電氣自動化在消防控制系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

石 磊

(中色科技股份有限公司)

0 引言

自古有云“水火無情”, 在中國各行各業(yè)的發(fā)展中, 火災(zāi)事故已經(jīng)嚴重成為威脅人民生命財產(chǎn)安全的最嚴重的事故, 且火災(zāi)的發(fā)生數(shù)量逐年增加, 尤其是近年來高層住宅、工業(yè)廠房等, 成為了火災(zāi)發(fā)生最多的種類。電氣自動化控制系統(tǒng)在消防系統(tǒng)中應(yīng)用, 能夠?qū)崿F(xiàn)消防系統(tǒng)智能化, 更好的對發(fā)生火災(zāi)的位置進行精確、及時的報警和滅火響應(yīng), 對于實現(xiàn)消防系統(tǒng)快速啟動, 更有助于消防系統(tǒng)的管理工作。

1 電氣自動化控制的優(yōu)勢與特征

設(shè)備電氣自動化系統(tǒng)是一個較為寬泛的概念, 現(xiàn)階段新型的電氣自動化系統(tǒng)的的主要控制對象則包含空調(diào)監(jiān)控、照明和動力監(jiān)控、變配電監(jiān)控、給排水監(jiān)控等一系列結(jié)構(gòu), 這些系統(tǒng)各司其職, 在電氣自動化系統(tǒng)的建設(shè)中承擔著較為重要的作用[1]。

設(shè)備電氣自動化系統(tǒng)同時也包括實時監(jiān)控, 對于實時監(jiān)控系統(tǒng)的有效利用能夠促進系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的運營維護, 及時發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)施故障, 從而在源頭上消除設(shè)備故障給人員帶來的威脅?；谠O(shè)備電氣自動化系統(tǒng)運行原理進行研究時, 其運行原理主要基于設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)信息的分析, 在通過控制系統(tǒng)的智能化設(shè)備對于相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析判斷處理, 從而為故障提供更加良好的參照依據(jù)[1]。

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

該系統(tǒng)主要由電動窗、檢測與控制模塊、智能消防控制模塊構(gòu)成, 在電動窗的開啟以及停止相關(guān)操作時, 主要通過智能消防控制模塊外接的按鈕進行控制[2]。當所處的風光雨環(huán)境處于系統(tǒng)設(shè)置范圍內(nèi)時,消防系統(tǒng)設(shè)置的較高精度風雨傳感器將相關(guān)數(shù)值轉(zhuǎn)化為電平信號?；谙老到y(tǒng)設(shè)置的STM32 主控板將相關(guān)信號進行傳輸, 從而促使進行關(guān)窗操作[2]。

對于消防系統(tǒng)的主控板進行實時監(jiān)控, 則需要配置MCGS 組態(tài)觸摸屏, 從而保持的全方面可視化消防狀態(tài)。當突發(fā)消防事件時, 產(chǎn)生大量煙霧[2]。安裝在系統(tǒng)內(nèi)的煙塵感應(yīng)器, 在探測到煙塵濃度超標時, 感應(yīng)器自身所維持的離子平衡態(tài)發(fā)生變化, 并以電平訊號的方式傳送至STM32 主控制板。從而使消防系統(tǒng)以聲光報警的方式提醒人們發(fā)生火災(zāi)事件, 并開窗通風, 利用系統(tǒng)自備的通信模塊能夠向就近的消防局發(fā)送報警信號[2]。

2.2 硬件的設(shè)計

(1) 驅(qū)動控制電路

采用了TM1639 單片機作為驅(qū)動單元, 實現(xiàn)了對鍵盤感應(yīng)界面的驅(qū)動, 并具有良好的抗干擾能力和較高的穩(wěn)定性[3]。在顯著降低設(shè)置成本的同時將串行接口與MCu 進行有機連接, 讓LED 與鍵盤間實施自主掃描, 顯著降低外圍電路軟硬件的設(shè)置成本。

(2) 時鐘驅(qū)動電路

在消防系統(tǒng)實時時鐘芯片的選取時, 一般選擇DS1302 芯片。該芯片具有涓細電流的充電特點, 該充電模式具有較低的功耗, 形成圖1 所示的時鐘驅(qū)動電路。該時鐘驅(qū)動系統(tǒng)以Vcc1 模式進行供電, Vcc2系統(tǒng)通過紐扣電池供電[3]。

圖1 時鐘驅(qū)動電路

(3) 繼電器輸出電路

一種基于并行, 串行的輸出位移的8 位寄存器編號為74HC595D, 該寄存器能夠?qū)τ诟咭莆坏臅r鐘頻率進行標準串行。但由于該系統(tǒng)中對于輸出電流的值進行了降低, 因此影響到繼電器的運行功率, 只能采取將后級電路與大電流進行串聯(lián)的方式補救[3]。

