智能家居的防火系统设计学位论文.docx
《智能家居的防火系统设计学位论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能家居的防火系统设计学位论文.docx（34页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
智能家居的防火系统设计学位论文
毕业设计论文
智能消防供水系统设计
摘要
随着我国智能建筑（IB）业的发展，高层建筑及建筑群体越来越多，从而也促进消防系统以迅猛的速度向前迈进。
在智能建筑的建筑物自动化系统（BAS）中消防系统是非常重要的一个子系统,担负着保障人员及财产安全的重任。
该论文设计了智能建筑的消防系统，主要是消防系统的感应机构和其执行机构。
着重论述了利用变频器、压力传感器、可编程序控制器组成的消防智能供水控制系统。
此系统具有自动定期检查消防泵能否正常工作，并且当火灾发生时可自动启动消防泵，克服了以前人工操作或只能依赖于火灾传感器的情况。
本设计中采用了MCGS组态软件和西门子S7-200小型PLC控制器来组建本次消防供水系统。
系统主要由集中管理个人计算机即上位机和可编程序控制器PLC构成。
组态软件MCGS用于上位机监视，主要作用是监视消防过程；S7-200小型PLC则用于下位机的控制，主要作用是对采集信号的处理和对系统的PID控制。
关键词：
消防；火灾报警；消防供水
Thedesignofwatersupplyforfirefightting
Abstract
WiththedevelopmentofIntelligenceBuilding（IB）industryinourcountry,highbuildingsandbuildingcommunityaremoreandmore,andthatpromotethefirefightingsystemtomoveforwardwithswiftandviolentspeed.InBuildingAutomationSystem（BAS）ofIntelligenceBuilding,thefirefightingsystemisaveryimportantsubsystem,anditsassignmentistoprotectthesafetyofpeopleandproperty.Thisthesisdesignedafiresystemofacomprehensivebuilding,aboutthepartofresponse,includingheatfiredetectorandthepartofexecution.
Thisthesisdiscussesimprovedwatersupplycontrolsystemwithconstantpressureinthefirefightingthatiscomposedoftransducer,pressuresensor,PLCaswellashomemadecontroller.Thissystempossessesthefunctionthatcanautomaticallytime-examinewhetherthefireengineworksnormally.Furthermore,thesystempossessesthefunctionthatcanautomaticallystart-upfireenginewhenfirehappensandovercomethestatusoperatedmanuallyordependedonfiresensorformerly.
Inthisdesign,MCGSconfigurationsoftwareandtheS7-200smallPLCcontrollerareusedtosetupthefirefighttingsystem.MCGSconfigurationsoftwareisusedintheup-positionmachineprocesssurveillance,themainfunctionistomonitortheprocess.S7-200smallPLCusesinthelower-positioncontrol,themainfunctionistogatherthesignalsandtolaunchthePIDcontrol.
Keywords:
firefighting；firealarm；watersupplyforfirefightting
第一章研究背景
