火灾报警检测系统设计.docx
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火灾报警检测系统设计
学号：
14113500504
毕业设计（论文）
题目:
智能火灾报警检测系统设计
院别机械工程学院专业机械电子工程
指导教师周红波职
称讲师
完成时间2012年5月20日
摘要
智能火灾报警检测系统主要由火灾探测部分、声光报警子系统、消防灭火联动子系统组成。
消防联动系统包括自动喷淋灭火系统、防火卷帘门系统、防排烟系统，三个系统由三相异步电机传动动力。
我们将楼宇空间划分不同报警区域，以便准确发现火灾，在报警区域内，探测器探测其周围温度、烟的浓度，经PLC空
制器传送给声光报警子系统，发出报警光和声音，同时消防联动灭火系统经PLC
控制器延时启动来灭火。
在延迟期内可以启动系统复位按钮，终止火灾报警系统响应，这样可以避免误报导致灭火系统因启动产生的后果。
为了提高报警精度和
及时灭火的能力，安装了手动报警按钮、抽水泵、供水泵。
关键词：
火灾报警系统；探测器；PLC
Abstract
Intelligentfirealarmdetectionsystemconsistsoffiredetectionpart,soundandlightalarmsubsystems,firefightinglinkagesubsystems.Firelinkagesystemineludesanautomaticsprinklersystem,fireshutterdoorsystems,smokecontrolsystem.Three-phaseasynchronousmotorsdeliverpowertothethreesystems.Inordertopinpointthefire,wewillbedividebuildingspaceintodifferentalarmzonesinthe
alarmzone,thedetectordetectsthesurroundingtemperature,theconcentrationofsmoke.ThePLCcontrollertransmitittothesoundandlightalarmsubsystems,whilefirelinkagesystembyPLCcontrollerdelayedstarttoeliminatethefire.Toavoidfalsealarmsleadingtoconsequencesduetostartingfireextinguishingsystem.Duringthedelay,wecaninitiateresetbuttonofsystemtoterminatefirealarmsystemresponse.Inordertoimprovetheaccuracyofthefirealarmandtheabilitytoeliminatefire,wehaveinstalledamanualalarmbuttonandwater-pump.
Keywords:
Thefirealarmsystem;Probe;PLC
第一章绪论6
1.1研究背景及其意义6
1.2火灾报警器发展历程及现状7
1.3设计本课题的原因与意义7
第二章智能火灾报警检测系统简介8
2.1火灾报警系统概述8
2.2系统功能要求8
2.3火灾报警系统分类和适应范围9
2.4火灾报警系统设计专业术语9
2.6火灾报警系统设计规范10
2.6.1关于区域报警系统的设计规范：
10
3.1火灾报警系统工作方式11
3.2楼宇结构区域划分12
3.3声光报警子系统工作设计原理13
3.4自动喷淋灭火系统设计14
3.4PLC控制器15
4.1火灾探测器16
4.1.1工作原理16
4.1.2火灾探测器分类与选择16
4.2防火卷帘门20
4.2.1防火卷帘门工作原理20
4.2.2防火卷帘门电动机正反转控制电路图20
4.3喷淋系统21
4.3.1喷头的布置21
4.3.2自动喷洒控制系统的设备配置选型22
4.4PLC与各子系统硬件部分23
441火灾报警系统主要部件23
442控制中心I/O端口分配接线24
4.5电源模块26
4.5.1电源的选择26
4.5.2布线要求27
第五章火灾报警系统软件设计27
5.1程序流程图28
5.2系统程序梯形图28
5.3PLC程序说明31
致谢32
参考文献33
第一章绪论
1.1研究背景及其意义
自古以来，火灾一直是主要重大害之一，对人类经济和文明造成了不可挽回的损失。