一種耐受性較強的符合晶體管陣列型號為ULN2003, 其最大輸出電流為500mA 為, 在大功率的驅(qū)動電路上表現(xiàn)良好。由于采用了一種級聯(lián)的方式,將輸入/輸出端與輸出端連接起來, 因此, 在一般傳送訊號時, 藉由頂端電阻器之正常動作, 來傳遞晶片之噪音容許。顯著提升系統(tǒng)的抗干擾能力[3]。該系統(tǒng)共分布有14 組繼電器, 將其利用ULN2003 電路進行有效驅(qū)動, 因此, 它的電路簡化性能得到了極大的提高, 并且使得與硬件有關(guān)的設(shè)計費用得到了最大程度的降低。

(4) RS485 通信

在該系統(tǒng)的通信模塊中, 首先需要對于通信低功耗收發(fā)器進行設(shè)計本文采用MAX485 單片機設(shè)計了一種RS485 發(fā)送端, 通過該發(fā)送端可以方便地實現(xiàn)與系統(tǒng)主機之間的通訊, 加快了整個通訊系統(tǒng)的速度。同時, 本系統(tǒng)之通訊模組亦可避免因通訊阻抗問題所造成之訊號反射, 使通訊訊號能平穩(wěn)傳送, 并有效提升系統(tǒng)的抗干擾性[3]。

3 自動報警模塊的設(shè)計

在滅火技術(shù)中, 最根本的工作目標就是盡早地發(fā)現(xiàn)火情并發(fā)出警報。在此階段, 相對于傳統(tǒng)的消防維修設(shè)備, 只能依靠人工的觀察來進行維修, 不能保證及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)或其他緊急情況, 因此增加了物內(nèi)人員的生命危險。該系統(tǒng)的具體工作原理遵循以下流程:首先在火勢蔓延初期, 在觸發(fā)裝置對于相關(guān)災(zāi)害參數(shù)的感應(yīng)下, 對當前環(huán)境包括溫度, 煙霧等物理化信號進行捕捉, 從而向電信號轉(zhuǎn)變, 并將相應(yīng)的功能模塊上傳到系統(tǒng)設(shè)定的火警設(shè)備中[4]。及時上報火情, 實現(xiàn)對火情的預(yù)警。在預(yù)警開始后, 基于系統(tǒng)中的自動滅火消防系統(tǒng)進行利用, 從而在火災(zāi)初期對于災(zāi)害形勢進行控制。以下對于觸發(fā)裝置以及火災(zāi)報警控制器進行相關(guān)分析。

3.1 觸發(fā)裝置

在觸發(fā)設(shè)置的相關(guān)設(shè)計中, 將手動報警以及火災(zāi)探測器兩個設(shè)備共同作用, 從而發(fā)揮觸發(fā)裝置的工作效能。將設(shè)置好的觸發(fā)裝置設(shè)置到內(nèi)的公共場合中,當內(nèi)出現(xiàn)火災(zāi)情況時, 有關(guān)人員按下按鈕, 就能促使觸發(fā)裝置將火警情況進行報告[4]。在消防內(nèi)設(shè)置的自動消防報警系統(tǒng)中, 火災(zāi)探測器屬于其中的重要組成一項, 其具體效能是及時探測內(nèi)部火警情況, 出發(fā)自動檢測報警系統(tǒng)[4]。

火災(zāi)探測器包含多種類型, 第一種為感煙式火災(zāi)探測器, 該探測器的具體效能為檢測內(nèi)的燃燒煙霧情況, 一般在辦公樓以及住宅樓中設(shè)置較多; 第二種為可燃氣體火災(zāi)探測器, 其特殊性能為探測目前物內(nèi)的可燃性氣體濃度, 并據(jù)此判定目前是否為火情。通常用于含有大量可燃性氣體的物, 例如化工燃料倉庫等化學物質(zhì)存放中。第三種為感光式火災(zāi)探測器, 該探測器的具體效能為基于光敏感反應(yīng)的原理, 對于內(nèi)部火災(zāi)情況進行感應(yīng)[4]。多在易燃易爆物存放較多的物中應(yīng)用。第四種為感溫式火災(zāi)探測器, 主要基于當前內(nèi)溫度的變化判斷火災(zāi)的發(fā)生。最后一種為復(fù)合式火災(zāi)探測器, 主要將以上幾種探測器的效能進行集中結(jié)合, 更為全面的保證對于火災(zāi)情況的及時探測與發(fā)現(xiàn)。

3.2 火災(zāi)報警控制器

火災(zāi)報警控制器是消防控制系統(tǒng)的中心設(shè)備, 其工作原理是將較為穩(wěn)定的直流電向火災(zāi)探測器中進行輸送, 這樣就可以對系統(tǒng)中不同的傳輸線路進行監(jiān)控。目前, 較為通用的消防自動報警控制系統(tǒng)有很多種類型, 首先為集中報警系統(tǒng), 主要在人流較為密集的住宅區(qū)域以及辦公區(qū)域應(yīng)用較多, 第二位為區(qū)域報警系統(tǒng)[4], 主要針對于物的某個具體區(qū)域進行火災(zāi)探測以及報警。第三為消防控制中心報警系統(tǒng), 主要在有較高防火需求的中應(yīng)用較多, 例如易燃易爆的化工燃料存放倉庫等。

