CN108986385A - 一种铁路客车内电气火灾智能预警*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁路客车内电气火灾智能预警***，包括红外热成像模块、热电堆测温模块、控制***、声光预警模块、通信模块、控制台和电源***；红外热成像模块用于提供监测目标的温度数据信息与红外热像图片，热电堆测温模块用于提供监测目标的温度数据信息；控制***对热像图片进行处理生成红外热成像监控视频，对两种温度数据进行分析，判断温度状态。本发明提供红外热成像与热电堆两种测温方案，具有非接触、反应灵敏、预报准确率高、可实现快速定位、使用简单以及性价比高的特点，可根据实时温度与历史温度进行电气火灾的预测，提高了铁路客车内电气火灾预防工作的工作效率与智能化水平。
Description
技术领域
本发明属于电力技术领域，具体涉及一种铁路客车内电气火灾智能预警***。
背景技术
铁路客车内的电气火灾多源于较隐蔽的区域，监测难度大。当前，在铁路客车内电气火灾隐患排查方面，人工点温巡检或使用线端贴感温贴纸使用较多，但上述方法都只能检测目标现有的最高温度，而且十分依赖工作人员的经验，排查不到位，更耗费大量人力物力。
目前，电气火灾的监控产品或技术多为剩余电流式和测温式，剩余电流式漏电检测精度差，容易出现误报、漏报警等；测温式产品或技术中，最为精确的是光纤测温型和红外测温型，光纤测温型所需成本高，且需要接触测量，而红外测温没有适用于铁路客车内的产品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁路客车内电气火灾智能预警***，针对隐蔽目标或区域进行非接触式监测，对铁路客车内电气火灾的提前预报，提高了电气火灾隐患排查工作的工作效率和智能化水平。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种铁路客车内电气火灾智能预警***，包括红外热成像模块、热电堆测温模块、控制台、控制***、声光预警模块、通信模块和电源***；
所述声光预警模块设置在控制台顶部位置；控制***包括工控机和输入输出装置，工控机设置在控制台内部，输入输出装置包括输入装置和显示器，设置在控制台表面；
所述红外热成像模块用于提供监测区域的红外热像测量温度与红外热像图片；所述热电堆测温模块用于提供监测区域的热电堆测量温度；所述控制***用于生成温度信息监测命令，以及接收和分析温度信息，得到监控目标的红外热像视频与温度状态，并进行实时显示，若发现温度异常情况，发送命令给所述声光预警模块进行声光报警；所述通信模块用于传递红外热成像模块和红外热电堆模块的测量信息，以及控制***的监控命令；所述电源***用于为红外热成像模块、热电堆测温模块、控制***以及声光预警模块供电。
进一步的，所述红外热成像模块通过非接触方式进行目标的温度监测，获取监测区域的红外辐射能量，得到监测区域的温度和红外热像图，并按照图像画面的像素点进行分解，以数组形式将画面中每个像素点的温度值和RGB值发送给所述通信模块。
进一步的，所述热电堆测温模块包括热电堆传感器、传感器指示灯、串行通讯接口、底座、热电堆测温模块开关和控制板；
所述热电堆测温模块开关控制热电堆测温模块的开启与关闭；所述热电堆测温模块通过热电堆传感器以非接触方式进行目标的温度测量；控制板检测热电堆传感器的工作状态，通过传感器指示灯进行显示，并将每次热电堆传感器测量的温度存于数组，当接收到温度监测命令后发送给通信模块；所述串行通讯接口用于连接热电堆测温模块和通信模块。
进一步的，所述工控机接收通信模块传递过来的红外热成像RGB数组，经图像增强处理后发送给所述显示器进行图像流显示，形成热像视频；工控机通过通信模块接收红外热成像模块与热电堆测温模块的温度数组后，首先修正温度值后滤除异常温度数组的异常值作为原始温度数据；然后对原始数据进行温度状态判断，并将红外热像和热电堆所测的实时温度值与温度状态传送给所述显示器，一旦发现温度异常情况，便发送指令给所述声光预警模块进行声光报警；所述输入装置用于输入操作人员的操作信息，并发送给工控机；所述显示器通过HDMI接口接收工控机信号，显示控制***的控制界面。
进一步的，所述通信模块包括有线通信模块一、有线通信模块二以及无线通信模块，其中无线通信模块包括第一无线数传模块和第二无线数传模块；所述有线通信模块一通过双绞线连接红外热成像模块和工控机，用于传递红外热成像模块的温度数据、红外热成像图片和控制***的命令；所述有线通信模块二通过RS485连接热电堆测温模块和工控机，用于传递热电堆测温模块的温度信息和控制***的命令。