惨痛的代价使我们越发明白及时预报警以及消防工作的重要程度。
而研制一
种能够具有优越的监控还有及时的报警系统能够非常大的减少火灾造成的损失。
智能火灾报警系统就是为此目的而设计的，而且随着科技的不断进步，该技术在结构上以及功能上越来越完善。
图1-1是报警时间和燃烧过程产物的关系，燃烧时间越长，报警时间越迟，火灾产生的危害越严重。
随着现代城市化的不断发展，楼房密集度的提高，火灾发生的产生的后果也变得严重，消防系统在社会公共安全的地位变得非常重要，因此有必要设计一种火灾报警系统，让人们及时发现火灾，并能够及时采用有效措施来控制和扑灭火灾。
火灾报警器由传统的多线型、总线型、逐步发展到智能化发生了质的飞跃。
图1-1火灾发生过程与报警时间关系
1.2火灾报警器发展历程及现状
火灾报警系统分三个阶段，第一个阶段是多线型系统。
此类系统基本无故障排除功能，探测气体及温度不仅需要2根电源，还要报警信号线，安装比较麻烦，且线路比较复杂。
第二阶段是总线型系统。
这类系统相对于多线型可以编程，具有故障自我检测功能。
其缺点也明显，不能够根据实际情况设置阀值，只能由硬件决定。
第三阶段是智能型系统，因采用了先进的微控制技术，智能化程度得到了提高，探测器是可以将烟雾温度等模拟量信号转化为数字量，再通过控制器输出显示。
此系统具
有灵敏度高，报警阀值可调节，稳定性好，误报率低等优点。
我国的火灾报警系统起步晚，70年代开始研制，前期模仿国外产品。
到了90
年代以后，火灾报警发展成熟起来了，才真正有了自己的核心技术。
现如今许多公司报警产品都接近国际水平了。
比如依爱消防公司生产的JTY-GDEI6010/E16012点型光电感烟火灾探测器，电子编码，在线编织安装调试极为方便，响应速度快，采用自适应技术，能对环境进行补偿。
1.3设计本课题的原因与意义
基于PLC控制火灾报警系统与传统的继电接触控制系统有如下优点：
（1）在继电接触控制系统中，当电源接通后，继电器按一定控制逻辑依次动作，
任一瞬间都处于相对稳定的动作状态（接通或断开）；当电源接通后，PLC采用
特有的扫描工作方式，从原理上增强了抗干扰的能力，运行时其输入的状态处于一种动态的刷新状态。
（2）可靠性与可维护性强。
继电接触器控制系统采用硬接线逻辑，控制功能由硬件电器元件构成，接线复杂，体积大，功耗大，改动工作量大，触点存在抖动问题。
PLC利用存储器的元件替代了继电器等元件，具有接线少，体积小，易于扩展，不会出现抖动现象。
（3）响应速度快。
以继电器控制系统以控制顺序为主，触电动作会有机械延时,PLC控制采用软件实现，运算时间短。
（4）定时和计数准确。
继电接触控制定时器体积大，精度低，调整困难。
PLC有大量的软件定时器和计数器，精度高，调整方便。
基于PLC控制火灾报警系统与微机控制系统比较，价格便宜，特别适合中小规模的家用火灾报警系统。
第二章智能火灾报警检测系统简介
2.1火灾报警系统概述
火灾报警系统在楼宇建筑中起着极其重要的安全保障作用。
它属于智能楼
宇系统的一个子系统，但其又在完全脱离其他系统或网络的情况下独立正常运行和操作，完成自身所具有的防灾和灭火的功能，具有绝对的优先权。
以计算机网络和通信为基础的城市智能火灾报警信息系统，通过对建筑物内的消防设施运行状态远程监控，实时接收并快速处理报警信息，缩短火灾报警时间，并使防火监督工作深入到单位的每一个消防监测设备。
该系统的建立，对加强消防安全监督管理，防止重特大火灾的发生有着十分重大的意义。
智能火灾报警系统能够在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量，通过感温、感烟和感光等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，记录火灾发生的时间。
2.2系统功能要求
该火灾报警系统由火灾检测系统、中央控制系统、报警子系统、灭火子系统组成。
系统功能要求：
1、火灾探测功能：
能够实时检测到空气中的气体烟雾浓度、温度状况是否超过预定值。
2、设备检测功能：
能够对所有消防设备工作状态进行检测并显示。
3、温度和烟雾浓度显示功能。
4、火灾发生报警功能：
火灾发生时能立即报警。
5、灭火功能：
火灾报警能延时调动消防喷淋系统灭火。
2.3火灾报警系统分类和适应范围
火灾报警系统按适应范围分三种：
区域报警系统、集中报警系统、控制中心报
警系统
类型
区域报警系统
集中报警系统
控制中心报警系统
功能特点
简单
较复杂
较复杂
构造