目前高层建筑在各类城市中比比皆是。
为了防止意外火灾，高层建筑一般均设有消防专用泵组。
尽管规范，规章明确要求消防设施，器材应定期维护保养。
但是目前消防水泵都不能做到定期试机运行，天长日久就会导致泵体，底阀和单向阀卡死、锈死，所以经常会出现在发生火灾时设备不能充分发挥作用的情况，造成不应有的损失，为此《高层民用建筑设计防火规范》规定超高建筑、一类高层公共建筑的消防泵宜设定时自检装置。
国家消防总局在1999年下文要求所有消防设备必须具有自检功能，消防控制设备必须在15天内自动启动一次，防止水泵生锈腐蚀。
另在修订中的《建筑设计防火规范》也提出：
消防给水设备必须具有自动巡检功能。
通常老设备采用落后继电接触器控制方式，中间继电器和定时继电器太多，功能少,线路复杂，接点多，造成故障多可靠性差，维修困难。
我们采用可编程序控制器（PLC）对消防泵组进行控制，实现泵组在备用时定期试运行，扑救火灾时自动启动，从而有效地杜绝消防水泵关键时刻不能用的局面。
PLC之所以有生命力，在于它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，可靠性高，抗各种干扰的能力强、维护方便，硬件无调整元件，价格低寿命长。
这样既节省了用户时间和成本，又可以很容易地根据不同需要进行扩展。
第二章消防系统简介
二.1智能建筑
智能建筑（IntelligentBuilding,IB）也称为智能大厦，它是采用计算机技术对建筑物内的设备进行自动控制、对信息资源进行管理和对用户提供信息服务等一种新型建筑。
现代智能建筑主要由三大系统组成：
建筑物自动化系统（BuildingAutomationSystem，BAS）；办公自动化系统（OfficeAutomationSystem，OAS）；通信系统（TelecommunicationSystem，TCS）。
二.2火灾报警及消防联动控制系统
在智能建筑中火灾报警及消防联动控制系统是建筑物自动化系统（BAS）中非常重要的一个子系统，其原因一方面是因为现代高层建筑的建筑面积大、人员密集、设备材料多，建筑上竖向孔洞多（电梯井、电缆井、空调及通风管等），使得引发火灾的可能性增大，另一方面是由于智能建筑比传统的建筑投资了较多技术先进、价格昂贵的设备和系统，一旦发生火灾事故，除了造成人员伤亡外，各种设备及建筑物遭受损害造成的损失也比一般建筑物严重得多，由此我们不难了解到，在火灾报警及消防联动控制系统中，火灾报警系统的重要性更加突出，火灾的发生在其初期阶段往往只是规模甚小而又易于扑灭的，但是由于火灾的初期阶段人们不易发觉或疏于防范，而使火灾蔓延，酿成灾难，这就对于系统的安全可靠性、技术先进性及网络结构、系统联网等方面提出了更新、更高的要求。
二.2.1消防系统的组成
所谓消防系统主要由两大部分组成：
一部分为感应机构，即火灾自动报警系统，另一部分为执行机构，即灭火及联动控制系统。
火灾自动报警系统由探测器、手动报警按扭、报警器和警报器等构成，以完成检测火情并及时报警之用。
灭火系统的灭火方式分为液体灭火和气体灭火两种，常用的为液体灭火方式。
目前国内经常使用的消火栓灭火系统和自动喷水灭火系统。
无论哪种灭火方式，其作用都是：
当接到火警信号后应执行灭火任务。
联动系统有火灾事故照明及疏散指示标志、消防专用通讯系统及防排烟设施等，均是为火灾下人员较好的疏散、减少伤亡所设。
综上所述，消防系统的主要功能是：
自动捕捉火灾探测区域内火灾发生时的烟雾或热气，从而发出生光报警并控制自动灭火系统，同时联动其它设备的输出接点，控制事故照明及疏散标记、事故广播及通讯、消防给水和防排烟设施，以实现监测、报警和灭火的自动化。
二.2.2消防系统的分类
消防系统的类型，如按报警和消防方式可分为两种：
⑴自动报警，人工消防
⑵自动报警，自动消防
二.2.3消防系统的工作原理
图2.1火灾自动报警系统原理框图
火灾自动报警系统的工作原理如图2.1所示。
安装在保护区的探测器不断的向所监视的现场发出巡测信号，监视现场的烟雾浓度、温度等，并不断反馈给报警控制器，控制器将接收的信号与内存的正常整定值比较、判断确定火灾。
当火灾发生时，发出声光报警，显示烟雾浓度，显示火灾区域或楼层房号的地址编码，并打印报警时间、地址等。
同时向火灾现场发出警铃报警，在火灾发生楼层的上下相邻层或火灾区域的相邻区域也同时发出报警信号，以显示火灾区域。
各应急疏散指示灯亮，指明疏散方向。
二.3消防器件的介绍
二.3.1探测器
一般说来，物质燃烧前往往是先产生烟雾，接着周围温度渐渐升高，同时产生一些可见光和不可见光。
而物质由开始燃烧到火势渐大酿成火灾总是有个过程的。
