基于電氣自動化控制的消防工程設(shè)計

李 樂

（新疆維吾爾自治區(qū)特克斯縣消防救援大隊，新疆維吾爾自治區(qū) 伊犁 835500）

出現(xiàn)火災(zāi)會導(dǎo)致人們生命財產(chǎn)造成損失，所以要結(jié)合現(xiàn)代先進科學(xué)技術(shù)，對消防工程進行完善，在短時間內(nèi)對火災(zāi)災(zāi)情進行控制。電氣自動化控制技術(shù)發(fā)展能夠使消防工程結(jié)合此技術(shù)，尤其是應(yīng)用在自動滅火、控制和報警方面，具有良好的效果。

1 電氣自動化控制的優(yōu)勢和特征

基于社會各領(lǐng)域的適用范圍，電氣自動化控制系統(tǒng)不僅僅只是對硬件設(shè)計，還要和軟件的設(shè)計結(jié)合，使兩者能夠統(tǒng)籌兼?zhèn)?，根?jù)實踐中的生產(chǎn)技術(shù)進行設(shè)計。統(tǒng)一性為電氣自動化的主要優(yōu)勢，電氣工程自動化系統(tǒng)中的控制對象也各有不同。對比傳統(tǒng)自動化，電氣自動化的保持統(tǒng)一性優(yōu)勢明顯。使用電氣自動化能夠提高電氣系統(tǒng)操控效果，傳統(tǒng)自動化控制技術(shù)對控制系統(tǒng)反應(yīng)時間縮短，不僅能夠遠程操控電子信息技術(shù)，還能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)實情況的自我調(diào)控。也說明電氣工程控制能夠隨時隨地地提高各工作操作速度，充分展現(xiàn)先進技術(shù)特有的鮮明特點。

2 基于電氣自動化控制的消防工程設(shè)計

2.1 消防工程的設(shè)計方案

基于電氣自動化控制的消防工程通過電動窗、檢測與控制模塊、智能消防控制模塊構(gòu)成，利用智能消防控制模塊外設(shè)按鈕能夠控制電動窗的開啟和停止；在風(fēng)雨光滿足設(shè)置閾值的時候，高精度風(fēng)雨傳感器能夠使開關(guān)量轉(zhuǎn)變成為電平信號，對STM32主控板發(fā)送，從而關(guān)窗；MCGS組態(tài)觸摸屏能夠?qū)崟r監(jiān)控主控板，實現(xiàn)可視化樓宇消防狀態(tài)；在煙霧傳感器對煙霧濃度感測時，如果達到門限值，就會改變電離平衡狀態(tài)，對STM32主控板發(fā)送電平信號，從而實現(xiàn)聲光報警和開窗，并且發(fā)送緊急短信。

2.2 硬件的設(shè)計

（1）驅(qū)動控制電路。TM1639芯片指的是鍵盤掃描接口LED驅(qū)動控制主要電路，抗干擾能力比較強，并且穩(wěn)定性良好，能夠降低成本，連接MCU和串行接口，實現(xiàn)鍵盤與LED的掃描，降低了外圍電路軟件、硬件成本。

（2）時鐘驅(qū)動電路。利用涓細電流充電能力低功耗的實時時鐘芯片作為DS1302芯片，時鐘驅(qū)動電路的設(shè)計詳見圖1。系統(tǒng)供電通過Vcc1實現(xiàn)，紐扣電池供電通過Vcc2，導(dǎo)致系統(tǒng)斷電時不會中斷運行，設(shè)置晶振為32.768 kHz。

圖1 時鐘驅(qū)動電路的設(shè)計

（3）繼電器輸出電路。74HC595D為8位并行、串行的輸出位移寄存器，能夠?qū)崿F(xiàn)標準串行、高移位時鐘頻率。但是，因為降低了輸出電流，繼電器能力無法得到實現(xiàn)，串聯(lián)大電流與后級電路。ULN2003為大電流、高耐壓的復(fù)合晶體管陣列，500 mA為最大的輸出電流，被廣泛應(yīng)用到高速大功率驅(qū)動電路中。繼電器輸出電路利用I/O口控制級聯(lián)電路，上位電阻能夠提高芯片傳輸信號的噪聲容限，增強抗干擾能力。利用ULN2003電路驅(qū)動14組繼電器，使電路設(shè)計得到簡化，從而使硬件設(shè)計成本得到降低。