4 消防工程中的設(shè)備設(shè)置

4.1 固定水壓供水設(shè)備

變頻技術(shù)允許靜止增壓水供應(yīng)設(shè)備對被構(gòu)造成將網(wǎng)絡(luò)中的水增壓至正常水平的泵進行控制, 利用固定的增壓給水設(shè)備來穩(wěn)定水的壓力, 對于水壓水平進行測量。當管道水壓低于正常值時, 此時供水設(shè)備要及時進行水泵補水操作。當管道水壓高于正常值時, 這個時候, 就必須要讓水泵的供水工作停止, 同時對固定水壓供水設(shè)備的運行狀況進行檢測[4], 以防止水泵長期停轉(zhuǎn), 產(chǎn)生相應(yīng)故障, 固定水壓供水設(shè)備在消防系統(tǒng)中承擔著初期滅火的責任, 因此具有重要的作用, 要避免水壓波動程度較高, 給初期滅火工作帶來較大的影響, 同時該設(shè)備也具有災(zāi)情模擬功能。

4.2 臨時高壓消防栓供水

在有效推進消防系統(tǒng)中水電氣自動化的運行時,需要著重對于高壓消防栓系統(tǒng)進行核心內(nèi)容設(shè)置。從而更好推進后續(xù)消防系統(tǒng)的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)[5]。此時基于電氣自動化控制技術(shù), 將臨時高壓消防泵進行有效控制, 著重設(shè)計其啟動程序, 促進消防泵正常運轉(zhuǎn), 避免了由于其故障而引起的起動困難, 影響了正常的給水效果[5]。該滅火泵的起動, 與火警系統(tǒng)緊密相連,在火警系統(tǒng)完成報警及命令發(fā)出后, 火警自動啟動。

4.3 自動化監(jiān)控系統(tǒng)

要想有效地提高在電氣自動化控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提高供水系統(tǒng)的應(yīng)用能力, 同時還必須對自動化監(jiān)控系統(tǒng)進行合理的設(shè)置和完善。方便進行設(shè)備的運轉(zhuǎn)監(jiān)控作用, 監(jiān)督供水系統(tǒng)的工作狀態(tài), 及時發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的問題, 建議把給水系統(tǒng)與自動化監(jiān)控系統(tǒng)集成在一起, 這樣就能避免由于系統(tǒng)自身的不適當控制而引起的水位變化[5]。同時, 該系統(tǒng)能有效地監(jiān)視和維護自動灑水系統(tǒng), 確保消防給水系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

5 單片機軟件設(shè)計和測試

單片機軟件系統(tǒng)作為本文研究的消防系統(tǒng)的重要承載部分, 主要利用C 語言的相關(guān)編程技術(shù)對于STM32 單片機進行處理, 編程理論主要是按照程序調(diào)用子程序的方式來進行的, 在編程系統(tǒng)中, 可以實現(xiàn)開機執(zhí)行復(fù)位操作, 使用控制面板中的按鈕來對電源窗的開閉進行控制, 通過傳感器和煙霧傳感器檢測風雨、煙霧, 自動實現(xiàn)窗戶的開閉, 在觸摸屏上顯示主控板, 如圖2 所示為消防控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計過程[5]。

圖2 消防控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程

通過對于STM32 型號的單片機實現(xiàn)通信作用,此時需要通過驗證設(shè)計組態(tài)觸摸屏軟件的方式進行?；诜抡嬖囼炂脚_對于串口進行創(chuàng)建調(diào)試, 形成如圖3 所示的相關(guān)參數(shù)設(shè)置。將STM32 單片機在RS 串口上的通信參數(shù)設(shè)定為USB 連接到計算機端后, 使用奇偶校驗, 串行調(diào)試發(fā)送和接收數(shù)據(jù)幀測試03 功能碼的數(shù)據(jù)幀, 讀取裝置主控板的所有寄存器的狀態(tài)信息, STM 會返回1 幀對應(yīng)03 功能碼的ADU。該方法實現(xiàn)了對STM32 單片機的控制與監(jiān)視, 實現(xiàn)了對STM32 單片機的控制與監(jiān)視。該系統(tǒng)具有較好的控制與監(jiān)測效果。

圖3 觸摸屏和串行通信參數(shù)的設(shè)置

6 結(jié)束語

現(xiàn)階段隨著我國科技水平的不斷發(fā)展完善, 對于電器自動化技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計也有了成熟的發(fā)展。因此對于電氣自動化相關(guān)技術(shù)的合理研究運用具有其現(xiàn)實意義。在不同領(lǐng)域中也得到了較好的應(yīng)用。消防工程一直是領(lǐng)域較為重要的課題, 將電氣自動化相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域融入到消防工程中去, 能充分發(fā)揮其自動化優(yōu)勢,促進消防工程的進一步應(yīng)用。電氣自動化系統(tǒng)技術(shù)具有較高含量, 從而推進消防體系的進一步完善。將電氣自動化技術(shù)進行有效推進能夠顯著推動相關(guān)消防設(shè)施中人力資源的提升。