自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)設(shè)計

張 武 坤

(石家莊職業(yè)技術(shù)學院 機電工程系，河北 石家莊 050081)

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，大體量建筑、高大空間建筑和帶有高大空間場所建筑的涌現(xiàn)，給建筑消防帶來了一定的難題，特別是近幾年重特大事故的頻發(fā)引起了國家有關(guān)部門的極大關(guān)注.為了保護生命財產(chǎn)的安全，自主探測并定位大空間內(nèi)早期火災(zāi)逐漸成為消防科技工作者關(guān)注的課題之一，自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)是目前研究的熱點.本文主要針對自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)的軟、硬件系統(tǒng)設(shè)計進行了分析.

1 自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)簡介

自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)是利用三波段紅外和視頻圖像復合型火焰探測器,對被監(jiān)測區(qū)域火焰的紅外特征、現(xiàn)場采集的視頻圖像的形態(tài)變化進行綜合分析處理，運用自動控制方式來實現(xiàn)滅火的各種室內(nèi)外固定射流滅火系統(tǒng).自動跟蹤定位射流滅火裝備與電磁(動)閥、信號閥、水流指示器等組件以及管道、供水設(shè)施、控制設(shè)備組成自動滅火系統(tǒng).通過此火焰探測器，自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)對保護場所的火災(zāi)信號進行實時采集，報警單元先對采集的數(shù)據(jù)進行分析和邏輯判斷，判斷是否發(fā)生火災(zāi)，如未發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)自動進入信號采集狀態(tài)；如發(fā)生火災(zāi)，則報警單元向消防控制中心報警，并向消防控制柜和其他聯(lián)動裝置發(fā)出指令,啟動消防水泵,完成水柱、噴霧、電機水平回轉(zhuǎn)、俯仰轉(zhuǎn)動等動作，精確滅火直至不再復燃.自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 視頻圖像復合型火焰探測器工作原理

自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)件為視頻圖像復合型火焰探測器，其采用三個波長不同的光學紅外傳感器來識別火焰.其中,一個作為檢測火焰特有紅外波長的紅外傳感器，另外兩個探測背景紅外輻射，這樣以有效提高紅外火焰探測器的靈敏度，降低誤報率.由于傳感器輸出信號弱，輸出阻抗大，所以每個傳感器通過專用通道進行濾波放大，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳遞到報警單元.圖像采集系統(tǒng)不斷采集現(xiàn)場圖像，將其作為基準圖像數(shù)據(jù)庫，并不斷刷新，以確保火災(zāi)發(fā)生前后背景圖像的一致性.報警單元接到紅外探測器的報警信號后，將報警信號和攝像機現(xiàn)場采集的圖像信息直接傳送到消防控制室，方便監(jiān)控人員通過視頻監(jiān)控查看報警點位影像信息，對現(xiàn)場火情有更直觀、準確的判斷和了解；同時啟動圖像處理軟件，通過比較火災(zāi)發(fā)生前后環(huán)境像素點灰度值的變化確定火災(zāi)發(fā)生區(qū)域，計算確定火災(zāi)區(qū)域在三維空間的坐標，為定位射流系統(tǒng)提供參數(shù)[1].圖像處理流程如圖2所示.

圖2 圖像處理流程

3 滅火系統(tǒng)的硬件設(shè)計

滅火系統(tǒng)硬件設(shè)計電路結(jié)構(gòu)框圖見圖3.

圖3 滅火系統(tǒng)硬件設(shè)計電路結(jié)構(gòu)框圖

火災(zāi)發(fā)生后，報警單元內(nèi)部的主控制器根據(jù)火源位置計算出水平和垂直方向步進電機的旋轉(zhuǎn)角度，轉(zhuǎn)換成脈沖信號輸出到驅(qū)動電路，控制電機的轉(zhuǎn)角、速度和正反向，使其帶動噴頭水平方向可旋轉(zhuǎn)0°～360°，垂直方向俯仰旋轉(zhuǎn)-90°～0°.為了保護電機設(shè)置限位開關(guān)保護電路，每臺滅火裝置都設(shè)置上、下、左、右四個限位開關(guān).當旋轉(zhuǎn)到極限位置時,觸碰限位開關(guān)，步進電機停止旋轉(zhuǎn).主控制器通過信號傳遞電路可將控制信號傳送到消防控制柜，啟動水泵,打開電磁閥門,管路充水.為了防止復燃，滅火結(jié)束后人工停止水泵.數(shù)據(jù)存取電路存放火災(zāi)發(fā)生前后的圖像信息和各種設(shè)備的狀態(tài)信息、紅外傳感器的脈沖閾值、角度修正值、水平和俯仰步進電機的脈沖值等.信號傳遞電路負責主控制器與水泵、電磁閥、雨淋閥之間控制信號和狀態(tài)信息的傳遞.

4 滅火系統(tǒng)的軟件設(shè)計

滅火系統(tǒng)軟件主要包括主程序、圖像采集處理程序、顯示程序和信號傳遞程序.主程序是全部程序的核心，主要負責子程序調(diào)用.顯示程序顯示水平和垂直步進電機的位置數(shù)據(jù)和水泵、電磁閥、雨淋閥等滅火設(shè)施的狀態(tài).信號傳遞程序?qū)⒖刂菩盘杺魉偷娇刂乒?，進而控制水泵、電磁閥、雨淋閥，并將這些設(shè)施的狀態(tài)傳送到主控制器中[2].系統(tǒng)軟件程序流程如圖4所示.

在大空間建筑場所采用紅外和圖像復合探測技術(shù)實時監(jiān)測，能進行多種火災(zāi)的識別；火災(zāi)初期自動跟蹤噴水滅火并聯(lián)動聲光報警、防排煙等，并將火場實時圖像傳送到消防控制室，具有報警及時、準確，保護面積大，報警響應(yīng)速度快，靈敏度高，可靠性高的特性；降低了工作人員的勞動強度，增大了消防安全保障系數(shù).

圖4 滅火系統(tǒng)軟件程序流程