（4）RS485通信。利用MAX485芯片設(shè)計RS485通信低功耗收發(fā)器，利用Modbus_RTU協(xié)議使上位機的通信進行交互，提高傳輸速率。此模塊還能夠避免長距離傳輸過程中信號因為阻抗不匹配導(dǎo)致的反射情況，使信號穩(wěn)定性得到保證。另外，避免出現(xiàn)干擾。GPIO指的是功能發(fā)送與接收的引腳，利用高電平進行發(fā)送，低電平進行接收，低電平接收狀態(tài)為默認狀態(tài)。

（5）主控板硬件。主控板CPU使用ARM的Cortex-M3處理器，降低成本和系統(tǒng)功耗，使引腳數(shù)目縮減，還能夠提供優(yōu)秀計算性能與高級中斷系統(tǒng)響應(yīng)，主控板外部利用電源變送器對直流電機電流進行檢測。

通過KCQN和KCQP使遙控開關(guān)電路輸入24 v，有效控制兩個繼電器。通過單片機KCQIN1下降沿實現(xiàn)開窗操作，利用單片機KCQIN2下降沿實現(xiàn)關(guān)窗操作，停止操作通過KCQIN1或者KCQIN2上升沿實現(xiàn)。在進行延時過程中，要判斷兩者是否能夠同時為1。在火災(zāi)出現(xiàn)時，要求通過語音進行報警，使人們能夠及時地得到危險信息。STM32單片機使信息對C-S9561發(fā)送，通過晶閘管到S9561語音報警信芯片，通過轉(zhuǎn)換警報信息實現(xiàn)功放電路的輸出，從而實現(xiàn)語音報警。

2.3 自動報警模塊的設(shè)計

消防工程的核心就是及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)。傳統(tǒng)消防工程單純根據(jù)人力觀察，無法保證及時發(fā)現(xiàn)問題。使用電動自動控制系統(tǒng)，能夠在消防工程中實現(xiàn)預(yù)警。消防自動報警系統(tǒng)包括觸發(fā)裝置、火災(zāi)報警裝置、火災(zāi)警報裝置、其他輔助功能裝置，工作原理為：在剛發(fā)生火災(zāi)的時候，通過觸發(fā)裝置感應(yīng)到物理變化，包括溫度、火焰、煙霧等，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺瑐鬏數(shù)交馂?zāi)報警裝置中，報告火災(zāi)發(fā)生的位置和時間，實現(xiàn)火災(zāi)的預(yù)警。其次，在自動滅火消防系統(tǒng)中傳遞信號，將初期火災(zāi)消滅工作進行啟動。

（1）觸發(fā)裝置。利用手動報警和火災(zāi)探測器實現(xiàn)觸發(fā)裝置的設(shè)計，將其設(shè)置到公共場所中，在出現(xiàn)火災(zāi)的時候按下按鈕，實現(xiàn)報警信號的發(fā)送?；馂?zāi)探測器屬于自動消防報警系統(tǒng)的核心，能夠觸發(fā)自動檢測報警。對發(fā)生火災(zāi)時候的物理現(xiàn)象進行檢測，不斷的探測和監(jiān)視?；馂?zāi)探測器類型包括：其一，感煙式火災(zāi)探測器。對燃燒煙霧進行檢測，設(shè)置在高要求區(qū)域中；其二，可燃氣體火災(zāi)探測器。對空氣中可燃氣體濃度進行監(jiān)測，從而判斷是否出現(xiàn)火災(zāi)，一般應(yīng)用到可燃氣體多的場景中，包括燃料化工、倉庫、石油等建筑物中；其三，感光式火災(zāi)探測器。通過光敏感反應(yīng)檢測火災(zāi)，應(yīng)用到易燃物多的場所中；其四，感溫式火災(zāi)探測器。對室內(nèi)異常溫度變化檢測，利用溫度異常的變化對是否發(fā)生火災(zāi)進行判斷；其五，復(fù)合式火災(zāi)探測器。結(jié)合上述探測器功能的探測器。

（2）火災(zāi)報警控制器。此為消防自動報警控制系統(tǒng)核心，能夠?qū)⒎€(wěn)定的直流電源提供給火災(zāi)探測器中，監(jiān)視相互之間傳輸導(dǎo)線的故障情況。一般火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)的方式主要為：其一，集中報警系統(tǒng)。在大規(guī)模住宅、商用辦公樓中使用； 其二，區(qū)域報警系統(tǒng)。對建筑物某區(qū)域進行檢測和保護，設(shè)置到保衛(wèi)室等場所中；其三，消防控制中心報警系統(tǒng)。應(yīng)用在高防火等級要求建筑中。

