1、自动报警喷水灭火系统第 1 页 共 25 页摘 要随着电子技术的发展，可编程控制器（PLC）不断更新、发展，PLC 控制是自动控制中最常见的控制方式之一。自动报警灭火系统就是自动控制应用之一，本文论述的自动报警灭火系统主要由以下几部分构成：可编程控制器（控制系统） 、自动喷水灭火系统和自动报警系统。可编程控制器（PLC）选用日本三菱公司生产的 FX2N-48MR小型 PLC；喷水灭火系统采用电磁阀和水泵来实现；而报警系统则通过感温探测器和感烟探测器所测得的信号来控制报警器（蜂鸣器）使之达到报警的效果。本设计主要的工作原理是通过两种探测器判定有无火灾，并将转换后的电信号传给 PLC，PLC根据接
2、收到的信号来控制报警器，再由报警器控制电磁阀的通断来进行灭火。关键词：PLC 探测器 报警器自动报警喷水灭火系统第 2 页 共 25 页第 1 章 绪论随着社会经济的发展，我们的生活发生了翻天覆地的变化，但是同时也带来了更大的灾害火灾。虽然这不是什么新名词，但是相较之以前的火灾，已经发生了很大的变化，里面的不确定因素增加了很多，不过人们对于火灾的认识也在不断加深，针对火灾初期不同特征的各种探测方法也越来越多了。基于 PLC控制的自动报警喷水灭火系统是一种重要的报警、灭火措施，它的设置对建筑功能的干扰最小，而且能将火灾控制在初起阶段。随着经济的发展迫使更多仓库拔地而起，装有大量有机材料或可燃易燃
3、物质的仓库，一旦起火，这些遍布全仓库的可燃物便是火灾燃烧的极好物质条件，同时这些仓储物品也是火灾迅速蔓延的良好途径。自动报警喷水灭火系统是目前世界上采用最广泛的一种固定灭火报警设施。其特征是：通过加压设备将水送入管网至带有电磁控制的喷头处，喷头在收到开启控制信号的同时自动开启洒水灭火，并发出报警，更好的预防火灾的蔓延。从自动报警喷水灭火系统的应用实践和统计资料可以看出，自动报警喷水灭火系统的控火灭火率很高，对仓储建筑物中的灭火具有很高的实用价值，而且随着科学的进步，该系统的应用范围将会越来越广泛，系统可靠性和控火灭火率也会相应提高。自动报警喷水灭火系统第 3 页 共 25 页第 2 章 自动报
4、警喷水灭火系统简介2.1 自动报警喷水灭火系统“自动报警喷水灭火系统”是一个专业术语，特指有洒水喷头、报警阀组、水流报警装置（水流指示器或压力开关）等组件，以及管道、供水设施组成的自动报警灭火系统。按规定技术要求组合后的系统，应能在初起火灾阶段自动报警并启动喷水，灭火或控制火势的发展蔓延。因此，此类系统的功能是扑救初起火灾。自动报警喷水灭火系统是目前国际上应用范围最广、用量最大、灭火成功率最高且造价最为低廉的固定灭火设施，并被公认是最为有效的建筑火灾自救设施。按照系统的组成与技术特点，可划分为湿式、干式、预作用式和雨淋式四种类型。采用笔试洒水喷头的自动喷水灭火系统，被称为闭式系统。雨淋系统与水
5、幕系统采用开式喷头，可称为开式系统。水幕系统与雨淋系统的组成虽然很相似，但水幕系统不是灭火设施，而是防火设施。水喷雾系统的组成同样和雨淋系统极为相似，二者虽仅用的喷头不同，但在灭火机理与保护对象方面，二者存在着性质上的不同，因此水喷雾系统不属于自动喷水灭火系统的范畴，是另外一种类型的固定式自动灭火系统。2.2 自动报警喷水灭火系统的特点基于 PLC控制的自动报警喷水灭火系统反应快，由于采用火灾传感器探测火灾信号传递给PLC（中央控制器） ，PLC 来控制系统的开启，从火灾传感器探测火灾信号传递给 PLC（中央控制器），PLC 来控制电磁阀的开启喷水灭火的时间短，其反应快。自动喷水灭火系统控制面