进一步的，所述无线通信模块使用Modbus协议。
进一步的，所述热电堆测温模块和工控机之间具有两种通信方式：一种通过RS485进行有线通信，另一种通过所述第一无线数传模块和第二无线数传模块实现无线通信；
当使用无线通信方式时，工控机按照通信Modbus协议要求，将监测命令处理成消息帧传递给第二无线数传模块，再由第二无线数传模块发送至第一无线数传模块；第一无线数传模块接收到监测命令处理成消息帧后，发送给热电堆测温模块的控制板，控制板按照协议帧格式，先将接收到的温度监测命令消息帧进行解析与校验，校验成功方可进行下一步处理，否则发送请求重发命令，经过所述无线通信模块往回发送给所述控制***；校验成功后，控制板将温度数组处理为消息帧后反馈给第一无线数传模块，通过第一无线数传模块传送给第二无线数传模块；此时工控机接收到反馈的温度数据消息帧，完成解析后进行校验，校验成功方可进行处理温度数据处理，否则发送请求重发命令，经过所述无线通信模块往回发送给所述热电堆测温模块。
进一步的，所述电源***包括监测端直流电源与控制台直流电源，其中监测端直流电源用于给红外热成像模块和热电堆测温模块供电，控制台直流电源用于给控制***、声光预警模块供电。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明采用非接触式监测，解决了隐蔽区域监测难度大的问题，适用于空间相对狭小的铁路客车内部的电气火灾监控；(2)本发明更加智能化，可直接进行温度超限情况判断以及根据现有温度进行自主预测，判断其温度状态，并对异常温度状态进行报警；(3)本发明的预警***反应灵敏，预报准确，红外与热电堆测温元件的热响应时间短，可快速测量出目标温度值，控制***对数据分区域进行处理与分析，避免了异常点温度对判断结果的影响，提高了预报的准确率；(4)本发明操作简单，易于实现自动化，减少了电气火灾隐患排查工作的工作量，提高了电气火灾预防工作的工作效率。
附图说明
图1为本发明铁路客车内电气火灾智能预警***的整体结构示意图。
图2为本发明铁路客车内电气火灾智能预警***的控制台结构示意图。
图3为本发明铁路客车内电气火灾智能预警***的热电堆测温模块正视图。
图4为本发明铁路客车内电气火灾智能预警***的通信模块结构与连接示意图。
图5是本发明铁路客车内电气火灾智能预警***的控制***工作示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种铁路客车内电气火灾智能预警***，包括红外热成像模块1、热电堆测温模块2、控制台3、控制***、声光预警模块、通信模块和电源***5。控制台3放置于铁路客车控制室，声光预警模块固定在控制台3顶部位置；控制***包括工控机12和输入输出装置，工控机放置于所述控制台3内部，输入输出装置包括输入装置14和显示器15，分别嵌在所述控制台3表面位置，如图2所示。
所述红外热成像模块1用于提供监测区域的红外热像测量温度与红外热像图片；所述热电堆测温模块2用于提供监测区域的热电堆测量温度；所述控制***用于生成温度信息监测命令，以及接收和分析温度信息，得到监控目标的红外热像视频与温度状态，并进行实时显示，若发现温度异常情况，发送命令给所述声光预警模块4进行声光报警；所述通信模块用于传递红外热成像模块和红外热电堆模块的测量信息，以及控制***的监控命令；所述电源***5用于为红外热成像模块1、热电堆测温模块2、控制***以及声光预警模块4供电。
红外热成像模块1通过非接触方式进行目标的温度监测，获取检测目标的红外辐射能量，得到被测目标的温度和红外热像图，并按照图像画面的像素点进行分解，以数组形式将画面中每个像素点的温度值和RGB值发送给所述通信模块，从而提供温度数据信息与红外热像图片。
如图3所示，热电堆测温模块2包括热电堆传感器6、传感器指示灯7、串行通讯接口9、底座10、热电堆测温模块开关11和控制板。热电堆传感器6、传感器指示灯7、串行通讯接口9、底座10、热电堆测温模块开关11均设置在底座10上，所述控制板安装在底座10内部。热电堆测温模块开关11控制热电堆测温模块2的开启与关闭；所述热电堆测温模块2通过热电堆传感器6以非接触方式进行目标的温度测量；控制板检测热电堆传感器6的工作状态，通过传感器指示灯7进行显示，并将每次热电堆传感器6测量的温度存于数组，当接收到温度监测命令后发送给通信模块，当选择使用无线通信方式时，所述控制板按照协议帧格式，先将接收到的温度监测命令消息帧解析出来，将温度数组处理为消息帧后进行反馈，发送给所述第一无线数传模块8；所述串行通讯接口9用于连接热电堆测温模块2和通信模块。
