【正文】 1 基于 PLC 的自動滅火器的設(shè)計 前言 序言 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展城市化得到進(jìn)一步的深化城市防火也變得越來越重要，再加上國家工業(yè)的發(fā)展導(dǎo)致了全球氣溫的的上升火災(zāi)發(fā)生的頻率則更加頻繁，同時；科技的發(fā)展大大提高了人們的生活水平，也帶給人們更加方便的生活但在這科技發(fā)達(dá)的社會里仍然還隱藏著許多的危險，火災(zāi)就是其中的一種，說到火大家可能都會想到，它是人類文明的象征，但火在給人類帶來文明的同時也毀滅我們的文明。因此，我們的先輩們花了很多時間去尋求預(yù)防火帶給我們的災(zāi)難。但是由于當(dāng)時科技水平的限制先輩們所研制出來的器械并 沒起到多大的作用，當(dāng)時對火災(zāi)的預(yù)防還是以人為主，這樣并沒有做到對火災(zāi)的真正的防御，一直到 19 世紀(jì)末期，歐洲人才發(fā)明使用探測器監(jiān)測火情并使之滅火的設(shè)備，這種設(shè)備在預(yù)防火災(zāi)上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出以前的各種機(jī)械，同時在體積上也有所減小，隨著科技的進(jìn)步，人們對這一設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)，但改進(jìn)的大多是該設(shè)備的體積其依然在以前的基礎(chǔ)上發(fā)展改進(jìn)的設(shè)備雖然在功能上有所增加，但還是采用電氣控制這樣就加大了設(shè)備的體積，同時也增加了設(shè)備的成本。 當(dāng)代社會消費設(shè)備種類繁多，但大多數(shù)的消費設(shè)備都是將報警放于首位而對火災(zāi)主動控制的則很少其都是在報警后再 由報警裝置將信號傳輸給滅火裝置和設(shè)備的其他裝置，這樣不僅耽誤了有效的滅火時間而且也會給社會帶來不可估量的損失，而且這些設(shè)備是由一級一級的將信號傳輸給設(shè)備的各個機(jī)構(gòu)，這樣很不容易保障信號輸入的成功與否，如果信號一旦不能得到保障則不能及時啟動相應(yīng)裝置，特別是是在緊急情況之下，如果不能準(zhǔn)確、迅速啟動相應(yīng)的裝置那么后果是可想而知的。由此為了進(jìn)一步提高對火災(zāi)的預(yù)警與主動控制我則在現(xiàn)存的消費設(shè)備的基礎(chǔ)上對這些設(shè)備進(jìn)行了一些改進(jìn)和技術(shù)上的提升。 目前，世界上很多國家研制出了各種自動滅火控制設(shè)備，而且生產(chǎn)相當(dāng)普遍。在智能化 建筑中設(shè)置自動控制滅火系統(tǒng)，首先要滿足我國現(xiàn)有的規(guī)范、規(guī)程要求。我國已頒布 建筑設(shè)計防火規(guī)范 、 高層民用建筑防火規(guī)范 、等，及其它規(guī) 2 定。 課題來源及背景 火災(zāi)作為危害人類生存的大敵，越來越受到人們的重視。隨著高層建筑的不斷增多，火災(zāi)隱患增加。一旦發(fā)生火災(zāi)，將對人的生命財產(chǎn)造成極大的危害，于是人們開始尋求一種早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的方法，并能及時控制和撲滅火災(zāi)，以便減少損失，保障生命安全。火災(zāi)自動報警滅火控制器就是為了滿足這一需求而研制出來的，并越來越被人們所接受。其自身也隨著人們需求的不斷提高，在功 能、結(jié)構(gòu)、形式等方面不斷地完善。 