智能樓宇消防教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)開發(fā)

張盛開 于吉生 趙婷 張廣進(jìn) 王曉正

摘要：火災(zāi)報(bào)警控制器是消防系統(tǒng)的重要組成部分?？刂破鹘邮栈馂?zāi)探頭及手報(bào)按鈕送來的火災(zāi)信號(hào)，經(jīng)過判斷輸出指令信號(hào)，一方面啟動(dòng)火災(zāi)聲光報(bào)警裝置;另一方面啟動(dòng)滅火及消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，用以驅(qū)動(dòng)各種滅火設(shè)備及防煙排煙設(shè)備等;同時(shí)設(shè)備會(huì)自動(dòng)記錄火災(zāi)狀況，以備事后查詢。消防水泵采用變頻器控制方式，由PLC發(fā)出控制信號(hào)，控制消防水泵的啟停。采用RS485通訊方式，把相關(guān)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程到監(jiān)控PC和手機(jī)上。

關(guān)鍵詞：消防控制器;PLC;變頻器;消防探頭;遠(yuǎn)程監(jiān)控

引言

智慧消防是對(duì)傳統(tǒng)消防的升級(jí)，在傳統(tǒng)的消防設(shè)施上安裝傳感器、探測器，使這些設(shè)施能夠聯(lián)網(wǎng)。聯(lián)網(wǎng)之后，這些設(shè)施就能夠?qū)崟r(shí)的被監(jiān)控，代替了人力，提高了效率。而大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，會(huì)對(duì)火災(zāi)隱患有著預(yù)警作用，可以說極大的解決了消防的問題和漏洞。

1智能樓宇消防教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)構(gòu)成

本實(shí)訓(xùn)平臺(tái)由全鋁合金構(gòu)成，美觀及牢固，可自由根據(jù)實(shí)地面積排放。單獨(dú)提供電源，移動(dòng)方便，活動(dòng)性大。實(shí)訓(xùn)功能強(qiáng)大，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求自行排放，大大增加實(shí)訓(xùn)功能。模塊自由組合聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，另外可以與監(jiān)控平臺(tái)聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行擴(kuò)展實(shí)訓(xùn)。系統(tǒng)采用單相220V，50Hz電源供電，不需要特殊電源。

實(shí)訓(xùn)平臺(tái)外型尺寸為1000mm *2000mm*1800mm，如圖1所示。首先由40*40鋁型材搭建框架，安裝背板，模擬樓宇建設(shè)房間，安裝各種探頭，布置樓宇電氣線路，安裝主機(jī)（注意UPS電源上電），安裝水箱、管路、水泵及噴淋系統(tǒng)，然后開通網(wǎng)絡(luò)，對(duì)各個(gè)模塊、探頭進(jìn)行編碼;實(shí)訓(xùn)平臺(tái)共 12個(gè)房間+1個(gè)1樓大廳，每個(gè)房間安裝一個(gè)溫感和一個(gè)煙感，為節(jié)約成本其它不同的傳感器均安裝在一樓大廳，可以起到仿真的效果。左側(cè)樓層安裝主控制器，左下方安裝水箱、水泵及噴淋系統(tǒng)。

實(shí)訓(xùn)平臺(tái)CPU分為2部分：消防控制器主機(jī)系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)。消防主機(jī)負(fù)責(zé)采集消防探頭的信號(hào)，同時(shí)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)及報(bào)警信息。PLC系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)水噴淋設(shè)備。

消防探頭種類眾多，常用的是感溫探測器和感煙探測器。感溫探測器具有差溫式探測器和定溫式探測器功能相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)，既可以利用保護(hù)區(qū)域內(nèi)溫度上升至超過預(yù)先設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警，同樣還可以利用單位時(shí)間內(nèi)溫度上升速率超過預(yù)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警。智能光電感煙探測器，通過不斷向保護(hù)區(qū)域內(nèi)發(fā)射紅外光束的方式，來檢測火災(zāi)的發(fā)生，在保護(hù)區(qū)域內(nèi)正常且無煙狀態(tài)下，探測器只能接受到很微弱的紅外光束，當(dāng)保護(hù)區(qū)域內(nèi)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，當(dāng)煙霧濃度上升超過控制器設(shè)定值時(shí)就會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。消防主機(jī)及其附屬產(chǎn)品如圖2所示。