如图4所示，通信模块包括有线通信模块一、有线通信模块二和无线通信模块，其中无线通信模块包括第一无线数传模块8和第二无线数传模块13，第一无线数传模块8可插拔安装在热电堆测温模块2的底座10上，第二无线数传模块13安装在工控机12后端；所述电源***5包括监测端直流电源与控制台直流电源16，控制台直流电源16放置于所述控制台3内部。
有线通信模块一通过双绞线连接所述红外热成像模块1和所述工控机12，用于传递所述红外热成像模块1的温度数据、红外热成像图片和控制***的命令；所述有线通信模块二通过RS485连接所述热电堆测温模块2和所述工控机12，用于传递所述热电堆测温模块2的温度信息和控制***的命令。所述无线通信模块可进行插拔安装，其中所述第一无线数传模块8安装在所述热电堆测温模块2上，用于接收控制***的监测命令消息帧、传送所述热电堆测温模块2温度信息反馈消息帧；所述第二无线数传模块13安装在所述工控机12上，用于传送控制***的监测命令消息帧、接收所述热电堆测温模块2温度信息反馈消息帧。
如图5所示，所述工控机12接收处理所述通信模块传递过来的红外热成像RGB数组，将画面分割成多个小区域，经图像增强处理后发送给所述显示器15进行图像流显示，形成热像视频。所述工控机12通过所述通信模块接收红外热成像模块1与热电堆测温模块2的温度数组后，首先修正温度值，然后滤除温度数组的异常值作为原始温度数据；接着，将红外热成像的测量温度按画面分割为多个小区域，对区域温度和热电堆测量温度进行数据分析与温度状态判断，并将红外热像和热电堆所测的实时温度值与温度状态传送给所述显示器15，一旦发现温度异常情况，便发送指令给所述声光预警模块4进行声光报警；在此期间，所述工控机12将存储每次判断前的原始数据、判断结果和异常信息。当所述工控机12与热电堆测温模块2通过无线方式进行通信时，需按照协议帧格式将温度信息消息帧解析出来，完成校验再进行温度值修正；同理，所述工控机12的温度监测命令需按协议帧格式处理后，再发送给所述第二无线数传模块13。所述输入装置14用于输入操作人员的操作信息，并发送给工控机12；所述显示器15通过HDMI接口接收工控机12信号，显示所述控制***的控制界面。
温度状态判断的具体过程为：
工控机接收到温度数据并经过修正后，进行两种预警情况判断：一，实时温度是否超出预警温度设置值的温超判断，二，历史温度是否异常变化的温升判断，对于温升判断，需获取之前一个时间段内的多组历史温度，对历史温度进行数据建模与拟合，并推测其温度变化趋势，判断其现有的和预测的温度上升程度是否剧烈以及是否可能出现温超情况。
所述电源***5包括监测端直流电源与控制台直流电源16，其中监测端直流电源用于给红外热成像模块1和所述热电堆测温模块2供电，控制台直流电源16用于给所述控制***、声光预警模块4供电。
所述控制台3放置于铁路客车控制室，用于组装控制***、声光预警模块4以及控制台直流电源16。
本发明提供红外热成像与热电堆两种测温方案，可实现无线和有线两种通信方式，具有非接触式测量、智能化水平高、反应灵敏、预报准确率高、操作简单，易于实现自动化的特点。首先，两种测温方案都无需接触目标，可对隐蔽区域等监测难度大的区域进行测量，且适用于空间相对狭小的铁路客车内部；其次，***可根据实时温度进行温度超限判断，并自主预测目标的温度状态，预先对对异常温度状态进行报警，智能化水平高；然后，红外与热电堆测温元件的测量响应快，提高了***的反应速度，可快速测量出目标温度值，控制***对数据分区域进行处理与分析，避免了异常点温度对判断结果的影响，提高了预报的准确率；最后，操作简单，无需人为测量，易于实现自动化，减少了电气火灾隐患排查工作的工作量，提高了铁路客车内电气火灾预防工作的工作效率。
Claims (8)
1.一种铁路客车内电气火灾智能预警***，其特征在于，包括红外热成像模块(1)、热电堆测温模块(2)、控制台(3)、控制***、声光预警模块(4)、通信模块和电源***(5)；
所述声光预警模块(4)设置在控制台(3)顶部位置；控制***包括工控机(12)和输入输出装置，工控机设置在控制台(3)内部，输入输出装置包括输入装置(14)和显示器(15)，设置在控制台(3)表面；