6、积大，用水量大。由于电磁式喷头向系统保护区域同时喷水，能有效的控制住火灾，防止火灾蔓延，初期灭火用水量很大。完善系统自身的可靠性。自动报警灭火系统将在发展中得到完善。一方面表现在，通过喷水灭火机理的研究，对不同火灾场所的火灾负荷、发展、蔓延过程，决定采用不同类型的喷水灭火方式。自动报警灭火系统中的自动喷水灭火装置，根据被保护建筑物的性质和火灾发生，发展特性的不同，可以有许多不同的系统形式。通常根据系统中所使用的喷头形式不同，分为闭式自动喷水灭火、开式自动喷水灭火。2.3 自动报警喷水灭火系统在火灾中的三个主要任务1、把足够的水量喷洒直达燃烧面，至少要淋湿火源周围的可燃物，才能实现灭火控火的目标
7、。喷淋系统通过洒水冷却，扑灭有焰燃烧，其喷水强度首先应满足扑灭火焰的需要 5。喷头洒水对火源燃烧面热释放速率的影响，美国 NIST 方程提出喷头洒水时间与火源热释放速率的数学方程式见公式 2.1 所示：自动报警喷水灭火系统第 4 页 共 25 页（2.1）)(85.1exp)0() 3WQot t（计算时刻 t 的火源热释放速率（kw） ；t）（喷淋启动时刻的初始热释放速率（kw） ；0）（计算时刻（s） ； 喷淋启动时刻；tt）（ 0喷淋启动后至计算时刻的喷水时间（s） ；)0(喷淋系统的喷水密度（mm/s） ；W2、防止建筑火灾发生轰燃，是减少人员伤亡和财产损失的重要目标。火灾发生到一定状
8、态时，会发生轰燃，轰然是局部火灾向全面火灾发展的分界点，轰燃发生后不但会造成更大的人员伤亡和财产损失，而且难以救援，建筑结构也会遭到更大破坏。因此，防止和延缓其发生是设置自动报警灭火系统的重要目标。3、喷头洒水应连续的打湿距溅水盘或吊顶一定高度以下的墙面，有利于控制火势，保护建筑结构。国标 GB5135.12扩展覆盖面积（EC）喷头标准规定：每一只 EC 喷头在规定的湿墙试验中，应连续打湿试验室四周的墙面，打湿部位距吊顶的距离不应大于 1.5m。2.4 自动报警喷水灭火系统的组成基于 PLC控制的自动报警喷水灭火系统是由自动喷水灭火系统、自动报警系统、控制系统，这三个子系统组成。如图 2.1所
9、示。图 2.1系统框图自动喷水灭火系统是由洒水喷头、报警阀组、水流报警装置（水流指示器或压力开关）等组件，以及管道、供水设施组成，并能在发生火灾时喷水的自动灭火系统。自动报警喷水灭火系统第 5 页 共 25 页自动报警系统是由触发装置、火灾报警装置以及具有其它辅助功能的装置组成，它具有能在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量、火焰等物理量，通过火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，并同时显示出火灾发生的部位、时间等，使人们能够及时发现火灾，并及时采取有效措施，扑灭初期火灾，最大限度的减少因火灾造成的生命和财产的损失，是人们同火灾斗争的有力工具。控制系统包括可编程序控制器和各种开关。自动喷水灭
10、火系统、自动报警系统、控制系统，这三个系统之间是通过线路系统联系在一起，自动喷水灭火系统的开启与关闭是由控制系统通过其与各系统之间的控制线路来实现对其余两个子系统的控制。2.5 自动报警系统区域划分本仓库是一个小型仓库，房间 1 堆放一批办公用纸，房间 2 堆放一些电气设备，房间 3 堆放一些办公桌椅，通常没有专人看管，因此需要安装自动报警装置。小型仓库的使用面积共 176 平米，坡度为 03 米，高度 5 米，有很好的通风环境。根据仓库的具体情况，把仓库分成三个有自动报警灭火装置的房间，每个房间的面积为 40 平米，互相之间不连通，并且每个房间之间的间隔为 2 米，在各房间的外面还有一条 1
