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自动喷水灭火系统论文正稿
摘要
火灾，作为一种具有突发性和强破坏性的灾害现象，严重危害人类生命财产安全和自然环境。
据统计，在众多的灾种中，火灾造成的直接损失约为地震的5倍，仅次于干旱和洪涝，而火灾发生的频度则居于各灾种之首。
千百年来，人类和火灾进行了长期的斗争，积累了许多防火、灭火的经验教训。
随着社会的不断发展，人们对于火灾的认识不断加深，针对火灾初期不同特征的各种探测方法越来越多。
人类逐步掌握了火的燃烧机理，燃烧条件和燃烧发展的过程，创造了各种各样防火、灭火的方法。
在上世纪70年代后期，开始出现一门新兴的多学科交叉应用基础科学一火灾科学，其中心容就是用现代高科技手段研究火灾发生、发展和防治的机理和规律，为火灾防治提供新的思想、理论和方法，使得人类对火灾的研究进入了科学化、系统化的轨道，并促进了防火、灭火技术的进步。
关键词：
自动喷水灭火系统电路设计控制电路
前言
自动喷水灭火系统是一种重要的灭火措施，随着社会的发展迫使高层建筑拔地而起。
更由于智能大厦的出现，使现代高层建筑以多功能且装饰豪华而著称。
大量有机材料或可燃易燃物质拥入大厦，一旦起火，这些遍布全楼的可燃物便是火灾燃烧的极好物质条件，同时这些材料也是火灾迅速蔓延的良好途径。
自动喷水灭火系统是目前世界上采用最广泛的一种固定灭火设施。
其特征是：
通过加压设备将水送入管网至带有热敏元件的喷头处，喷头在火灾的热环境中自动开启洒水灭火。
对于装有闭式喷头的系统，只有那些受火灾影响的喷头才开启洒水扑灭下方的火灾。
其基本功能是：
能在火灾发生后，自动地进行喷水灭火；能在喷水灭火的同时发出报警。
他分秒不离开值勤岗位，不怕浓烟烈火，随时监视火灾，是最安全可靠的灭火装置，使用于温度不低于4度（低于4度受冻）和不高于70度（高于70度失控,误动作造成水灾）的场所.自动喷水用消防泵受水路系统压力开关或水流指示器直接控制.火灾时延时启泵或由消防中心控制挺泵，而自动喷水消防系统就可以很好的预防火灾的蔓延。
1自动喷水系统的特点
自动喷水系统反应快，由于采用火灾探测传动装置来控制系统的开启，从火灾发生到火灾探测装置动作开启喷水系统的时间短，如果采用充水式雨淋系统，其反应会更快，有利与快速出水灭火。
自动喷水灭火系统控制面积大，用水量大。
由于开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
自动喷水灭火系统，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和开式自动喷水灭火系统两大类。
住宅建筑的自动快速反应的喷水灭火系统。
美国在1973年就制定了相关规对其推广，英国、澳大利亚、新西兰也使用多年，实践证明住宅安装该系统能够扑救住宅初期火灾，保护居民生命、财产安全，降低火灾损失以及为居民逃生疏散提供足够的时间并能及时报警。
2系统方案的确定
2.1自动喷水系统主要部件
湿式喷水灭火系统是由喷头，报警止回阀，延迟器，水力警铃，压力开关（安在干管上），水流指示器，管道系统，供水设施，报警装置及控制等组成报警阀的前后充满压力水，其动作程序（如图2-1）所示。
【2】
图2-1湿式自动喷水灭火系统动作程序图
自动喷洒泵的启动过程是：
当发生火灾时，随着火灾部位的温度的升高，系统喷头上的玻璃球暴裂（或易熔合金喷头上的易熔合金片熔化脱落），喷头开始喷水，水管的水流推动水流指示器的桨片，使其电接点闭合接通电路，输出电信号至消防中心。
此时，设在主干水管上的报警水阀被水流冲开，向洒水喷头供水，同时水流经过报警阀流入延迟器，竟延迟后，又流入压力开关使压力继电器动作SP接通，使喷洒用消防泵启动，在压力继电器动作的同时，启动水力警铃，发出报警信号。
2.2方案的确定
2.2.1洒水喷头
喷头可分为开启式和封闭式两种。
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。
A封闭式喷头：
可以分为易熔合金式，双金属片式和玻璃球式三种。