所述红外热成像模块(1)用于提供监测区域的红外热像测量温度与红外热像图片；所述热电堆测温模块(2)用于提供监测区域的热电堆测量温度；所述控制***用于生成温度信息监测命令，以及接收和分析温度信息，得到监控目标的红外热像视频与温度状态，并进行实时显示，若发现温度异常情况，发送命令给所述声光预警模块(4)进行声光报警；所述通信模块用于传递红外热成像模块和红外热电堆模块的测量信息，以及控制***的监控命令；所述电源***(5)用于为红外热成像模块(1)、热电堆测温模块(2)、控制***以及声光预警模块(4)供电。
2.根据权利要求1所述的铁路客车内电气火灾智能预警***，其特征在于，所述红外热成像模块(1)通过非接触方式进行目标的温度监测，获取监测区域的红外辐射能量，得到监测区域的温度和红外热像图，并按照图像画面的像素点进行分解，以数组形式将画面中每个像素点的温度值和RGB值发送给所述通信模块。
3.根据权利要求1所述的铁路客车内电气火灾智能预警***，其特征在于，所述热电堆测温模块(2)包括热电堆传感器(6)、传感器指示灯(7)、串行通讯接口(9)、底座(10)、热电堆测温模块开关(11)和控制板；
所述热电堆测温模块开关(11)控制热电堆测温模块(2)的开启与关闭；所述热电堆测温模块(2)通过热电堆传感器(6)以非接触方式进行目标的温度测量；控制板检测热电堆传感器(6)的工作状态，通过传感器指示灯(7)进行显示，并将每次热电堆传感器(6)测量的温度存于数组，当接收到温度监测命令后发送给通信模块；所述串行通讯接口(9)用于连接热电堆测温模块(2)和通信模块。
4.根据权利要求1所述的铁路客车内电气火灾智能预警***，其特征在于，所述工控机(12)接收通信模块传递过来的红外热成像RGB数组，经图像增强处理后发送给所述显示器(15)进行图像流显示，形成热像视频；工控机(12)通过通信模块接收红外热成像模块(1)与热电堆测温模块(2)的温度数组后，首先修正温度值后滤除异常温度数组的异常值作为原始温度数据；然后对原始数据进行温度状态判断，并将红外热像和热电堆所测的实时温度值与温度状态传送给所述显示器(15)，一旦发现温度异常情况，便发送指令给所述声光预警模块(4)进行声光报警；所述输入装置(14)用于输入操作人员的操作信息，并发送给工控机(12)；所述显示器(15)通过HDMI接口接收工控机(12)信号，显示控制***的控制界面。
5.根据权利要求1所述的铁路客车内电气火灾智能预警***，其特征在于，所述通信模块包括有线通信模块一、有线通信模块二以及无线通信模块，其中无线通信模块包括第一无线数传模块(8)和第二无线数传模块(13)；所述有线通信模块一通过双绞线连接红外热成像模块(1)和工控机(12)，用于传递红外热成像模块(1)的温度数据、红外热成像图片和控制***的命令；所述有线通信模块二通过RS485连接热电堆测温模块(2)和工控机(12)，用于传递热电堆测温模块(2)的温度信息和控制***的命令。
6.根据权利要求5所述的铁路客车内电气火灾智能预警***，其特征在于，所述无线通信模块使用Modbus协议。
7.根据权利要求5所述的铁路客车内电气火灾智能预警***，其特征在于，所述热电堆测温模块(2)和工控机(12)之间具有两种通信方式：一种通过RS485进行有线通信，另一种通过所述第一无线数传模块(8)和第二无线数传模块(13)实现无线通信；
当使用无线通信方式时，工控机(12)按照通信Modbus协议要求，将监测命令处理成消息帧传递给第二无线数传模块(13)，再由第二无线数传模块(13)发送至第一无线数传模块(8)；第一无线数传模块(8)接收到监测命令处理成消息帧后，发送给热电堆测温模块(2)的控制板，控制板按照协议帧格式，先将接收到的温度监测命令消息帧进行解析与校验，校验成功方可进行下一步处理，否则发送请求重发命令，经过所述无线通信模块往回发送给所述控制***；校验成功后，控制板将温度数组处理为消息帧后反馈给第一无线数传模块(8)，通过第一无线数传模块(8)传送给第二无线数传模块(13)；此时工控机(12)接收到反馈的温度数据消息帧，完成解析后进行校验，校验成功方可进行处理温度数据处理，否则发送请求重发命令，经过所述无线通信模块往回发送给所述热电堆测温模块(2)。
8.根据权利要求1所述的铁路客车内电气火灾智能预警***，其特征在于，所述电源***(5)包括监测端直流电源与控制台直流电源(16)，其中监测端直流电源用于给红外热成像模块(1)和热电堆测温模块(2)供电，控制台直流电源(16)用于给控制***、声光预警模块(4)供电。
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