11、 米宽的走廊，避免探测区域的交叉重叠。仓库的区域划分如图 2.2所示：图 2.2 仓库房间分布图自动报警喷水灭火系统第 6 页 共 25 页第 3 章 可编程控制器的简介3.1 可编程控制器的发展历程可编程控制器是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发起来的，虽然也采用了计算机的设计思想，但当时只能进行逻辑计算，故称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Contrnller，简称 PLC） 。后来随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，可编程逻辑控制器更多地具有了计算机的功能，不仅用逻辑编程取代硬连线逻辑，还增加了运算、数据传送和处理等功能，而且做到了小型化和
12、超小型化，这种采用微电脑技术的工业控制装置的功能远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，故称为可编程控制器（Programmable Contrnller，简称 PC） ，但由于 PC 容易和个人计算机（Personal Computer，简称 PC）混淆，所以人们仍习惯用PLC 作为可编程控制器的缩写。20 世纪 60 年代以前，汽车流水线的自动控制系统基本上都采用传统的继电器控制。在 60 年代初，美国汽车制造业竞争越发激烈，汽车每一次的更新周期越来越短，这样对汽车流水线的自动控制系统更新就越来越频繁，原来的继电器控制就需要经常地重新设计和安装，从而延缓了汽车的更新时间。所以人们就想用一种通用
13、性和灵活性较强的控制系统来替代原有的继电器控制系统。1986 年，美国通用汽车公司首先提出了可编程控制器的概念。在 1969 年，美国数字设备公司（DEC）终于研制出世界上第一台 PLC。这是由一种新的控制系统代替继电器的控制系统，它要求尽可能地缩短汽车流水线控制系统的时间，其核心采用编程方式代替继电器方式来实现生产线的控制。1971 年，日本引进了这项技术，并开始生产自己的 PLC。1973 年，欧洲一些国家也研制出了自己的 PLC。1974 年，我国也开始仿照美国的 PLC 技术研制自己的 PLC，终于在 1977年研制出第一台具有实用价值的 PLC。3.2 可编程控制器的发展前景21世纪
14、，PLC 会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。计算机集散控制系统自动报警喷水灭火系统第 7
15、 页 共 25 页DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。3.3 可编程控制器的特点PLC 是传统的继电器技术和计算机技术相结合的产物，所以在工业控制方面，它具有继电器控制或通用计算机所无法比拟的特点 1。（1） 可靠性高，抗干扰能力强在硬件方面，由于采用性能优良的开关电源，并且对采用的器件进行严格的筛选，加上合理的系统结构，最后加固、简化安装，因此 PLC 具有很强的抗振动性能；无触点的半导体电路来完成大量的开关动
16、作，就不会出现继电器控制系统中的器件老化、脱焊、触点电弧等问题；所有的输入/ 输出（I/O）接口都采用了光电隔离措施，使外部电路和 PLC 内部电路能有效的进行隔离；PLC 模块式结构，可以在其中一个模块出现故障时迅速地判断出故障的模块并进行更换，这样就能尽量缩短系统的维修时间。在软件方面，PLC 的监控定时器可用于监视执行用户的专用运算处理器的延迟，保证在程序出错和程序调试时，避免因程序错误而出现死循环；当 CPU、电池、I/O 口、通信等出现异常时，PLC 的自诊断功能可以检测到这些错误，并采取相应的措施，以防止故障扩大；停电时，后备电池和正常工作时一样，进行对用户程序及动态数据的保护，确