区域报警器和火灾探测器等构成或火灾报警器和火灾探测器构成。
集中火灾报警控制器、区域火灾报警控制器和火灾探测器构成。
消防控制设备、集中火灾报警控制器、区域火灾报警控制器和火灾探测器构成。
使用范围
二级保护对象
一级和二级保
护对象
一级和特级保护对象
2.4火灾报警系统设计专业术语
（1）把火灾报警系统的警示范围依防火分区或楼划分的单元叫做报警区域。
（2）把报警区域依探测火情的位置划分的单元叫做探测区域。
（3）火灾探测器可以探测面积大小叫做保护面积。
（4）最近的两个火灾探测器固定的距离叫做安装间距。
（5）火灾探测器可以单向探测最大水平间距叫做保护半径。
（6）耐火极限：
把建筑结构、部件放在标准耐火测试下，它由受到火的作用时起到失误完整性或者隔热性、稳定性结束所用的小时数。
2.6火灾报警系统设计规范
2.6.1关于区域报警系统的设计规范：
（1）在某个特定报警区域内只能设置1台火灾报警控制器或者区域火灾报警控制器。
而在系统中它们任何一种不能超过2台。
（2）在上述设计规范条例中的这两种报警控制器要安置在人员值班的地方，以便于相关人员看管和维护。
（3）消防联动系统可以设计在火警报警系统中。
（4）1台火灾报警控制控制多个楼层区域时，需要在每个楼层的明显位置安装显示楼层火灾位置的显示装置。
区域火灾报警控制器同样需要这样设计。
（5）当火灾报警控制器设置于墙壁时，它的底边与地面距离最好为1.3到1.5米，接近门轴的一面离墙体至少要有0.5米，而正面距离墙至少要有1.2米。
2.6.2关于集中报警系统的设计规范：
（1）此系统中安装控制器数量要求：
集中火灾报警控制器1台或
火灾报警控制器1台至少2台区域火灾报警器控制器。
至少2台区域显示器
（2）该系统应和消防联动系统组合。
2.6.3关于控制中心报警系统的设计规范：
（1）在此系统中应该安装不少于1台集中火灾报警控制器、消防联动控制装置以
及至少2台。
或者不少于1台消防联动控制装置、火灾报警控制器以及至少2
台区域显示设备。
（2）该系统中需要有自我检测功能，能够显示火灾报警位置和联动控制的状态信号。
第三章火灾报警检测系统总体设计
3.1火灾报警系统工作方式
电话报警
手动按钮报警
图3-1火灾报警系统方案设计
智能火灾报警系统最大特点在于自动化报警，基本上不需要人工干预，它由中央控制器、火灾探测器、手动报警按钮、声光报警系统、灭火联动系统组成。
如图3-1所示，现场温度值、烟雾浓度信息实时传送给探测器，探测器将信息转换成电信号，输送到控制器。
此时处理器会将此电信号与设定的现场正常状态整定值（可以随时手动设定以便用于不同场所）对比，若超过预设值，控制器控制启动声光报警器系统，灯闪烁并发出警示声，同时显示报警区域地址、火灾报警时间等信息。
火灾发生区域也会报警，提示人员尽快逃离火灾现场，并备有灭火联动系统灭火。
我们为了减少误报的概率，控制器会设置延时开启灭火联动装置。
该系统还设置了手动报警按钮，一般安装在楼梯口、走廊等位置，当现场人员发现火情时，通过按下附近的手动报警按钮，可以人为方式产生火灾报警信号，尽
早报警和消灭火灾。
3.2楼宇结构区域划分
本文研究的智能火灾报警系统是以2层普通仓库为课题背景，该仓库上层和底层设计对称，每层分2个大的存储室，每个大的存储室有三个单间，用来存放普通货物，通常仓库内部无人看守，仓库门以卷帘式门设计，这是为防火卷帘门设计的，走廊显眼位置安装有手动报警按钮和逃跑出口方向指示灯牌，仓库内有消
防栓、喷淋系统、声光报警系统。
每层空间大约231平方米，高度为7米，内部通风良好。
根据仓库实际情况报警区域划分方法，我们把每个存储室分为一个报警区域，都为100平方米左右，即仓库每层有2个报警区域如图3-2所示，由PLC报警控制中心控制。
查中中华人民共和国最新颁布的《仓储建筑防火设计规范》手册，根据条例3.2.1厂房和仓库的耐火等级可知，该仓库属于二类建筑，耐火等级是2级。
存储室报警区域1（3）
存储室报警
区域2（4）
/走戋
A
lm
10m
lm
帘门
—层仓库和二层仓库报警区域
图3-2报警区域划分
3.3声光报警子系统工作设计原理
基于PLC控制中心，烟感、温感探测器将探测的火灾信号传递给控制器，并实时显示在PLC控制器设备上，与控制中心的设定温度烟雾浓度（楼宇消防火灾报警温度阀值一般为50C-80C,烟雾浓度不超过92%对比，确定是否启动声光报警器报警。
此外该系统还有一键恢复功能，点击就会停止报警，图3-3为声光报警演示，红色线为信号线，黑色线为电源线。
本銘•可以週过且下三稗
方式?