火災(zāi)特征 （ 1）火災(zāi)的隨機(jī)性 每起火災(zāi)都有其獨自的特征，這是因為引起火災(zāi)的燃燒材料、引燃方式及燃燒環(huán)境均相同的可能性幾乎為零，所以每次火災(zāi)發(fā)生的火災(zāi)參數(shù)不可能有著相同的軌跡，即使在實驗室條件下嚴(yán)格控制材料引燃方式及燃燒環(huán)境條件也幾手不可能模擬兩次一模一樣的火災(zāi)，即火災(zāi)的發(fā)生是隨機(jī)的。 （ 2）火災(zāi)的模糊性 火災(zāi)發(fā)生有隨機(jī)性，但也是有一定條件的，并不是每次燃燒都會發(fā)展成火災(zāi)，只是有發(fā)展成火災(zāi)的可能性，也就是具有模糊性。 （ 3）火災(zāi)的可探測性 火災(zāi)都伴有不同的 火災(zāi)參數(shù)。在明火燃燒中，主要的火災(zāi)參數(shù)有溫參數(shù)、火焰參數(shù)及煙參數(shù)等。這些參數(shù)隨著火災(zāi)的發(fā)展而變化，基本呈增大的趨勢，且各參數(shù)間存在著一種相輔相成的邏輯關(guān)系。根據(jù)這些火災(zāi)參數(shù)特征可以實現(xiàn)火災(zāi)探測報警，避免火災(zāi)發(fā)生。 （ 4）火災(zāi)的危害性 “火災(zāi)”，是指在時間或空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害。在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會發(fā)展的主要災(zāi)害之一。人類能夠?qū)疬M(jìn)行利用和控制，是文明進(jìn)步的一個重要標(biāo)志?；?，給人類帶來文明進(jìn)步、光明和溫暖。但是，失去控制的火，就會給人類造成災(zāi)難。所以說人類使用火的 歷 3 史與同火災(zāi)作斗爭的歷史是相伴相生的，人們在用火的同時，不斷總結(jié)火災(zāi)發(fā)生的規(guī)律，盡可能地減少火災(zāi)及其對人類造成的危害。對于火災(zāi)，在我國古代，人們就總結(jié)出“防為上，救次之，戒為下”的經(jīng)驗。隨著社會的不斷發(fā)展，在社會財富日益增多的同時，導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)的危險性也在增多， 火災(zāi)的危害性也越來越大。據(jù)統(tǒng)計， 我國 70 年代火災(zāi)年平均損失不到 億元， 80 年代火災(zāi)年平均損失不到 億元。進(jìn) 90 年代， 特別是 1993 年以來，火災(zāi)造成的直接財產(chǎn)損失上升到年均十幾億元，年均死亡 2020 多人。實踐證明， 隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 ，消防工作的重要性就越來越突出?！邦A(yù)防火 災(zāi)和減少火災(zāi)的危害”是對消防立法意義的總體概括，包括了兩層含義 : 一是做好預(yù)防火災(zāi)的各項工作， 防止發(fā)生火災(zāi)； 二是火災(zāi)絕對不發(fā)生是不可能的，而一旦發(fā)生火災(zāi)，就應(yīng)當(dāng)及時、有效地進(jìn)行撲救，減少火災(zāi)的危害。 火災(zāi)不僅毀壞物質(zhì)財產(chǎn)，造成社會秩序的混亂，還直接或間接危害生命，給人們的心靈造成極大的危害。每年都有許多兒童被火災(zāi)奪去生命。同時因兒童用火不慎引起的火災(zāi)也不在少數(shù)。 在社會生活中，火災(zāi)是威脅公共安全，危害人們生命財產(chǎn)的災(zāi)害之一。俗話說：“水火無情”；“ 賊偷一半，火燒全光”。