【正文】 1 基于 PLC 的自動(dòng)滅火器的設(shè)計(jì) 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(shí)；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(huì)里仍然還隱藏著許多的危險(xiǎn)，火災(zāi)就是其中的一種，說到火大家可能都會(huì)想到，它是人類文明的象征，但火在給人類帶來文明的同時(shí)也毀滅我們的文明。因此，我們的先輩們花了很多時(shí)間去尋求預(yù)防火帶給我們的災(zāi)難。但是由于當(dāng)時(shí)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(shí)對(duì)火災(zāi)的預(yù)防還是以人為主，這樣并沒有做到對(duì)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(shí)在體積上也有所減小，隨著科技的進(jìn)步，人們對(duì)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(shí)也增加了設(shè)備的成本。 當(dāng)代社會(huì)消費(fèi)設(shè)備種類繁多，但大多數(shù)的消費(fèi)設(shè)備都是將報(bào)警放于首位而對(duì)火災(zāi)主動(dòng)控制的則很少其都是在報(bào)警后再 由報(bào)警裝置將信號(hào)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(shí)間而且也會(huì)給社會(huì)帶來不可估量的損失，而且這些設(shè)備是由一級(jí)一級(jí)的將信號(hào)傳輸給設(shè)備的各個(gè)機(jī)構(gòu)，這樣很不容易保障信號(hào)輸入的成功與否，如果信號(hào)一旦不能得到保障則不能及時(shí)啟動(dòng)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(dòng)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(duì)火災(zāi)的預(yù)警與主動(dòng)控制我則在現(xiàn)存的消費(fèi)設(shè)備的基礎(chǔ)上對(duì)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(dòng)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(dòng)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(jì)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(duì)人的生命財(cái)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(shí)控制和撲滅火災(zāi)，以便減少損失，保障生命安全?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)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(dú)自的特征，這是因?yàn)橐鸹馂?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(shí)驗(yàn)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(huì)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(shí)現(xiàn)火災(zāi)探測報(bào)警，避免火災(zāi)發(fā)生。 （ 4）火災(zāi)的危害性 “火災(zāi)”，是指在時(shí)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(huì)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(gè)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(huì)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(shí)，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(duì)人類造成的危害。對(duì)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(yàn)。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，在社會(huì)財(cái)富日益增多的同時(shí)，導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)性也在增多， 火災(zāi)的危害性也越來越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 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(cái)產(chǎn)損失上升到年均十幾億元，年均死亡 2020 多人。實(shí)踐證明， 隨著社會(huì)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(duì)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(xiàng)工作， 防止發(fā)生火災(zāi)； 二是火災(zāi)絕對(duì)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(shí)、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(cái)產(chǎn)，造成社會(huì)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(shí)因兒童用火不慎引起的火災(zāi)也不在少數(shù)。 在社會(huì)生活中，火災(zāi)是威脅公共安全，危害人們生命財(cái)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(gè)共同的災(zāi)難性問題。它給人類社會(huì)造成過不少生命、財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，社會(huì)財(cái)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(jì)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(cái)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(shí)有發(fā)生，給國家和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)造成了巨大的損失。嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)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(shí)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(gè)方面。 ① 火災(zāi)會(huì)造成慘重的直接財(cái)產(chǎn)損失 1993 年 8 月 5 日，深圳市安貿(mào)危險(xiǎn)品儲(chǔ)運(yùn)公司清水河倉庫，因化學(xué)危險(xiǎn)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(shí)，有 15 人死亡， 8 4 人失蹤， 873 人受傷，在搶險(xiǎn)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(cái)產(chǎn)損失 億元，每天有 460 萬元財(cái)產(chǎn)被燒毀。 災(zāi)難發(fā)生時(shí)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(cái)產(chǎn)損失更為嚴(yán)重 現(xiàn)代社會(huì)各行各業(yè)密切聯(lián)系，牽一發(fā)而動(dòng)全身。一旦發(fā)生重、特大火災(zāi)，造成的間接財(cái)產(chǎn)損失之大，往往是直接財(cái)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(xiǎn)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(duì)、四支隊(duì)、四川省消防總隊(duì)。這起火災(zāi)直接 財(cái)產(chǎn)損失僅 500 萬元，但致使鐵路運(yùn)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(cái)產(chǎn)損失難以估算。 ③ 火災(zāi)會(huì)造成大量的人員傷亡 據(jù)統(tǒng)計(jì)， 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(huì)對(duì)全球火災(zāi)調(diào)查統(tǒng)計(jì)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(huì)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(gè)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(gè)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(gè)縣城 3 個(gè)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(jì)，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(shí)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(huì)造成不良的社會(huì)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(huì)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(huì)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(cái)產(chǎn)損失 671 萬多元，而且將無法用金錢計(jì)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(jí)瑰寶、被列入《吉尼斯世界大全》的吉林隕石雨中最大的 1 號(hào)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(jì)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(dòng)滅火技術(shù)及探測報(bào)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(tái)用于城鎮(zhèn)火災(zāi)報(bào)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(dòng)探測報(bào)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(dòng)報(bào)警系統(tǒng)處于初級(jí)發(fā)展階段。定溫和差溫探測器有雙金屬型、水銀接點(diǎn)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(duì)陰燃火災(zāi)往往不響應(yīng)，因此，它一直無法較好 地實(shí)現(xiàn)火災(zāi)早期報(bào)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(tái)?；饎萋油加跓?，感煙探測技術(shù)使人類在實(shí)現(xiàn)火災(zāi)早期報(bào)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(jì)，至 1970 年， 整個(gè)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。可以說，它以絕對(duì)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(yùn)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(duì)兩種探測器性能上差異的評(píng)價(jià)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(dòng)報(bào)警系統(tǒng)出現(xiàn)后不久，隨著微處理器、計(jì)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(bào)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(duì)性強(qiáng)的滅火過程，即手動(dòng)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(bào)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(diǎn)處設(shè)置噴水噴頭，當(dāng)檢測到火災(zāi)發(fā)生后，控制器會(huì)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(huì)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(jì)的整體思路和方案 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和要求 （ 1）設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo) ① 設(shè)計(jì)探測器的方案、各個(gè)點(diǎn)至少應(yīng)有煙霧和溫度兩種探測器探測火災(zāi)，即可自動(dòng)動(dòng)滅火，也可手動(dòng)滅火。 ② 能夠顯示各點(diǎn)的情況。 ③ 分布點(diǎn)與總監(jiān)控點(diǎn)的距離 最遠(yuǎn)為 380 米 。 ④ 電源 的設(shè)計(jì)能在電 網(wǎng) 220V 波動(dòng) 20%的情況下使用 。 （ 2）設(shè)計(jì)內(nèi)容 ① 滅火系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。 ② 滅火系統(tǒng)方案的運(yùn)行框圖設(shè)計(jì)。 ③ 滅火系統(tǒng)檢測方法的設(shè)計(jì)。 ④ 滅火系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。 （ 3）設(shè)計(jì)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(jì)。 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(jì)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