应用最多的是玻璃球式喷头，喷头不止在房间顶棚下面，与支管相连。
喷头主要技术参数（如表2）所示，动作温度级别（如表3）所示。
表2玻璃球式喷淋头主要技术参数
型号
直径
（mm）
通水口径
（mm）
接管螺纹（in）
温度级别（度）
炸裂温度围%
玻璃球色标
最高温度环境（度）
流量系数K（%）
ZST-15系列
15
11
1/2
57
68
79
93
+15
橙
红
黄
绿
27
38
49
63
80
表3玻璃球式喷水头动作温度级别
动作温度（度）
安装环境允许最高温度级别（度）
颜色
57
38
橙
68
49
红
79
60
黄
93
74
绿
141
121
蓝
182
160
紫
227
204
黑
260
238
黑
综上可知，喷头具有探测火情，启动水流指示器，扑灭早期火灾的重要作用。
其特点是：
结构新颖，耐腐蚀性强，动作灵敏，性能稳定。
B开启式喷头：
按其结构可分为双臂下垂型，单臂下垂型，双臂直力型和双臂边墙型四种，其主要参数（见表4）。
表4开启式喷淋头的主要技术参数
型号名称
直径
（mm）
接管螺纹
（in）
外形尺寸（mm）
流量系数
K（%）
高
低
ZSTK-15
15
ZG1/2
74
46
80
表5喷头的保护面积与喷头间距
保护面积/m2
喷头距离
室高度9.1m
室高度9.1-13.7m
最大
最小
最大
最小
最大
最小
9.3
7.4
3.66
2.44
3.25
2.44
表6不同危险等级不同种类的喷水强度比较
危险等级
喷头
种类
流量
系数
K
喷头
工作
压力
/MPa
喷头
间距
m
喷头
流量
L/min
喷水
强度
L（minm2）
强度
比较
%
一只喷头
最大保护
面积m2
轻危险级
标准
80
0.10
0.05
4.4
80
56
4
2.8
100
70
19.36
中
危
险
级
Ⅰ级
标准
80
0.10
0.05
3.6
80
56
6
4.3
100
72
13.0
Ⅱ级
标准
80
0.10
0.05
3.4
80
56
8
5.6
100
70
11.56
严
重
危
险
级
Ⅰ级
标准
80
0.10
0.05
2.6
80
56
12
8.4
100
70
6.76
大
口
径
115
0.10
0.05
3.1
115
81
12
8.5
100
70
9.6
Ⅱ级
标准
80
0.20
0.05
2.65
113
56
16
8
100
50
7.0
大
口
径
115
0.15
0.05
3.0
140
81
16
9
100
56
9.0
2.2.2水流指使器（水流开关）
水流指使器的作用是：
把水的流动转换成电信号报警的部件。
其电接点即可直接启动消防水泵，也可接通电警铃报警。
在保护面积小的场所（如小型商店，高层公寓等），可以用水流指使器代替湿示报警阀，但应仍设置止回阀于主管道底部，一是可防止水污染（如和生活用水同水源），二是可配合设置水泵接合器的需要。
2.2.3压力开关
压力开关应用接线：
压力开关用在系统中需经模块与报警总线连接，（如图2-2）所示。
【7】
图2-2压力开关接线图
2.2.4报警阀
报警阀是自动喷水灭火系统中接通或切断水源，并启动报警器的装置。
在自动喷水灭火系统中，报警阀是至关重要的组件，其作用有三：
接通或切断水源、输出报警信号和防止水流倒回供水源，以及通过报警阀可以对系统的供水装置和报警装置进行检验。
报警阀根据系统的不同分为湿式报警阀、干式报警阀和雨淋阀。
2.2.5末端试水装置
自动喷水灭火系统末端试水装置是喷洒系统的重要组成部分，通过此装置可以检测整个系统运行状况，《自动喷水灭火系统设计规》（GB50084-2001，以下简称“设计规”）,条文解释中对此装置作用做了详细的诠释：
“为了检测系统的可靠性，测试系统能否在开放一只喷头的最不利条件下可靠报警并正常启动，要求在每个报警阀的供水最不利处设置末端试水装置。
末端试水装置测试的容，包括水流指示器、报警阀、压力开关、水力警铃的动作是否正常，配水管道是否通畅，以及最不利点处的喷头工作压力等。
喷水管网的末端应设置末端试水装置，宜与水流指示器一一对应。