17、保信息不丢失。（ 2） 编 程 简 单 ， 操 作 方 便模块化的 PLC 设计，使用户能根据自己控制系统的大小、工艺流程和控制要求等来选择自己所需的 PLC 的模块并进行资源配置和 PLC 编程。这样，控制系统就不再需要大量硬件装置，用户只需根据控制需要设计 PLC 的硬件配置和 I/O 的外部接线即可。而在 PLC 控制系统中，当控制要求改变时，不改变 PLC 外部接线，只需修改程序即可。这种面向控制过程的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在 PLC 内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这种时耗是微不足道的。（ 3） 系 统 的 设 计 、
18、安 装 、 调 试 工 作 量 少 ， 维 护 方 便PLC 用 软 件 取 代 了 继 电 器 控 制 系 统 中 大 量 的 中 间 继 电 器 、 时 间 继 电 器 、 计 数 器 等 器 件 ， 使控 制 柜 的 设 计 、 安 装 接 线 工 作 量 大 为 减 少 。 同 时 PLC 的 用 户 程 序 大 部 分 可 以 在 实 验 室 进 行 模拟 调 试 ， 用 模 拟 试 验 开 关 代 替 输 入 信 号 ， 其 输 出 状 态 可 通 过 PLC 上 的 发 光 二 极 管 指 示 出 来 。模 拟 调 试 好 后 再 将 PLC 控 制 系 统 安 装 到 生 产
19、现 场 ， 进 行 联 机 调 试 ， 这 样 既 安 全 ， 又 快 捷 方 便 。（ 4） 体 积 小 ， 能 耗 低由于 PLC 内部电路主要采用微电子技术设计，因此它具有体积小、重量轻等优点。而它的配线比继电器控制系统的配线少的多，故可以省下大量的配线和附件，从而减少大量的安装接线工时，加上开关柜体积的缩小，也可以节省大量的费用。自动报警喷水灭火系统第 8 页 共 25 页3.4 可编程控制器的分类3.4.1 按结构分类PLC 按其硬件的结构形式可分为整体式和组合式。3.4.2 按控制规模分类PLC 的控制规模主要是指开关量的输入/输出点数及模拟的输入 /输出路数。但主要以开关量的点数
20、计数，模拟量的路数可以折算成开关量的点数。按照此项进行分类主要包括小型、中型和大型。3.5 可编程控制器的结构3.5.1 中央处理器中央处理器简称 CPU。与一般计算机一样，CPU 是核心，在整机中起到类似人类的神经中枢的作用，可编程控制器的整机性能有着决定性影响。随着微电子技术的性能价格比高等优势受到了人们的特别关注，目前小型 PLC 都用 8 位或者 16 位单片机作 CPU。3.5.2 存储器（1） 系统程序存储器系统程序存储器用来存放制造商为用户提供的监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序及其它各种管理程序。（2） 用户存储器用户存储器是专门提供给用户存放程序和数据
21、的，所以用户存储器通常又分为用户程序存储器和数据存储器两个部分。3.5.3 输入接口电路开关量输入输出接口电路的主要参数是输入电流。现场开关闭合时，必须有足够的电流流入光耦输入端，使光敏三极管完全导通；而当现场开关段开时，必须保证流入光耦输入端的电流足够小，保证光耦输出光敏三极管可靠截止。3.5.4 输出接口电路端可编程控制器的输出有三种形式：一种是继电器输出，一种是晶闸管输出（SSR 型） ，一种是晶体管输出。自动报警喷水灭火系统第 9 页 共 25 页3.5.5 电源PLC 对电源的基本要求是：（1） 能有效控制、消除电网电源带来的各种噪声。（2） 不会因电源发生故障而导致其他部分产生故障
