淺談?；纺M真火實(shí)訓(xùn)裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

作者簡(jiǎn)介：

梁奮英（1992- ），女，漢族，山西五臺(tái)人，本科，助理研究員，研究方向：科技成果轉(zhuǎn)化與推廣。

摘要：

本文基于危化品模擬真火實(shí)訓(xùn)裝置的需求，針對(duì)其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用展開研究。首先，對(duì)危化品模擬真火實(shí)訓(xùn)裝置的特點(diǎn)和目標(biāo)進(jìn)行了分析，以明確控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。其次，從硬件和軟件兩個(gè)方面分別進(jìn)行了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、傳感器的選擇與配置、控制算法的設(shè)計(jì)和界面設(shè)計(jì)等。最后，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的有效性，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明，危化品模擬真火實(shí)訓(xùn)裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，并能夠滿足實(shí)訓(xùn)要求。

關(guān)鍵詞：

?；?；模擬真火；實(shí)訓(xùn)；遙控控制；就地控制

近年來，?；肥鹿暑l發(fā)，給人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來了嚴(yán)重威脅。為了加強(qiáng)?；肥鹿实膽?yīng)對(duì)能力和相關(guān)從業(yè)人員的實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練，?；纺M真火實(shí)訓(xùn)裝置應(yīng)運(yùn)而生。該裝置可以模擬真實(shí)的?；坊馂?zāi)場(chǎng)景，為相關(guān)從業(yè)人員提供真實(shí)、高效的實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練[1]。

一、?；纺M真火實(shí)訓(xùn)裝置特點(diǎn)和目標(biāo)分析

火焰模擬可以通過使用特殊的燃燒裝置和燃燒質(zhì)料來實(shí)現(xiàn)，煙霧可以通過煙霧發(fā)生器產(chǎn)生，熱量則可以通過加熱裝置控制。這種真實(shí)的火災(zāi)場(chǎng)景模擬可以提高訓(xùn)練者的應(yīng)對(duì)能力和應(yīng)急處理技能，使其能夠在真實(shí)火災(zāi)發(fā)生時(shí)做出正確決策和處理。危化品模擬真火實(shí)訓(xùn)裝置可以模擬不同類型的?；坊馂?zāi)場(chǎng)景，滿足不同應(yīng)急訓(xùn)練需求。不同種類的?；坊馂?zāi)具有不同特點(diǎn)和處理方法，通過調(diào)整和設(shè)計(jì)裝置，可以模擬出各種不同的火災(zāi)場(chǎng)景，訓(xùn)練人員在這些場(chǎng)景下的應(yīng)急處理能力。同時(shí)，危化品模擬真火實(shí)訓(xùn)裝置具有高度的安全可靠性。在訓(xùn)練過程中，安全是非常重要的考慮因素。裝置應(yīng)采取多重安全保護(hù)措施，包括防火材料的使用、溫度控制、煙霧排放和通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)置等，以確保訓(xùn)練過程安全[2-3]。具體來說，根據(jù)不同應(yīng)急訓(xùn)練需求，溫度控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置內(nèi)部溫度的精確控制?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)配備溫度傳感器，監(jiān)測(cè)實(shí)訓(xùn)過程中的溫度，并能通過調(diào)節(jié)加熱裝置或通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行來控制溫度。該設(shè)計(jì)目標(biāo)的達(dá)成將確保訓(xùn)練者在安全范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，并使訓(xùn)練過程更貼近真實(shí)火災(zāi)環(huán)境。煙霧控制：控制系統(tǒng)還應(yīng)具備煙霧模擬和控制的能力，以實(shí)現(xiàn)真實(shí)煙霧場(chǎng)景的模擬，提高訓(xùn)練的真實(shí)性。通過控制煙霧發(fā)生器的運(yùn)行時(shí)間、輸出量和位置以及通風(fēng)設(shè)備的開啟和關(guān)閉，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煙霧生成和清除的控制。控制系統(tǒng)還可以配備煙霧傳感器，監(jiān)測(cè)實(shí)訓(xùn)過程中的煙霧濃度，并根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整。