图中流量表直径与喷头相同，连接管道直径不大于20mm。
3控制系统的设计
3.1自动喷洒用消防泵的控制电路设计
自动喷洒系统是自动水灭火系统，自动喷洒用消防泵受水路系统的压力开关或水流指示（继电）器直接控制，延时起泵，或者由消防中心控制起挺泵。
自动喷洒用消防泵一般设计为两台泵一用一备，互为备用，工作泵故障时，备用泵延时自动投入运行。
自动喷洒系统是自动水灭火系统，自动喷洒用消防泵受水路系统的压力开关或水流指示（继电）器直接控制，延时起泵，或者由消防中心控制起挺泵。
自动喷洒用消防泵一般设计为两台泵一用一备，互为备用，工作泵故障时，备用泵延时自动投入运行。
3.2全电压启动的喷淋泵控制电路设计
电气线路的组成:
在高层建筑及建筑群体中，每座楼宇的喷水系统所用的泵一般为2～3台。
采用2台泵时，平时管网中压力水来自高位水池，当喷头喷水，管道里有消防水流动时，流水指示器启动消防泵，向管网补充压力水。
平时一台工作，一台备用，当一台故障停转，接触器触点不动作时，备用泵立即投入运行，两台可以互为备用。
（如图3-1）为两台泵的全电压启动的喷淋泵电路，图中B1、B2、Bn为区域水流指示器。
如果分区较多可用n个水流指示器及n个继电器与之配合。
采用3台消防泵的自动喷水系统也比较常见，三台泵中两台为压力泵，一台为恒压泵。
恒压泵一般功率很小，在5kW左右，其作用是使消防管网中水压保持在一定围之。
此系统的管网不得与自来水或高水位池相连，管网消防用水来自消防储水池，当管网中的渗漏压力降到某一数值时，恒压泵启动补压。
当达到一定压力后，所接压力开关断开恒压泵控制回路，恒压泵停止运行。
图3-1全电压启动的喷淋泵控制电路
电路的工作情况分析
A正常（即1号泵工作，2号泵备用）时：
将QS1、QS2、QS3合上，将转换开关SA至“1自，2备）位置，其SA的2、6、7号触头闭合，电源信号灯HL（n+1）亮，做好火灾下的运行准备。
如二层着火，且火势使火灾现场温度达到热敏玻璃球发热程度时，二楼的喷头爆裂并喷出水流。
由于喷水后压力降低，压力开关动作，向消防中心发出信号，同时管网里有消防水流动时，水流指示器B2闭合，使中间继电器KA2线圈通电，时间继电器KT2线圈通电，经延时后，中间继电器KA（n+1）线圈通电，使接触器KM1线圈通电，1号喷淋消防泵启动运行，向管网补充压力水，信号灯HL（n+1）亮，同时警铃HA2响，信号灯HL2亮，即发出声光报警信号。
B当一号泵故障时，2号泵的自动投入过程（如果KM1机械卡住）：
如n层着火，n曾喷头因室温达到动作值而爆裂喷水，n层水流指示器Bn闭合，中间继电器Kan线圈通电，使时间继电器KT2线圈通电，延时后KA（n+1）线圈通电，信号灯HLn亮，警铃HLn响，发出声光报警信号，同时KM1线圈通电，使备用中间继电器KA线圈通电，接触器KM2线圈通电，2号备用泵自动投入运行，向管网补充压力水，同时信号灯HL（n+3）亮。
C手动强投：
如果KM1机械卡住，而且KT1也损坏时，应将SA至“手动“位置，其SA的1、4号触头闭合，按下按钮SB4，使KM2通电，2号泵启动，停止时按下按钮SB3,KM2线圈失电，2号电动机停止。
3.3火灾自动报警系统设计
3.3.1火灾自动报警系统的形式
1.火灾自动报警系统的基本要求
（1）确保火灾探测和报警功能，保证不漏报；
（2）减少环境因素影响，减少系统误报率；
（3）确保系统工作稳定，信号传输准确可靠；
（4）系统的灵活性、兼容性强，产品成系列；
（5）系统的工程适用性强，布线简单、灵活、方便；
（6）系统的应变能力强，调试、管理、维护方便；
（7）系统的性能价格比高；
（8）系统的联动功能丰富，联动控制方式有效、多样。
2.控制中心报警系统示意图
图3-2控制中心报警系统示意图
3-3智能型系统形式的结构图
智能型系统形式一般采用二总线制，结构如图3-3所示。
这种系统形式的特点是：
火灾探测器实际上就是火灾传感器，仅实现度火灾参数的有效采集、变换和传输；火灾报警控制器则采用微机技术实现数据集中处理、数据存储、系统巡检等，并且由置软件完成火灾信号特征模型和灵敏度调整、火灾判优、网络通讯、图形显示和消防设备监控；同时由火灾报警控制器将对探测信号的处理、环境补偿、报脏和故障判断等返还给每个现场火灾探测器，从而实现消防设备监控和管理、联网等功能，提高系统巡检速度、稳定性和可靠性。