2.4 消防工程中的設(shè)備設(shè)置

（1）固定水壓供水設(shè)備。固定水壓供水設(shè)備使用變頻技術(shù)控制水泵，保證管道網(wǎng)絡(luò)水壓能夠穩(wěn)定地運行。主要功能為：固定水壓供水設(shè)備能夠穩(wěn)定水壓，通過壓力表的連接對水壓進行測量。假如管道水壓比正常水平要低，要求及時開展水泵補水作業(yè)。如果管道水壓高于普通的水平，就要將水泵供水的工作停止；對固定水壓供水設(shè)備自動檢測，避免水泵長時間的為停止運行狀態(tài)中，導(dǎo)致故障的出現(xiàn)。智能消防系統(tǒng)能夠避免水壓起伏過大對滅火工作開展造成阻礙，此設(shè)備還能夠模擬災(zāi)情，及時監(jiān)測供水設(shè)備供水。

（2）臨時高壓消防栓供水。在消防水電氣自動化控制系統(tǒng)創(chuàng)建過程中，臨時高壓消防栓系統(tǒng)為核心內(nèi)容，使后續(xù)的消防功能有序開展。結(jié)合臨時高壓消防泵系統(tǒng)電氣自動化控制，重視消防泵啟動程序，保證消防泵能夠穩(wěn)定、及時的啟動，避免因為啟動問題對供水效果造成影響。在啟動此消防泵的過程中，和火災(zāi)報警系統(tǒng)密切相關(guān)，在火災(zāi)報警系統(tǒng)實現(xiàn)警報與指令發(fā)送之后，實現(xiàn)消防栓的自動化運行。

（3）自動化監(jiān)控系統(tǒng)。為了使消防供水電氣自動化控制系統(tǒng)使用價值得到提高，還要設(shè)計自動化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置和使用，對整體消防供水系統(tǒng)構(gòu)成有效監(jiān)督，保證其能夠正常的運行，避免明顯異常故障。和自動化監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合，對消防栓給水系統(tǒng)運行狀態(tài)和消防水箱、消火栓泵進行重視，避免出現(xiàn)自身控制運行和液位偏差等問題。對消防刷泵電源實時監(jiān)督管理，避免供電過程中存在偏差。另外，還要重視自動噴水系統(tǒng)，使自動噴水滅火系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，保證消防供水系統(tǒng)運行的價值。

3 單片機軟件設(shè)計和測試

STM32單片機利用C語言實現(xiàn)軟件編程，編程思路為程序調(diào)用子程序，系統(tǒng)實現(xiàn)上電執(zhí)行復(fù)位操作，利用控制面板中的按鈕對電動窗的開關(guān)、停止進行控制，風(fēng)雨傳感器與煙霧傳感器對風(fēng)雨、煙霧進行檢測，自動實現(xiàn)開關(guān)窗，在觸摸屏中顯示主控板，圖2為消防控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程。

為了對組態(tài)觸摸屏軟件設(shè)計驗證，實現(xiàn)STM32單片機通信，創(chuàng)建串口調(diào)試仿真實驗平臺，表1為觸摸屏和串行通信參數(shù)的設(shè)置。

表1 觸摸屏和串行通信參數(shù)的設(shè)置

以設(shè)置的通信參數(shù)之后，STM32單片機中的RS串口轉(zhuǎn)USB連接PC端，使用奇校驗，串口調(diào)試收發(fā)數(shù)據(jù)幀測試03功能碼數(shù)據(jù)幀，讀取設(shè)備主控板寄存器所有狀態(tài)信息，STM會返回1幀相應(yīng)03功能碼ADU。以此表示，通過觸摸屏發(fā)送指令到STM32單片機響應(yīng)指令通信成功，系統(tǒng)控制與監(jiān)測性能良好。

圖2 消防控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程

4 結(jié)束語

在消防工程中使用電氣自動化控制技術(shù)能夠緩解壓力，實現(xiàn)滅火、警報發(fā)送的自動化，要及時維護保養(yǎng)，保證自動化消防設(shè)施正常使用。以此，使火災(zāi)得到降低，保證人民的生活環(huán)境。