二、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（一）傳感器的選擇與配置

為了實(shí)現(xiàn)火焰模擬控制，可以選擇具有火焰識(shí)別功能的傳感器。常用的火焰?zhèn)鞲衅靼t外線火焰?zhèn)鞲衅骱妥贤饩€火焰?zhèn)鞲衅?。紅外線火焰?zhèn)鞲衅骺捎糜跈z測(cè)可見光和紅外輻射的火焰，而紫外線火焰?zhèn)鞲衅鲃t可以檢測(cè)可見光和紫外輻射的火焰。根據(jù)實(shí)際需求，可以選擇合適的傳感器，并合理配置在裝置的適當(dāng)位置，以確保對(duì)火焰的準(zhǔn)確識(shí)別和控制。除了火焰?zhèn)鞲衅?，還需要選擇溫度傳感器和煙霧傳感器，以實(shí)現(xiàn)溫度控制和煙霧控制。溫度傳感器可用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)部的溫度，并可以與控制器進(jìn)行通信，根據(jù)設(shè)定的溫度范圍來控制加熱裝置的運(yùn)行。煙霧傳感器可用于檢測(cè)裝置內(nèi)部的煙霧濃度，并根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)煙霧的模擬和控制。

（二）控制器的選擇

根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)的功能和性能要求，可以選擇適合的控制器。常見的控制器包括單片機(jī)控制器和PLC（可編程邏輯控制器）控制器等。單片機(jī)控制器的程序設(shè)計(jì)靈活簡(jiǎn)單，適用于簡(jiǎn)單的控制任務(wù)。而PLC控制器可以提供更強(qiáng)大、可靠的控制能力，適用于復(fù)雜的控制系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)際需求，可以選擇合適的控制器，并編寫相應(yīng)的控制程序[4]。

（三）聯(lián)鎖裝置的設(shè)計(jì)

聯(lián)鎖裝置的設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置各部分的聯(lián)動(dòng)控制和監(jiān)控。通過聯(lián)鎖裝置，可以確保裝置的操作符合安全要求，對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警和自動(dòng)處理。例如，當(dāng)探測(cè)到溫度超過安全范圍時(shí)，聯(lián)鎖裝置可以自動(dòng)關(guān)閉火焰模擬設(shè)備，并通過報(bào)警裝置通知運(yùn)行人員。聯(lián)鎖裝置還可以設(shè)置密碼鎖或刷卡等安全認(rèn)證，確保只有授權(quán)人員可以進(jìn)行操作。需要根據(jù)實(shí)際需求，設(shè)計(jì)和配置適合的聯(lián)鎖裝置，以確保?；纺M真火實(shí)訓(xùn)裝置的安全可靠性。在危化品模擬真火實(shí)訓(xùn)裝置的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，傳感器的選擇與配置、控制器的選擇以及聯(lián)鎖裝置的設(shè)計(jì)等是重要的考慮因素[5]。

三、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（一）控制算法的設(shè)計(jì)

在控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，控制算法的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵問題。針對(duì)不同的控制要求，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制算法來實(shí)現(xiàn)火焰大小的調(diào)節(jié)?？刂苹鹧娲笮〉闹饕椒ㄊ峭ㄟ^調(diào)整燃燒器的氣體流量和點(diǎn)火時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。確定控制目標(biāo)：根據(jù)實(shí)際需求，確定要控制的火焰大小范圍和目標(biāo)值；傳感器信號(hào)獲?。和ㄟ^傳感器獲取火焰的實(shí)時(shí)信號(hào)，例如紅外線傳感器或光電傳感器，用于量化火焰大小；算法設(shè)計(jì)：根據(jù)傳感器信號(hào)，設(shè)計(jì)控制算法用于根據(jù)目標(biāo)值和當(dāng)前火焰信號(hào)進(jìn)行控制決策。常見的控制算法包括比例-積分-微分（PID）控制算法、模糊控制算法等；PID控制算法：PID控制算法是一種經(jīng)典的控制算法，根據(jù)當(dāng)前誤差和過去誤差的累計(jì)進(jìn)行控制。PID控制器根據(jù)測(cè)量值與設(shè)定值之間的誤差計(jì)算出控制量，包括比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)。比例項(xiàng)用于響應(yīng)當(dāng)前誤差，積分項(xiàng)用于減小持續(xù)誤差，微分項(xiàng)用于預(yù)測(cè)未來誤差變化趨勢(shì)；模糊控制算法：模糊控制算法是一種基于模糊邏輯的控制方法，通過將模糊規(guī)則嵌入到控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)火焰大小的調(diào)節(jié)。模糊控制算法的優(yōu)點(diǎn)是可以處理非線性系統(tǒng)和模糊條件下的控制問題；控制策略實(shí)現(xiàn)：根據(jù)設(shè)計(jì)的控制算法，實(shí)現(xiàn)控制策略并應(yīng)用于控制系統(tǒng)[6]。