贈：
1一手魂蜩
图3-3声光报警演示
声光报警器技术参数如下：
工作电压：
AC220/380V/DC18326V静态电流：
w500卩A
报警电流：
w60mA
声响等级：
＞106dB
线制：
二总线24V（红）、GND（黑）
安装方式：
外露壁挂
工作温度：
-10C〜+55C
相对湿度：
w95%
3.4自动喷淋灭火系统设计
自动喷淋火火系统在消防报警系统中应用广泛，由喷头、水箱、电动机、水泵、
水流指示器、报警阀、压力开关水力警铃等组成，一般和防火排烟系统、防火卷帘系统联动设计，即组成消防灭火联动系统。
其灭火原理有三种：
一、此系统在高处设置压力水箱，使其长期保持工作状态，当发生火灾时，周围空气会产生极高的温度，喷头内有感温元件，受高温后玻璃球会发生破裂，喷头将会自动向现场喷水。
喷水后，水流指示器会检测到管道压力的变化，从而作用于报警阀使其输出报警水流，延迟器延迟一段时间后，才使水力警铃报警，此后若还未成功灭火，火势将会增大，启动水泵，大流量水灭火。
二、此系统中设置了手动按钮，当现场人员发现火灾可以启动此按钮，PLC接收信号，继电器控制箱动作，启动水泵灭火。
三、当PLC控制中心接收到温感、烟感探测器信号后，PLC控制中心会使继电器控制箱动作，从而启动水泵灭火。
图3-4自动喷淋火火子系统
3.4PLC控制器
PLC中文名叫可编程序控制器，它结合了自动控制、计算机、通信等多种技术。
其编程容易，维修方便，易于运输，可与计算机直接连接管理等优点，受到了现代工业、制造业广泛使用。
总结起来有如下特性：
1功能齐全：
PLC的基本功能包括数字量输入/输出、模拟量输入/输出、内部
中间继电器、锁存继电器、延时ON/OFF继电器、主控继电器、计时器、计数器、移位寄存器、四则运算、逻辑运算、跳转和强制I/O等。
2应用灵活：
现代可编程序控制器除极少数为整体式结构外，绝大多数采用积木式硬件结构以及模块化的软件设计，这使得它不仅可以适应大小不同、功能复杂的控制要求，而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合。
3操作方便，维修容易：
PLC的基本功能采用工程技术人员习惯的梯形图编程,使用户能十分方便地读懂程序和编写、修改程序。
程序十分清晰直观，操作人员只要稍加培训，就能使用PLC
第四章火灾报警检测系统硬件设计
4.1火灾探测器
4.1.1工作原理
探测器工作主要依据火灾发生时物理和化学特征信息来间接探测火灾，如产生
的烟雾、温度。
这些参数在无火灾发生时也会发生变化，有时变化情况和火灾发生时很相似。
所以我们要分辨出火灾发生的信号特征，才能真正探测到火灾。
火灾探测信号X（t）不仅受到火灾特征影响，还受气候、湿度、灰尘、噪音等影响。
故探测器实际背景干扰性强，其特征有可能与发生火灾时相似。
如何排除干扰,探测发现火灾特征信号是我们要研究的问题。
探测器信号分为火灾信号和非火灾信号2部分
火灾时参数信号，两者互不影响。
火灾发生时无法从Xf（t）分离出Xn（t），有时
Xn（t）与Xf（t）非常相似。
火灾探测属于结构性问题，目前处理非结构性问题最有效的是人工神经网络算法，它具有自学功能，探测系统可以适应环境的变化。
它还可以允许有一定探测误差，提高了系统的可靠性。
系统探测速度快，不需要固定算法，可以说人工神经网络是火灾探测信号未来发展的方向。
4.1.2火灾探测器分类与选择
火灾
图4-1不同火灾特性的火灾探测器分类
火灾探测器按照探测火灾信号类型可分为图4-18种。
下面介绍我们常用的探测器类型和特点：
（1）感烟火灾探测器。
利用一个小型烟雾传感器响应悬浮在其周围附近大
气中的燃烧和热解产生的烟雾气溶胶的一种火灾探测器，一般情况下制成点型结构，主要有离子式和散射光式两种类型。
此外，减光式感烟火灾探测器有点型和线性两种结构，其中线型结构一般制成主动红外对射式线性火灾探测器。
（2）感温式火灾探测器。
用一个点型或线缆型火灾参数传感器来响应其周围附近气流的异常温度和升温速率的火灾探测器，其结构有点型和线缆型两种，当前使用较为广泛的是点型电子感温火灾探测器和线缆型易熔金属感温火灾探测器。
（3）感光式火灾探测器。
