智能火灾报警监测系统设计
前言
（一）选题背景
面对不断发展的社会,人类活动变得越来越集中,其生命安全和财产从安全就变得尤为重要，然而火灾的隐患确是非常的大。全球发生的各种灾害事故中，火灾造成的损失无疑是一个庞大的数字，其损失约为地震灾害损失的五倍。火灾事故如果在早期发现并且解决将避免人身伤亡和大量的财产损失。
在现代社会中，智能火灾报警监测系统占据着十分重要的位置，在各个不同用途的建筑中都已经不可或缺了，智能火灾报警监测系统发挥着十分重要的安全保障作用,不依存其它系统或网络的状态下能够独立正常运行和操作,并且能完成本身所拥有的防灾和报警的功能。
（二）选题目的及研究意义
智能火灾报警监测系统涉及智能化信息处理技术、通信技术、传感技术等多种相关技术，将这些技术综合应用，使其具有实时性好、速度快、精度高等一系列突出优点。
智能火灾报警监测系统这些年发展非常迅速,技术上的更新变化也是十分明显。从全方面来看,数字技术和新工艺、新材料得到应用,其改变了系统能力和降低了维护要求,朝着高准确率、网络化和智能化方向发展。伴随着城市化的发展，我国最近几年在这方面的发展也是非常的快，智能火灾报警监测系统技术在未来的发展研究必会成为热点。
（三） 火灾报警系统国内外现状以及发展趋势
到目前为止,智能火灾报警监测系统的设计已比较完善,但是,在监测、报警、传输等方面还存在一些问题,如传感器的灵敏度、信号的传输等问题,都会导致误报率的增加,这都是有待改进的。随着智能化技术的提高，许多工作都将由机器人替代，火灾智能报警监测系统有可能发展成为机器人智能报警监测系统。
一、系统概述
（一）火灾的特点及其发生过程
火灾是一种人类无法对其在时间和空间上进行人为控制的燃烧现象。造成火灾发生的基本条件是可燃物、助燃物和点火源。可燃物在物理上的存在形态分为固态、液态、气态，空气中的氧气一般是助燃物。对于火灾的变化情况是多种多样的，但是通过研究发现，热量的传递是火灾持续发展的原因，并且不同阶段热量传递的方式不同，主要方式有传导、对流和辐射。燃烧普通可燃物的时候会产生燃烧气体烟雾，并且在燃烧时产生火焰并发出一些不同程度的光，同时产生大量热量升高周围环境的温度，最终火势在难以控制的情况下造成火灾。 燃烧过程会发生下列状态：
a.温度(热)。可燃物燃烧时，伴随着热量的产生，周围环境温度也会上升。
b.燃烧主体与烟雾。普通可燃物在开始燃烧时都将释放出燃烧气体和烟雾
。燃烧气体和烟雾具有流动性和毒性，能够在建筑物内任意传播和扩散，是非常重要的火灾探测参数。烟雾气溶胶是其防火术语。
c.火焰。普通可燃物完全燃烧时产生的火焰是可燃物是燃烧时灼热发光的气体部分，并且火焰也是极其重要的火灾探测参数。
（二）智能火灾报警系统的组成及特点
1．智能火灾报警系统的组成
智能火灾报警系统由探测器、手动按钮、智能模块、探测器并联接口、总线隔离器等构成。通过火灾探测器对火灾现场产生的燃烧气体、烟雾粒子、温度、光的信号进行探测，然后将现场探测的信号转化成电信号并传输给火灾报警控制器。智能探测器将所在环境收集的随时间变化的烟雾浓度或温度以及其它数据，传递回报警控制器，报警控制器根据内置的智能资料数据进行分析比较，判断是否显示有火灾发生，从而通过警报装置做出警报。
2．智能火灾报警系统的特点
a. 智能系统采用设有专用芯片的模拟量探测器，全面有效地反映被监视环境的各种细微变化。自动补偿温度和灰尘所造成的影响，自动处理各种参数的影响。为准确报警和减少误报提供了技术基础。[?]