（二）界面設(shè)計(jì)

在控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，界面設(shè)計(jì)是極為重要的環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)潔直觀的界面可以方便用戶進(jìn)行操作和監(jiān)控，提高控制系統(tǒng)的易用性和用戶體驗(yàn)，界面設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和功能如下。界面風(fēng)格和布局：選擇合適的界面風(fēng)格和布局，使界面整體看起來簡(jiǎn)潔明了?？梢允褂矛F(xiàn)代化的扁平化設(shè)計(jì)風(fēng)格，或者根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)不同的界面風(fēng)格。布局要考慮到信息的呈現(xiàn)和操作的便捷性，將各個(gè)控件合理擺放；參數(shù)設(shè)置界面：提供參數(shù)設(shè)置界面，方便用戶進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)定[7]。例如，可以設(shè)置火焰大小的目標(biāo)值、溫度范圍的上下限、靈敏度等參數(shù)。參數(shù)設(shè)置界面應(yīng)清晰明了，每個(gè)參數(shù)都應(yīng)有相應(yīng)的說明，提供必要的輸入驗(yàn)證和錯(cuò)誤提示；運(yùn)行監(jiān)控界面：提供運(yùn)行監(jiān)控界面，實(shí)時(shí)顯示火焰大小的狀態(tài)和控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況。在監(jiān)控界面上可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前火焰大小的數(shù)值，可以使用圖表顯示歷史數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，也可以設(shè)置警報(bào)功能，當(dāng)火焰大小超出設(shè)定的范圍時(shí)自動(dòng)報(bào)警；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示：提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示的功能，反映火焰大小的實(shí)時(shí)變化情況?？梢允褂脭?shù)字顯示或進(jìn)度條的形式來展示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以便用戶能夠直觀地了解當(dāng)前火焰的狀態(tài)；數(shù)據(jù)記錄與導(dǎo)出：提供數(shù)據(jù)記錄和導(dǎo)出功能，讓用戶能夠保存歷史數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析?？梢詫?shù)據(jù)以表格或圖表的形式記錄下來，并支持導(dǎo)出為Excel或CSV格式[8]。

結(jié)語

?；纺M真火實(shí)訓(xùn)裝置的成功運(yùn)行離不開控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。本文分析了該裝置的特點(diǎn)和目標(biāo)，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的硬件和軟件，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的有效性，通過不斷的優(yōu)化和改進(jìn)，?；纺M真火實(shí)訓(xùn)裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用將在實(shí)踐中不斷發(fā)展和提升。希望本文對(duì)相關(guān)從業(yè)者和實(shí)訓(xùn)者在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面提供一些啟發(fā)和參考，為?；纺M真火實(shí)訓(xùn)裝置的安全培訓(xùn)和教學(xué)提供更好的技術(shù)支持。同時(shí)，也需要注意不斷學(xué)習(xí)新的技術(shù)和方法，與時(shí)俱進(jìn)，推動(dòng)?；纺M真火實(shí)訓(xùn)裝置控制系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1]

王向陽，張建強(qiáng)，劉冬林，等.石油化工模擬真火訓(xùn)練系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].今日消防，2021，4（04）：14-15.

[2]淮永建，孟慶闊，馬天容，等.森林場(chǎng)景可視化和林火模擬仿真技術(shù)研究綜述[J].中國圖象圖形學(xué)報(bào)，2023，28（06）：1891-1908.

[3]劉雙雙，李軍.基于模擬退火法的模擬預(yù)失真研究[J].數(shù)據(jù)通信，2023（02）：42-45，54.

[4]王春華.?；钒踩芸嘏c應(yīng)急救援策略[J].防災(zāi)博覽，2022（06）：42-46.

[5]徐青海.探析港口?；费b卸過程安全管理[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2022，42（23）：77-79.

[6]謝天天.淺談?；纺M真火實(shí)訓(xùn)裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化，2019，55（03）：11-13+25.

[7]謝天天，程振華，張建強(qiáng)，等.淺談應(yīng)急救援?dāng)?shù)字化實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].今日消防，2019，4（02）：39-41.

[8]丁艷，袁隆基.基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式分組競(jìng)賽教學(xué)法的實(shí)訓(xùn)教學(xué)研究——以制冷與空調(diào)實(shí)訓(xùn)為例[J].中國教育技術(shù)裝備，2019（03）：132-133+136.