探测器的功能就是“捕捉”、“观查”物质刚刚开始燃烧时产生的“信号”。
它把捕捉到的火灾信号转变为电信号，立即提供给报警控制器。
由于场所的不同，燃烧物的不同，燃烧时产生的信号也不同。
同样，在不同的场合需要不同的探测器。
火灾探测器的种类很多，主要有如下几种：
⑴感温式火灾探测器
⑵感烟式火灾探测器
⑶光电式火灾探测器
⑷可燃气体探测器
⑸复合式火灾探测器
探测器种类的选择应根据探测区域内的环境条件、火灾特点、房间高度、安装场所的气流状况等，选用其所适宜类型的探测器或几种探测器的组合。
1．根据火灾特点、环境条件及安装场所确定探测器的类型
感烟探测器做为前期、早期报警是非常有效的。
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场所，应选择感烟探测器。
对于有强烈的火焰辐射而仅有少量烟和热产生的火灾，应选用光电探测器，但不宜在火焰出现前有浓烟扩散的场所及探测器的镜头易被污染、遮挡以及受电焊、X射线等影响的场所中使用。
感温型探测器做为火灾形成早期（早期、中期）报警非常有效。
因其工作稳定，不受非火灾烟雾气尘等干扰。
凡无法应用感烟探测器、允许产生一定的物质损失、非爆炸性的场合都可采用感温型探测器。
特别适用于经常存在大量粉尘、烟雾、水蒸气的场所及相对湿度经常高于95%的房间，但不宜用于有可能产生阴燃火的场所。
2．根据房间高度选择探测器[6]
对不同高度的房间点型火灾探测器的选择如表2.1：
表2.1火灾探测器的选择
房间高度（m）
感烟探测器
感温探测器
火焰探测器
一级
二级
三级
12不适合
不适合
不适合
不适合
不适合
8适合
不适合
不适合
不适合
适合
6适合
适合
不适合
不适合
适合
4适合
适合
适合
不适合
适合
h≤4
适合
适合
适合
适合
适合
二.3.2手动报警按钮
手动报警按钮，亦称手动报警开关。
1．手动报警按钮的作用
火灾自动报警系统应有自动和手动两种触发装置。
各种类型的火灾探测器是自动触发装置，而手动火灾报警按钮是手动触发装置。
它具有在应急情况下人工手动通报火警或确认火灾的功能。
当人们发现火灾后，可通过装于走廊、楼梯口等处的手动报警开关进行人工报警。
手动报警按钮的紧急程度比探测器报警紧急，一般不需要确认。
所以，手动按钮要求更可靠、更确切，处理火灾要求更快。
2．手动报警按钮的设置
从安装的数量上看，规范要求报警区域内每个防火分区应至少设置一只手动报警按钮。
从一个防火分区内的任何位置到最近的一个手动报警按钮的步行距离不应大于30m。
应设置在明显和便于操作的部位，即设置在建筑物的大厅、过厅、只要公共活动场所出入口，餐厅、多功能厅等处的只要出入口，值班人员工作场所，主要通道门厅等经常有人通过的地方，安装在墙上距地（楼）面高度1.5m处明显和便于操作的部位。
二.3.3消火栓按钮
消火栓报警开关安装于消火栓内的。
当发生火灾使用消火栓灭火时，手动操作消火栓报警开关，可以向消防控制中心发出报警信号，同时启动有关消防设备。
二.3.4短路隔离器
短路隔离器，亦称总线隔离器。
1．短路隔离器的作用
短路隔离器用在传输总线上，对各分支线作短路时的隔离作用。
它能自动使短路部分两端呈高阻态或开路状态，使之不损坏控制器，也不影响总线上其它部件的正常工作，当这部分短路故障消除时，能自动恢复这部分回路的正常工作，这种装置叫短路隔离器。
2．短路隔离器的适用场所
（1）一条总线的各防火分区；
（2）一条总线的不同楼层；
（3）总线的其它分支处；
（4）下接部件（手段开关、模块）接地址号个数小于等于30个；
（5）下接探测器个数小于等于40个；
（6）下接中继器不超过一个。
二.3.5区域显示器
1．区域显示器的作用及适用范围
区域显示器显示来自报警器的火警及故障信息，适用于各防火监视分区或楼层。
2．区域显示器的功能及特点
（1）具有声报警功能。
当火警或故障送入时，将发出两种不同的声报警（火警为变调音响，故障为长音响）。
（2）具有控制输出功能。
具备一对无源触点，其在火警信号存在时吸合，可用来控制一些警报器类的设备。
（3）具有计时钟功能。
在正常监视状态下，显示当前时间。
（4）采用壁式结构，体积小，安装方便。
二.4火灾自动报警系统
二.4.1防火分区的划分
根据《高层民用建筑设计防火规范》第5.1条规定，由于设置了自动灭火系统，每个防火分区允许的最大建筑面积为2000㎡。
二.4.2火灾探测区域的划分
将放火分区按探测火灾的部位划分的单元称为探测区域。