这是根据物质燃烧过程中火焰的特性和火焰的光
辐射强度而构成的用于响应火灾时火焰光特性的火灾探测器，一般是制作成被动
式紫外或红外火焰光探测器。
（4）可燃气体探测器。
采用各种气敏元件或传感器来响应火灾初期物质燃
烧产生的烟气体中某些气体浓度或液化石油气、天然气等环境中可燃气体浓度以及气体成分的探测器，一般其结构为点型，当前用于火灾探测的可燃气体探测器主要采用催化燃烧式或三端电化学式探测原理。
火灾探测器类型
灵敏度
可靠性
稳定性
维修性
定温
低
高
高
高
差温
中等
中等
高
高
差定温
中等
高
高
高
离子感烟
高
中等
中等
中等
光电感烟
中等
中等
中等
中等
紫外火馅
高
中等
中等
中等
缈卜火恪
中等
中等
低
中等
图4-1火灾探测器主要技术指标
当火灾发生后，早期明火较小，是以烟雾为主，感烟探测器探测烟雾灵敏，所以适合使用感烟探测器。
感烟探测器其技术已较成熟，对于蚊虫等异物进入探测器能够避免误报，适应环境能力强。
为了准确发现火灾，配用温感探测器，提高了及时发现火灾的能力。
根据图4-2火灾探测器的主要技术指标可以看出，光电感烟探测器的灵敏性、维修性、可靠性等指标都为中等，通过对比其他探测器，它的综合性能最好。
其功能机理是当被测的气体浓度大于或小于或等于给定值时，系统会自动全启动，平时状态下为半启动状态。
当探测器的检测室的气体浓度发生变化时发光二极光的光经过透镜到接受光敏二极管的光阻发生变化从计算光阻的大小来检测气体浓度变化了多少。
故该系统选择的探测器有2类：
光电感烟探测器和普通感温探测器。
图4-3感温探测器光电二极管感烟探测器实器的数量计算
为了达到有效的保护作用，火灾报警系统设计规范对探测器的数量提出了要
求。
报警区域内的每个房间至少应设置一只火灾探测器。
数量N由房间面积和探测器的保护面积决定。
其公式为：
N二-
1A
N探测器数量（只），N应取整数S――该探测区域面积（m2）;
A探测器的保护面积（m2）;
K――修正系数，特级保护对象宜取0.7~0.8，—级保护对象宜取0.8~0.9，二级
保护对象宜取0.9~1.0。
楼层高度7m每层报警面积100m2，每层有2个仓库，房间坡度小于15度。
从国家制定的《火灾报警系统设计规范》规定中，有如下表4-1感烟、感温探测器保护面积和保护半径要求。
查表得感烟探测器保护面积A=80m2，感温探测
器A=20m2，K取0.9。
由公式计算得每个报警区域布置感烟探测器2只，共4只，感温探测器6只，共24只。
表4-2感烟、感温探测器的保护面积和保护半径
火灾探测器种类
地面面积
S（m2）
房间高
度h（m）
房间坡度9
9<15°
15°v
9<3°
9>30°
A
（m2）
R
（m）
A
（m2）
R
（m）
A
（m2）
R
（m）
感烟探
测器
SW80
h<12
80
6.7
80
7.2
80
8.0
S>80
6vh<
12
80
6.7
100
8.0
120
9.9
h<6
60
5.8
80
7.2
100
9.0
感温探
测器
S<30
h<8
30
4.4
30
4.9
30
5.5
S>30
h<8
20
3.6
30
4.9
40
6.3
4.2防火卷帘门
421防火卷帘门工作原理
（1）在防火卷帘门两侧设有感烟探测器、感温探测器，声、光报警信号及手动控制按钮，有防误操作措施。
（2）防火卷帘门的电机能正反转，当接到感烟探测器的信号时，防火卷帘门控制盘控制电机反转，防火卷帘门下降至距离地1.8米时，碰撞安装在此处的限位开关，防火卷帘门下降暂停，直至感温探测器发出火灾信号后，防火卷帘门继续下降，直至地面，碰撞到地面的限位开关，防火卷帘门点击停止运转。
（3）当火灾扑灭后，按下消防中心的卷帘门按钮或现场就地卷起按钮，卷帘门
电机正转，卷帘门上升，当上升到设定的上限限位时，卷帘门电机停止。
4.2.2防火卷帘门电动机正反转控制电路图
当电机正转，SB3启动，其常闭触点先断开，切断反转控制回路，然后其常开触点闭合，接通正转控制回路，正转接触器KM1得电吸合并自锁，电源接触器
km也得电吸合，电动机正序接入三相电
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