22、。（3） 能在较宽的电压波动范围内保持输出电压稳定。（4） 电源本身的功耗应尽可能低，以降低整机的温升。（5） 内部电源及 PLC 向外提供的电源与外部电源间应完全隔离。（6） 有较强的自动保护功能。第 4 章 自动报警喷水灭火系统硬件设计4.1 硬件的组成4.1.1 火灾探测器火灾探测器是火灾自动报警消防系统的传感部分,是组成各种火灾自动报警系统的重要组件,是该系统的”感觉器官” 。他能对火灾参数(如烟、温度、火焰辐射、气体浓度等)响应,并自动产生火灾报警信号,或向控制和指示设备发出现场火灾信号的装置。火灾探测器是系统中的关键元件,它的稳定性、可靠性和灵敏度等技术指标都会受到诸多因素的影响,
23、因此火灾探测器的选择和分布应该严格按照规范进行。它是消防火灾自动报警系统中，对现场进行探查，发现火灾的设备。按对现场的信息采集类型分为：感烟探测器、感温探测器、火焰探测器和特殊气体探测器。考虑到本次适用的环境是一个小型仓库，因此选择感烟探测器和感温探测器。4.1.2 火灾探测器的选择火灾探测器的选择应符合下列要求:(1) 对火灾初期有阴燃阶段,产生大量的烟和少量的热,很少或没有火焰辐射的,选用感烟探头;(2) 对火灾法阵迅速,产生大量热、烟和火焰辐射的,选用烟感探头,感温,火焰探头或他们的组合;(3) 对火灾发展迅速,有强烈火焰辐射和少量烟,热的,选用火焰探头;(4) 对情况复杂或火灾形成特点
24、不可预料的,可进行模拟实验,根据实验选用合适的探头;(5) 不同高度的房间设置火灾探测器时可参照表 2-1。感温探测器房间高度（m)感烟探测器一级 二级 三级自动报警喷水灭火系统第 10 页 共 25 页12h20 不合适 不合适 不合适 不合适8h12 合适 不合适 不合适 不合适6h8 合适 合适 不合适 不合适4h6 合适 合适 合适 不合适h4 合适 合适 合适 合适表 2-1 火灾探测器参数表(6) 本系统采用 SD6800感烟探测器、OT503 智能感温探测器作为火灾探测器。4.1.3 火灾探测器的设置(1) 一个探测区域内至少应布置一只火灾探测器。(2) 在宽度小于 3m以内的过
25、道顶棚上设置探测器时宜居中布置。感温探测器的安装间距 L不应超过 10m，感烟探测器的安装间距 L不应超过 15m，探测器至端墙的距离不应大于探测器间距的1/2。(3) 感烟探测器、感温探测器的保护面积和保护半径应该满足表 4-1的规定。(4) 探测器至墙壁、梁的水平距离不应小于 0.5m，并且探测器的周围 0.5m内不应有遮挡物。(5) 探测器宜水平安装，如必须倾斜安装时，倾斜角不应大于 45。当屋顶坡度 大于 45 时，应加木台或类似方法安装探测器。表 4-1 感烟、感温探测器的保护面积和保护半径一只探测器的保护面积 A 和保护半径 R房 间 坡 度 15 15 30 30火灾探测器的种类
26、 地面面积h(m)房间高度h(m)A（ m2） R（ m) A（ m2） R（ m) A（ m2） R（ m)S80 h12 80 6.7 80 7.2 80 86h12 80 6.7 100 8 120 9.9感烟探测 器S80 h6 60 5.8 80 7.2 100 9S30 h8 30 4.4 30 4.9 30 5.5感温探测器 S30 h8 20 3.6 30 4.9 40 6.34.1.4 喷淋头在发生火灾时，消防水通过喷淋头均匀洒出，对一定区域的火势起到控制作用。它是喷水系统的重要组成部分，因此其质量，性质和安装的优劣直接影响火灾初期灭火的成败，可见选择时必须注意。喷淋头可分为开启式和封闭式两种。综合课题背景，选用开式喷淋头。其使用参数见表 4-2所示。