當(dāng)今，火災(zāi)是世界各國人民所面臨的一個共同的災(zāi)難性問題。它給人類社會造成過不少生命、財產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，社會財富日益增加，火災(zāi)損失上升及火災(zāi)危害范圍擴(kuò)大的總趨勢是客觀規(guī)律。據(jù)聯(lián)合國“世界火災(zāi)統(tǒng)計中心”提供的資料介紹，發(fā)生火災(zāi)的損失，美國不到 7 年翻一番，日本平均 16 年翻一番，中國平均 12 年翻一番。全世界每天發(fā)生火災(zāi) 1 萬多起，造成數(shù)百人死亡。近幾年來，我國每年發(fā)生火災(zāi)約4 萬起，死 2020 多人，傷 3000— 4000 人，每年火災(zāi)造成的直接財產(chǎn)損失 10 多億元，尤其是造成幾十人、幾 百人死亡的特大惡性火災(zāi)時有發(fā)生，給國家和人民群眾的生命財產(chǎn)造成了巨大的損失。嚴(yán)峻的現(xiàn)實證明，火災(zāi)是當(dāng)今世界上多發(fā)性災(zāi)害中發(fā)生頻率較高的一種災(zāi)害，也是時空跨度最大的一種災(zāi)害?；馂?zāi)的危害性具體體現(xiàn)在以下五個方面。 ① 火災(zāi)會造成慘重的直接財產(chǎn)損失 1993 年 8 月 5 日，深圳市安貿(mào)危險品儲運公司清水河倉庫，因化學(xué)危險物品混存而發(fā)生反應(yīng)，引起火災(zāi)爆炸事故，大火燃燒了 16 小時，有 15 人死亡， 8 4 人失蹤， 873 人受傷，在搶險中僅公安干警就有 54 人傷亡， 2 名公安局副局長殉職，燒毀建筑面積 39000 平方米，火災(zāi)直接財產(chǎn)損失 億元，每天有 460 萬元財產(chǎn)被燒毀。 災(zāi)難發(fā)生時的場面如圖 11 所示： 圖 11 清水河倉庫 爆炸圖 ②火災(zāi)造成的間接財產(chǎn)損失更為嚴(yán)重 現(xiàn)代社會各行各業(yè)密切聯(lián)系，牽一發(fā)而動全身。一旦發(fā)生重、特大火災(zāi)，造成的間接財產(chǎn)損失之大，往往是直接財產(chǎn)損失的數(shù)十倍。 1990 年 7 月 3 日，四川省梨子園鐵路隧道因油罐車外溢的油氣遇到電火花導(dǎo)致爆炸起火。參加滅火搶險戰(zhàn)斗的有解放軍第 13 集團(tuán)軍、二炮集團(tuán)、成都軍區(qū)、達(dá)縣軍分區(qū)預(yù)備師以及武警達(dá)縣支隊、四支隊、四川省消防總隊。這起火災(zāi)直接 財產(chǎn)損失僅 500 萬元，但致使鐵路運輸中斷 23 天， 26 日全線通車，造成成千上萬旅客滯留和許多單位停工待料，間接財產(chǎn)損失難以估算。 ③ 火災(zāi)會造成大量的人員傷亡 據(jù)統(tǒng)計， 2020 年全國火災(zāi)中燒死 3021 人，燒傷 4404 人，平均每天有 人在火中被燒死。 2020 年四川共發(fā)生火災(zāi) 5718 起，死 102 人，傷 243 人。 2020年 12 月 25 日河南洛陽東都商廈因電焊工違章操作引起火災(zāi)，造成 309 人死亡，7 人受傷。國際消防技術(shù)委員會對全球火災(zāi)調(diào)查統(tǒng)計表明，近幾年全球每年發(fā)生600— 700 萬起火災(zāi)，大約有 6— 7 萬人在火災(zāi)中喪命 ； ④ 火災(zāi)會造成生態(tài)平衡的破壞 1987 年 5 月 6 日到 6 月 2 日幾乎長達(dá)一個月的大興安嶺森林特大火災(zāi)，起 5 火直接原因是林場工人在野外吸煙引起，間接原因是氣候條件有利燃燒，可燃物多。