探测区域可以是一只探测器所保护的区域，也可以是几只探测器共同保护的区域，但一个探测区域在控制器上只能占有一个报警部位号。
根据《火灾自动报警系统设计规范》第4.2条规定，探测区域应按独立房（套）间划分。
一个探测区域的面积不宜超过500m2；从主要入口能看清其内部，且面积不超过1000m2的房间，也可划为一个探测区域。
敞开或封闭楼梯间；防烟楼梯间前室﹑消防电梯前室﹑消防电梯与防烟楼梯间合用的前室；走道﹑坡道﹑管道井﹑电缆隧道；建筑物闷顶、夹层等均单独划分探测区域。
结合以上规定和实际情况，将该综合楼的每个房间﹑楼梯间及其前室，每条走道均设为一个探测区域。
二.4.3探测器的布置[7]
根据《火灾自动报警系统设计规范》第8.1条规定，探测器的布置如表2.2：
表2.2探测器的布置
火灾探测
器的种类
地面面积
S（m2）
房间高度
h（m）
探测器的保护面积A和保护半径R
房顶坡度Ø
Ø≤15゜
15゜＜Ø≤30゜
Ø＞30゜
A（m2）
R（m）
A（m2）
R（m）
A（m2）
R（m）
感烟
探测器
S≤80
h≤12
80
6.7
80
7.2
80
8.0
S＞80
6＜h≤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
根据《火灾自动报警系统设计规范》第8.1.4条规定一个探测区域内所需设置的探测器数量，不应小于下式的计算值：
N≥S/（K*A）
式中：
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。
二.4.4手动报警按钮
《火灾自动报警系统设计规范》第8.3条规定，每个防火分区应至少设置一个手动火灾报警按钮。
从一个防火分区内的任何位置到最邻近的一个手动火灾报警按钮的距离，不应大于30m。
手动火灾报警按钮宜设置在公共活动场所的出入口处；手动火灾报警按钮应设置在明显的和便于操作的部位。
当安装在墙上时,其底边距地高度宜为1.3~1.5m，且应有明显的标志。
二.4.5消火栓按钮
消火栓报警开关安装于消火栓内的。
当发生火灾使用消火栓灭火时，手动操作消火栓报警开关，可以向消防控制中心发出报警信号，同时启动有关消防设备。
二.5灭火及联动控制系统
二.5.1火灾事故广播
火灾发生后，为了便于组织人员的安全疏散和通知有关救灾的事项，需要设置火灾事故广播（火灾紧急广播）系统。
根据《火灾自动报警系统设计规范》第5.4.2.1条规定，民用建筑内扬声器应设置在走道和大厅等公共场所，每个扬声器的额定功率不应小于3W，其数量应能保证从一个防火分区的任何部位到最近一个扬声器的距离不大于25m。
走道内最后一个扬声器至走道末端的距离不应大于12.5m。
当发生火灾时，为了便于疏散和减少不必要的混乱，火灾事故广播发出警报不能采用整个大楼火灾事故广播系统全部启动的方式，仅向着火的楼层及其有关的楼层进行广播。
根据《火灾自动报警系统设计规范》第6.3.1.6条规定作如下设置：
二层及以上的楼房发生火灾，应先接通着火层及其相邻的上下层；底层发生火灾，应先接通本层、二层及地下车库；地下车库发生火灾，应先接通本层及底层。
二.5.2消防专用电话系统
消防控制室设置对内联系、对外报警的电话是我国目前阶段的主要的消防通信手段。
根据《火灾自动报警系统设计规范》第5.6条规定，消防专用电话网络应为独立的消防通信系统，也就是说不能利用一般电话线路代替消防专用电话线路，应独立布线。
消防专用电话总机与电话分机或塞孔之间呼叫方式是直通的，中间没有交换或转接程序。
根据《火灾自动报警系统设计规范》第5.6.3.2条规定，设有手动火灾报警按钮、消火栓按钮等处宜设置电话塞孔。
电话塞孔在墙上安装时，其底边距地面高度宜为1.3～1.5m。
二.5.3防排烟系统
火灾时产生的烟的主要成分是CO，易使人窒息；烟气遮挡人的视线，使人在疏散时难以辨别方向。
在高层建筑中，其本身会产生“烟囱效应”，如不及时排除，很快就会垂直扩散到各处。
因此，防排烟系统必不可少，当发生火灾后，应立即使其投入使用，将烟气迅速排出。
《高层民用建筑设计防火规范》的规定如下：
无直接自然通风，且长度超过20m的内走道或有直接自然通风，但长度超过60m的内走道以及面积超过100㎡且经常有人停留的无窗房间，或对外开窗但面积超过200㎡的房间均需设置机械排烟设施。
排烟防火阀设在风管上，平时处于关闭状态。
当火警发生后，它可以以感烟信号联动，控制主机发出信号或手动使其瞬间开启，进行排烟，任何一处排烟阀开启时，会立即连锁启动排烟机。
在排烟机前的排烟吸入口处，装有排烟防火阀。