操作键盘
操作按钮
时钟显示
故障地址显示
报警地址显示
工作状态显示
显示接口
操
作
输入接口
单
片
机
ROMRAM
串行通讯接口
火灾探测器
消防传动盘
记录磁盘
打印机
数据记录接口
图3-5火灾报警控制器结构框图
3.3.2火灾自动报警控制器
1.火灾自动报警控制器的结构原理
火灾报警控制器是由单片机、存储器、操作面板接口电路、数据输出接口电路、串行通讯接口电路构成，图3-5为火灾报警控制器的结构框图。
图3-6为智能报警系统的火灾报警控制器的工作流程图。
这种系统对模型有自修正、自适应功能，有模糊逻辑分析和判断功能。
这大大提高了系统的可靠性，减少了系统的误报率。
【13】
开始
采集探测器数据
修正模型
显示故障信息
显示火警信息
记录系统状态
对数据分析处理
是否有故障
是否有火警
图3-6火灾报警控制器工作流程图
火灾探测器的布置与安装
建筑火灾自动报警与联动控制系统在设计中应根据建筑提供的图纸、资料条件，正确地布置与安装火灾探测器。
（1）安装间距
探测器的安装间距定义为两只相邻探测器中心之间的水平距离，单位m。
当探测器矩形布置时，a称为横向安装间距，b称为纵向安装间距。
（2）探测器的平面布置
火灾自动报警系统设计中，当一个保护区域被确定后，就要根据该保护区域所需要的探测器进行平面布置。
布置的原则是被保护区域都要处于探测器的保护围之中。
一个探测器的保护面积A是以它的保护半径R为半径的接正四边形面积表示的，而它的保护区域又是一个保护半径为R的一个圆。
探测器的安装间距又以a、b水平距离表示。
A、R、a、b之间近似符合如下关系，即：
A=a·b①
R²=（a/2）²+（b/2）²②
3.3.4手动报警器
1.手动报警器的作用
手动报警器用于手动向火灾报警系统发出火灾报警信号或者启动消防泵。
普通手动报警器只作向消防控制室发送报警信号用，不起动消防泵。
用于起动消火栓的消防泵的手动报警器称为消火栓按钮。
2手动报警器的类型
手动报警器有传统式和地址式两种。
一般用手动压破玻璃发出报警信号。
为增加可靠性，有的有防振动性能，且有指示灯显示。
3手动报警器的特点
（1）结构坚固，安装和维护简便易行。
（2）有自锁功能，备有可以接触自锁的专用工具。
（3）不需打碎玻璃用的小锤，有的玻璃片可重复使用，多次操作亦不必更换。
（4）有的手动报警按钮设有完全的响应显示灯，有插座，具备通信功能。
【3】
4手动报警器的设置
（1）每个防火区至少应设置一个手动报警器，从一个防火区到邻近一个手动报警器的距离应不大于25m。
（2）每个消火栓至少应设置一个消火栓按钮。
（3）主要出入口应设置一个手动报警器。
【14】
4自动喷水灭火控制系统的实现
4.1系统硬件配置
自动消防控制系统是以SIEMENSSIMATICS7-300PLC为核心技术进行火灾监测报警及自动消防控制，以研华工控机作为主要的人机操作界面，工控机通过RS232c接口与S7-300PLC的通讯处理器模块进行通讯实现相互间的数据传输和交换，同时在消防值班室安装手动操作控制盘，指示火灾报警和设备状态，手动控制设备启停。
系统的硬件配置见图4-1
图4-1系统硬件配置图
1.系统组成
中央处理单元（CPU）：
各种CPU有不同的性能，例如，有的CPU上集成有PROFIBUS—DP通讯接口等。
信号模块（SM）：
用于数字量和模拟量输入／输出。
通讯处理器（CP）：
用于连接网络和点对点连接。
功能模块（FM）：
用于高速计数，定位操作（开环或闭环定位）和闭环控制。
负载电源模块（PS）：
用于将SIMATICS7—300连接到120／230V交流电源，或24／48／60／110V直流电源。
接口模块（1M）：
用于多机架配置时连接主机架（CR）和扩展机架（ER）。
S7—300通过分布式的主机架（CR）和3个扩展机架（ER），可以操作多达32个模块。
运行时无需风扇。
2.功能
高速的指令处理：