人民解放軍、森林警察、公安消防人員、廣大職工近 10 萬軍民經(jīng)過近一個月的殊死搏斗，才將大火撲滅。這場大火致使 193 人喪生， 226 人受傷，火災(zāi)破壞了 1000 多萬畝林業(yè)資源，大火殃及 1 個縣城 3 個鎮(zhèn)，破壞的生態(tài)平衡需 80年才能恢復(fù)，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá) 億元。據(jù)資料統(tǒng)計，我國年均森林火災(zāi)毀林面積達(dá) 100 萬公頃（我國森林覆蓋率僅為 13%，日本 60%），森林大面積減少，造成洪水泛濫。 當(dāng)時火災(zāi)的情形如下圖 12 所示 ： 圖 12 大興安嶺森林特大火災(zāi) 圖 ⑤ 火災(zāi)會造成不良的社會政治影響 如火災(zāi)發(fā)生在首腦機(jī)關(guān)，通信樞紐、涉外單位、古建筑、風(fēng)景區(qū)等都會造成嚴(yán)重的政治影響，甚至波及全國乃至全世界。 1994 年 11 月 15 日，吉林市銀都夜總會因縱火發(fā)生火災(zāi)，殃及在同一建筑物內(nèi)的市博物館，燒毀建筑面積 6800 平方米，不僅造成直接財產(chǎn)損失 671 萬多元，而且將無法用金錢計算的博物館內(nèi)藏文物 7 千余件和黑龍江在該館巡展的 1具 7000 多萬年以前的恐龍化石（長 11 米 ，高 米）被燒毀，以及堪稱世界級瑰寶、被列入《吉尼斯世界大全》的吉林隕石雨中最大的 1 號隕石（重 1775 千克）也在大火中分為兩半，還有 2 人被燒死，既造成了難以計算的經(jīng)濟(jì)損失，更造成了不良的政治影響。 由此可見，火災(zāi)危害性是相當(dāng)慘重的。我們必須認(rèn)真貫徹執(zhí)行“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的消防工作方針，在做好防火工作。 6 火災(zāi)自動滅火技術(shù)及探測報警的發(fā)展和概況 早在 1847 年美國牙科醫(yī)生錢林 (Charming)和緬因大學(xué)教授華邁爾 (Farmer)研究出世界上第一臺用于城鎮(zhèn)火災(zāi)報警的發(fā)送裝置， 1890 年英國又 研制成功了感溫式火災(zāi)探測器。從此人類開創(chuàng)了火災(zāi)自動探測報警技術(shù)的新紀(jì)元。一百五十年來，世界上科學(xué)技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，火災(zāi)探測技術(shù)也相應(yīng)迅速發(fā)展， 各種感溫、感煙、感光等類型的火災(zāi)探測器相繼問世，一并日臻完善。 從 19 世紀(jì) 40 年代至本世紀(jì) 40 年代，經(jīng)過漫長的一百年來，感溫探測器一直占主導(dǎo)地位，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)處于初級發(fā)展階段。定溫和差溫探測器有雙金屬型、水銀接點型、易熔合金型、玻璃球膜脹型、熱電偶型以及半導(dǎo)體型等等。由于其靈敏度比較低，探測火災(zāi)的速度也比較慢，尤其對陰燃火災(zāi)往往不響應(yīng)，因此，它一直無法較好 地實現(xiàn)火災(zāi)早期報警的要求。 直到本世紀(jì) 50 年代初，瑞士物理學(xué)家埃斯特。邁里 (Ernst Meili)研究離子型感煙探測器獲得成功，感煙火災(zāi)探測器開始登上歷史舞臺。火勢蔓延往往始于煙，感煙探測技術(shù)使人類在實現(xiàn)火災(zāi)早期報警向前邁進(jìn)了一大步，立刻引起了人們的重視并得到廣泛應(yīng)用。