b.系统通过软件编程代替硬件的机械组合，使得消防联动系统的可修改性和灵活性具有大幅度提高。
c.全总线计算机通信技术的使用，让系统布线设计和现场施工变得更加方便，避免了长距离的穿管布线。
d.自我诊断的功能非常强大，系统的维护极为便捷。
（三）系统设计的整体方案
1．设计的研究范围
表1 火灾报警系统适应范围表
类型 功能 组成 范围
控制中心报警系统 较复杂 消防控制设备、火灾探测器、集中火灾报警控制器和区域火灾报警控制器组成。 一级和特级保护对象
集中报警系统 较复杂 火灾探测器、区域火灾报警控制器和集中火灾报警控制器组成。 一级和二级保护对象
区域报警系统 简单 火灾报警器和火灾探测器或者区域报警器和火灾探测器组成。 二级保护对象
2．系统硬件结构的组成
完整性的火灾报警系统包括下列部分：首先是火灾探测模块，其次是报警模块，然后是数据转换模块，最后是系统控制模块。通过对室内温度、可燃气体以及烟雾信号进行实时采集和检测判断，一旦所测得温度、可燃气体和烟雾的浓度高于临界值时便会自动报警。温度信号、可燃气体信号、烟雾浓度信号以数字信号的形式送入控制器。数字信号由控制器进行处理，并逐一分析处理后的数据，是否大于或者等于设定好的临界值，即报警信号产生的设定值。如果采集的数据大于或者等于设定值，那么报警电路将会启动，同时发出报警声音并且显示为警报状态，
相反则为正常状态。
3．系统软件结构的组成
整个体系的设计方式运用模块化程序，为实现系统功能和后期的维护提供方便。各个模块的具体功能使用具体的子程序来完成。系统需要报警、火灾判断、数据采集等一系列相关子程序。要达到报警的高准确率，需要对程序进行无限的循环，使用重复采集、重复判断的方法，经过多次的判断进而确定火情的情况。下图是系统软件进行控制的流程图，系统启动之后进入探测阶段，出现异常的状况，报警器便会发出报警信号，然后进行人为判断是否发生误判，如果误判，手动进行复位；如果不是误判，便会与消防系统进行联动，灭火系统启动并且接通消防室的报警电话和扬声器装置，另外还有排烟设备将会启动。喷淋头喷水灭火完成之后，由消防室进行人为手动复位。
（四）系统运行的原理
对于系统运行的原理而言，首先是发生火灾时的报警运行原理，系统通过早期布置在火灾现场的探测器进行信号的收集，把收集到的物理信号通过处理变为电信号，并且将其传递给火灾报警控制器，火灾报警控制器利用以往的数据和实时的信息对火灾的情况进行判断。如果判断为火灾时，迅速的将其信号传递给消防控制器，产生联动控制，并且火灾报警控制器使警报装置发出报警信号。另外火灾报警控制器准确的记录火灾发生的时间以及位置。其次系统本身发生故障，这就需要监测系统本身的运行状态。设置主控单元对系统的设备、电路和电源进行监控，一旦发生任何问题，立即采取自动修复措施，如果自动修复不成功，便会马上由警报装置发出报警信号，然后及时的进行人工修复。
二、智能火灾报警系统硬件的选择与设计
（一）PLC的选择
1.PLC介绍
可编程逻辑控制器简称PLC,它是一种及时系统。对于传统的控制系统而言，在变更设计的时候显得较为复杂，整个控制系统几乎要重新设计，这便造成了费时费力的问题以及一些其它的问题。同样相对应的硬件的寿命也将缩短，使其维修成本上升。然而采用可编程逻辑控制系统便可以有效的解决这一系列的问题。PLC的主要特点有编程方法简单、性价比高、设计安装调试工作轻松、功能强、体积小、维修方便等。[ ]
2.PLC的选型
硬件配置的完整与否是一个PLC控制系统是否完整的关键所在。现如今，市场上存在的PLC品牌有很多种，例如西门子、三菱、松下、欧姆龙等。不同品牌的PLC有一些独特的功能，而同一品牌的PLC有着不同的系列，以及同一系列又有不同的CPU型号。经过综合比较，本设计适合选用西门子S7-200系列CPU型号224的PLC对系统进行控制。[ ]
西门子S7-200CPU-224
集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或者35路模拟量I/O点。除此之外，I/O端子排可以很容易的拆卸。
3.PLC工作原理
PLC是一种工业控制计算机，其工作原理是通过用户所编写的程序来执行控制的，工作顺序是按程序的顺序来依次完成相应电器的反应。PLC的扫描过程是PLC工作原理的实质，其过程可以分为三个阶段，分别是输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段，并且PLC工作过程的先后顺序也是如此。三个阶段共同构成一个扫描周期。[ ]
（二）探测器的选择
通过下列的表格可完成对探测器的选择
表2 点型感烟、感温火灾探测器的实用高度表
房间高度（m） 感烟探测器 感温探测器
一级 二级 三级
12＜h≤20 不适合 不适合 不适合 不适合
8＜h≤12 适合 不适合 不适合 不适合
6＜h≤8 适合 适合 不适合 不适合
4＜h≤6 适合 适合 适合 不适合
h≤4 适合 适合 适合 适合
1．火灾探测器的分类
火灾探测器是在现场收集火灾信号的器件，在系统中所处的位置是极其重要的，其影响在系统中也是最为重大的。探测器把火灾发生时或者将要发生时现场的各种信号转换为电信号，将这些统一的信号传送给控制器，达到实时性和准确性。在实际的生产生活应用中，主要的探测器有感烟型、感温型、感光型、可燃气体型、复合型五大类。本文仅探讨感温、感烟、可燃气体这三项火灾发生时的指标的检测。
2．烟雾探测器的选择
综合考虑本设计采用的是光电式感烟探测器，其探测方式是根据接收的红外光来判断并且决定是否报警，其探测方式对于居民住宅来讲是非常适应的。在本系统中选用泰和安JTY-GF-TX6190烟雾探测器，其是一种密闭装置并且不允许打开。安装要求为，25-40平方米安装一个该探测器，它是光电式烟雾探测器，由深圳市亿安消防设备有限公司制造。
3．可燃气体探测器的选择
本设计主要是针对于居民住宅类，所以对于可燃气体的探测主要是对于天然气的监测，所以本系统采用海康威视萤石T8可燃气体探测器。其使用的传感技术是催化燃烧，使用的电源为AC110-230V 50/60Hz。其工作和存储温度为-10℃到+50℃
4．温度探测器的选择
对于居民住宅来说，空间相对较小，如果发生火灾，空间内会发生剧烈的温升，而此时感温探测器便会发生巨大的作用，提前报警以及准确报警将会减少极大的损失。而对于这种环境，点型感温火灾探测器将是一个比较适宜的选择。本系统采用海湾牌感温JTW-ZCD-G3N点型感温火灾探测器，其探测器与控制器采用无极性二总线连接，地址由电子编码器直接写入，工程调试简便可靠。
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