣州新電視塔，西鄰二沙島，總用地面積17.6萬平方米，綠地率達到65%，可容納2萬名觀眾。海心沙廣場將成為廣州市最大的公眾廣場和廣州市未來城市慶典活動中心。

圖3　海心沙場館外觀圖

　　海心沙場館內配電系統(tǒng)共有兩個一級高壓房、四個二級高壓房及專變房、五個低壓配電房共同組成。在一級、二級高壓房內使用的電能儀表為安科瑞公司的ACR220ELH型號諧波表。在低壓配電房內使用ACR320EL/ACR220EL網絡多功能儀表。低壓配電系統(tǒng)為TN-C-S系統(tǒng)，適合使用安科瑞公司生產的ARCM200/300剩余電流式漏電火災探測器。ARCM200/300在亞運會項目中一舉包攬了海心沙場館內5個低壓變電房的所有剩余電流式火災探測器，共545個。ARCM200和ARCM300安裝方式分別為嵌入式面板安裝和導軌式安裝；剩余電流互感器安裝于配電柜內，各個回路電纜的A、B、C、N線穿過剩余電流互感器，PE線不穿過剩余電流互感器。

圖4　現(xiàn)場應用圖

　　在這個項目中主要用于檢測剩余電流、溫度以及485通訊組網。現(xiàn)場系統(tǒng)網絡結構：現(xiàn)場設備層——網絡通訊層——站控管理層。也即是：先將現(xiàn)場智能設備接入就地的Modbus總線，再將Modbus總線通過串口設備聯(lián)網服務器轉換成TCP/IP以太網與監(jiān)控主機進行數據交換，最終由方便管理人員通過監(jiān)測系統(tǒng)軟件了解及掌握現(xiàn)場狀況，并進行實時監(jiān)測。

圖5　系統(tǒng)一次圖