当排烟风机启动时，此阀门同时打开进行排烟，当排烟温度高达280℃时，装设在阀口的温度熔断器动作，再将阀门自动关闭，同时也连锁关闭风机。
二.5.4灭火系统
1．自动喷水灭火系统[8]
自动喷水灭火系统的分类
⑴闭式自动喷水灭火系统：
分为湿式系统、干式系统、、预作用系统和重复启闭预作用系统。
⑵开式自动喷水灭火系统：
分为雨淋系统、水幕系统和水喷雾灭火系统。
⑶自动喷水-泡沫联用系统：
主要用于存在较多易燃液体的场所。
2．室内消火栓灭火系统
消火栓由蓄水池、加压送水装置（水泵）及室内消火栓等主要设备构成，这些设备的电气控制包括水池的水位控制、消防用水和加压水泵的启动。
水位控制应能显示出水位的变化情况和高、低水位报警及控制水泵的开停。
室内消火栓系统由水枪、水龙带、消火栓、消防管道等组成。
为保证喷水枪在灭火时具有足够的水压，需要采用加压装置。
常用的加压设备有两种：
消防水泵和气压给水装置。
该处采用消防水泵加压。
在每个消火栓内设置消防按钮，灭火时用小锤击碎按钮上的玻璃小窗，按钮不受压而复位，从而通过控制电路启动消防水泵，水压增高后，灭火水管有水，用水枪喷水灭火。
3．消防供水系统
针对不同的场所及不同的火灾危险等级，应选择不同的自动喷水灭火系统。
无论何种系统，首先得有一个可靠的水源保障，可靠的水源是指水量和水压均有保证，若市政管网的水量、水压满足系统要求，则称常高压系统。
若市政管网的水量、水压不满足系统要求，则应设置消防水池、屋顶水箱及消防水泵来满足发生火灾时系统所需的水量和水压，此系统为临时高压系统。
自喷系统火灾延续时间按1h设计。
下一章中将详细讲述消防供水系统。
第三章消防供水系统的设计
三.1系统介绍
该系统主要是由下位机控制及上位机监控组成。
在下位机中，通过PLC、变频器、压力传感器、接触器、中间继电器等来控制水泵的启动；上位机进行实时监控，可以更好的了解和控制系统的运行。
工艺流程（简图）如图3.1。
图3.1消防供水系统工艺流程图
三.2系统实现的功能
1．泵组的自动启动以及手动控制；
2．定期进行自动巡检；
3．各泵在启动时都有软启动功能；
4．具有完善的报警功能。
三.3设备选型及其介绍
三.3.1电动机
电动机的额定参数如下。
额定功率：
7.5KW
额定电压：
380V
额定电流：
15.7A
额定转速：
1460r/min
额定频率：
50Hz
三.3.2PLC
1．PLC的特点
现代工业生产是复杂多样的，他们对控制的要求也各不相同。
可编程控制器由于具有以下特点而深受工厂工程技术人员和工人的欢迎。
1可靠性高，抗干扰能力强。
这往往是用户选择控制装置的首要条件。
PLC生产厂家在硬件和软件上采取了一系列抗干扰措施，使它可以直接安装于工业现场而稳定可靠地工作。
目前各生产厂家生产的PLC，其平均无故障时间都大大超过了IEC规定的10万小时。
而且为了适应特殊场合的需要，有的PLC生产商还采用了冗余设计和差异设计，进一步提高了其可靠性。
2适应性强，应用灵活。
由于PLC产品均成系列化生产，品种齐全，多数采用模块式的硬件结构，组合和扩展方便，用户可根据自己的需要灵活选用，以满足系统大小不同及功能繁简各异的控制要求。
3编程方便，易于使用。
PLC的编程可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电气技术人员的欢迎。
近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言，也称功能图，使编程更简单方便。
4控制系统设计、安装、调试方便。
PLC中含有大量的相当于中间继电器、时间继电器、计数器等的“软元件”。
有用程序（软接线）代替硬接线，安装接线工作量少。
设计人员只要有PLC就可进行控制系统设计并可以在实验室进行模拟调试。
5维修方便、维修工作量小。
PLC有完善的自诊断、履历情报存储及监视功能。
PLC对于其内部工作状态、通信状态、异常状态和I/O点的状态均有显示。
工作人员通过它可以查出故障原因，便于迅速处理。
功能完善。
除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，配合特殊功能模块还可以实现点位控制、PID运算、过程控制、数字控制等功能，为方便工厂管理又可与上位机通信，通过远程模块还可以控制远方设备。
2．PLC的基本组成
图3.2PLC的基本组成
⑴中央处理器（CPU）
与一般计算机一样，CPU是PLC的核心，它按PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊地进行工作，其主要任务有
升级会员 