從此，感溫探測器被排擠到次要地位。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，場效應(yīng)晶體管代替了陰極射線管，使電路電壓能夠從 220V_降低到 24V，用電池也可為探測器供電。加之集成電路和微機(jī)的出現(xiàn)，又為離子感煙探測器的智能化提供了廣闊的前景。據(jù)統(tǒng)計，至 1970 年， 整個歐洲已安裝了近百萬只。迄今，它在全世界范圍內(nèi)仍占己安裝探測器的 90%左右?？梢哉f，它以絕對優(yōu)勢占據(jù)中心地位長達(dá)三十年之久。 70 年代末，因高壽命的光電元器件技術(shù)取得突破，光電感煙探測器才應(yīng)運而生，使離子感煙探測器面臨新的挑戰(zhàn)。十多年來，盡管人們對兩種探測器性能上差異的評價眾說紛紜，但國外卻一直在大力研制和發(fā)展光電感煙探測器，并取得長足的進(jìn)展、如在日本、瑞士它的銷售量己上升到 90%以上，歐洲也在大幅度減少離子感煙探測器。同樣，我國也開始出現(xiàn)類似的傾向?，F(xiàn)在這兩種探測器每年的銷售量大約平分秋色了。 80 年 代中期，在總線制火災(zāi)自動報警系統(tǒng)出現(xiàn)后不久，隨著微處理器、計算機(jī)及智能技術(shù)的最新發(fā)展，又推出了智能化模擬量報警系統(tǒng)。 90 年代初，我國的智能化系統(tǒng)也取得較大進(jìn)展，各種智能型系列產(chǎn)品相繼問世。 7 滅火系統(tǒng)最常用的有噴水滅火和泡沫滅火兩種。泡沫滅火主要用在針對性強(qiáng)的滅火過程，即手動滅火，而且泡沫產(chǎn)生后不適合遠(yuǎn)距離傳送，所以泡沫發(fā)生裝置也要在火災(zāi)現(xiàn)場，再則，泡沫滅火的泡沫發(fā)生裝置和原料成本都比較貴，所以泡沫滅火不太適合用于只能控制，而且在任何場合我們設(shè)置火災(zāi)報警滅火系統(tǒng)都是為了以防不測，也不可能大量堆積泡沫發(fā)生裝置的 ，所以論文中我們不采用該滅火方法。噴水滅火主要是在火災(zāi)安全隱患出或者滅火的關(guān)鍵點處設(shè)置噴水噴頭，當(dāng)檢測到火災(zāi)發(fā)生后，控制器會向滅火系統(tǒng)發(fā)送噴水命令進(jìn)行噴水滅火。噴水系統(tǒng)是和蓄水池 連接，所以不用擔(dān)心會像泡沫發(fā)生器一樣在火災(zāi)撲滅前窮盡。本論文中 用的是噴水滅火。 本設(shè)計的整體思路和方案 本設(shè)計的主要內(nèi)容和要求 （ 1）設(shè)計的主要技術(shù)指標(biāo) ① 設(shè)計探測器的方案、各個點至少應(yīng)有煙霧和溫度兩種探測器探測火災(zāi)，即可自動動滅火，也可手動滅火。 ② 能夠顯示各點的情況。 ③ 分布點與總監(jiān)控點的距離 最遠(yuǎn)為 380 米 。 ④ 電源 的設(shè)計能在電 網(wǎng) 220V 波動 20%的情況下使用 。 （ 2）設(shè)計內(nèi)容 ① 滅火系統(tǒng)方案設(shè)計。 ② 滅火系統(tǒng)方案的運行框圖設(shè)計。 ③ 滅火系統(tǒng)檢測方法的設(shè)計。 ④ 滅火系統(tǒng)軟件設(shè)計。 （ 3）設(shè)計的基本要求 ① 用電子技術(shù)、檢測技術(shù)作出火災(zāi)探測器的設(shè)計。 ② 滅火系統(tǒng)檢測要求，上機(jī)調(diào)試通過主要的程序。 系統(tǒng)設(shè)計思路 火在人類生活中是不可缺少的 ， 但火災(zāi)也給人類帶來了巨大的災(zāi)難。特別是 8 自本世紀(jì) 80