2 電氣控制系統(tǒng)組成

本實(shí)訓(xùn)平臺(tái)采用一臺(tái)64點(diǎn)CPU主機(jī)，可以接入64個(gè)消防探頭等檢測。消防主機(jī)具有RS232通訊功能，可以和PLC之間傳輸相關(guān)的數(shù)據(jù)。PLC采用西門子200 SMART系列，變頻器采用西門子V20系列。主要電氣硬件配置表如表1所示。

實(shí)訓(xùn)平臺(tái)CPU分為2部分：消防控制器主機(jī)和PLC。消防控制器連接溫感、煙感等多種探測器，以及手動(dòng)報(bào)警器、光柵等多種人為觸發(fā)報(bào)警裝置。PLC負(fù)責(zé)接收消防主機(jī)的報(bào)警信號(hào)，間接控制噴淋水泵工作。本實(shí)訓(xùn)平臺(tái)報(bào)警系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖如圖3所示。

消防主機(jī)具有RS232通訊模塊，通過RS232轉(zhuǎn)RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換器與遠(yuǎn)程云通訊模塊相連，PLC具有RS485通訊接口和Profinet通訊接口，可以采用Profinet網(wǎng)絡(luò)直接與遠(yuǎn)程云通訊模塊相連，兩款主機(jī)數(shù)據(jù)傳送到云端服務(wù)器，可以通過遠(yuǎn)程PC和手機(jī)畫面顯示數(shù)據(jù)以及操作現(xiàn)場設(shè)備。遠(yuǎn)程云端訪問網(wǎng)絡(luò)圖如圖4所示。另外系統(tǒng)畫面中可以集成螢石攝像頭，可以實(shí)時(shí)在網(wǎng)頁上監(jiān)控現(xiàn)場的實(shí)際場景。

3消防報(bào)警系統(tǒng)的工作原理

通過對(duì)煙霧、溫度等信息的采集，再與探測器的起始設(shè)定值進(jìn)行比較，在確認(rèn)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，將檢測到的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳遞至區(qū)域報(bào)警控制器。如果工作人員在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)火警，應(yīng)立即按下對(duì)應(yīng)區(qū)域的手動(dòng)報(bào)警按紐。區(qū)域報(bào)警控制器在接受到火警信號(hào)后會(huì)產(chǎn)生兩方面動(dòng)作，一方面控制警報(bào)器進(jìn)行聲光報(bào)警，并同時(shí)顯示記錄火災(zāi)發(fā)生的地點(diǎn)和時(shí)間，并告知在消防室的值班人員，值班人員對(duì)火災(zāi)顯示器進(jìn)行信號(hào)處理，并確定火災(zāi)位置;另一方面通知相關(guān)人員立即檢查火勢(shì)，并采取相應(yīng)措施。在消防總控制室中，火災(zāi)報(bào)警控制器通過RS232通訊在屏幕上顯示各個(gè)探測區(qū)域的工作狀態(tài)。

消防水泵電控系統(tǒng)采用PLC為核心，消防控制主機(jī)檢測到報(bào)警信號(hào)后，主機(jī)會(huì)發(fā)出信號(hào)送給PLC，PLC啟動(dòng)變頻器，啟動(dòng)水泵進(jìn)行噴淋操作。

測試消防系統(tǒng)時(shí)，可以采用手動(dòng)模擬仿真的方法，每個(gè)探頭會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)按鈕，通過操作按鈕測試探頭是否正常工作。對(duì)于溫感可以用吹風(fēng)機(jī)或者熱風(fēng)槍對(duì)著探頭吹，當(dāng)溫度升高時(shí)，報(bào)警器會(huì)發(fā)出聲響;而煙感可以采用香煙的形式，當(dāng)香煙靠近探頭時(shí)，消防主機(jī)會(huì)發(fā)出報(bào)警聲音。

4 教學(xué)效果

消防系統(tǒng)自動(dòng)化在高校是一個(gè)空白區(qū)域，如果消防自動(dòng)化了解不多，學(xué)生擇業(yè)時(shí)會(huì)缺少一個(gè)就業(yè)方向。消防演示實(shí)訓(xùn)縮微模型，屬于樓宇自動(dòng)化的一部分，同時(shí)結(jié)合高壓供水系統(tǒng)，與自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)進(jìn)一步結(jié)合，本平臺(tái)是一個(gè)非常好的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，一來可以擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面，了解日常生活中的消防知識(shí)，二來可以增加學(xué)生的就業(yè)機(jī)率，整個(gè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)可以提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。

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基金項(xiàng)目：營口理工學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（S202114435021）資助。