0．1—0．6us的指令处理时间在中等到较低的性能要求围开辟了全新的应用领域。
浮点数运算：
用此功能可以有效地实现更为复杂的算术运算。
方便用户的参数赋值：
一个带标准用户接口的软件工具给所有模块进行参数赋值。
人机界面（HMl）：
方便的人机界面服务已经集成在S7—300操作系统、因此人机对话的编程要求大大减少。
SIMATIC人机界面（HMl）从S7—300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。
S7-300操作系统自动地处理数据的传送。
口令保护：
多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改，操作方式选择开关：
操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式。
这样就防止非法删除或改写用户程序。
图4-4RS232芯片的接口电路
4.2控制软件及流程
系统控制软件由主程序和多个子程序模块组成，它是SiementsSIMATICS7-300PLC专用的SIMATICS7STEP7V5.0编程软件为开放环境，采用梯形图编程实现火灾实时监测和自动消防控制功能。
系统主程序流程图，见图4-5
图4-5主程序流程图
4.3火灾报警电路
图4-6所示指示系统有五条信号线，它们分别通过传感器S1~S5传递信号，当各传感器有信号时，其对应的晶闸管导通，指示灯亮，继电器线圈接通，按“复位“按钮，则需要监视的设备重新恢复工作。
继电器的两根连接线由图（b）所示的电路控制。
当集成电路定时器IS1输入端有信号时，其输出端立即升为高电平，经过
≈1.1R1C1时间后恢复至电平。
≈1.1×1.5×
×25×
=40s。
【12】
图4-6火灾报警电路
总结
自动喷水灭火系统属于智能建筑系统的一个子系统，在现代智能建筑中起着极其重要的安全保障作用。
本次设计的自动喷水灭火系统的容量大、探测对象多样化、功能模块化，对设计与维修有很大的方便。
大部分功能可以通过现场软件设计，便于系统功能的设置及增强，从而减少了系统的误报率；同时，系统还可以与建筑物自动控制系统联网，相互传递信息，增强综合防灾能力，便于发挥智能建筑的优越性。
本次设计的自动喷水灭火系统，理论结合实际，能够反映当前智能建筑的科技成果，并注重了先进性和实用性。
如今，各类火灾探测器、自动报警控制器、灭火设备、灭火系统已大量涌现。
本次设计的系统正是配备了满足国家有关火灾自动喷水灭火系统设计规的要求，满足建筑的消防要求的系列化消防设备产品，可以完全自动、适时的探测火灾的存在并发出报警，及时地实现联动控制为人们准确快速、及早控制火灾的发展，尽早扑灭火灾，确保人身安全和减少社会财富的损失。
致谢
本课题是在我的指导老师老师的悉心指导下完成的，从方案确定到方案论证再到具体设计，都给予了我极大的支持和帮助，并且提供了许多相关的资料和优越的实验条件，在此表示衷心的感谢。
三个月以来的学习,我深深地体会到课程设计的意义深远,成功不仅在于追求结果的完美,更重要的在于追求的过程.只有深深领会到其中的奥妙才能更好地完成所要完成的任务。
我不仅学会多方面思考问题,而且还培养了我对待问题的严谨性。
在这次设计中，我力争把设计做的合理、做的细致，但由于本人的知识水平有限，错误之处是在所难免的，也希望老师们给予指正。
大学四年即将画上句号，最后的毕业设计是我对专业知识有了更深层次的理解，对即将走上的工作岗位也充满了信心。
感谢学校各位老师的教导，我将终生铭记不忘。
参考文献
[1]姜文源建筑灭火设计手册中国建筑工业1997
[2]盛建火灾报警自动消防系统天津大学2001
[3]念慈建筑消防给水系统的设计中国建筑2003
[4]梁延东建筑消防系统中国建筑1997
[5]朱吕通自动消防系统安全手册中国计划1996
[6]强智能建筑设计与施工系列图集—消防系统中国建筑2002
[7]伯时自动控制系统机械工业1981
[8]邵桌氏最新建筑防火设计与消防标准实施手册电子2004
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