火灾自动报警系统的设计毕业论文设计.docx

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火灾自动报警系统的设计毕业论文设计

编号:

毕业论文（设计）

题目火灾自动报警系统的设计

指导教师

学生姓名

学号20080170

专业机械设计制造及其自动化

教学单位德州学院机电工程系（盖章）

火灾自动报警系统的设计

（德州学院机电系，山东德州253023）

摘要：

火灾自动报警系统（AFAS）是当今现代化建筑中不可缺少的组成部分，在火灾发生初期它能及时的发出信号，为人们的生命和财产提供重要保障。

火灾自动报警系统由触发器件、火灾报警控制器、火灾警报装置以及其他辅助功能装置组成，火灾发生时它把烟雾、温度等物理信号转变成电信号从而向人们发出警报,以便于人们尽早疏散，采取灭火措施。

本设计通过对火灾自动报警系统以及消防联动的分析，将PLC技术应用到本系统中，以PLC为核心设计火灾自动报警系统。

关键词：

火灾；PLC；自动报警；消防联动

1引言

二十一世纪的今天，人类社会发展迅速，居民楼、大型商场，医院等各式建筑随处可见，但同时带来的还有突发事故发生时人们生命和财产的不安全性。

火灾对人们生命和财产的威胁尤其严重，因此人们对火灾的预防愈发的重视。

在一座建筑中安全有效的火灾自动报警系统是人们生命和财产的保障，设计出有效的火灾报警系统才能减少火灾给人类社会带来的损失。

我国的火灾自动报警系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也不断提高，但距离国际先进水平还有一定距离。

随着社会和科技的不断进步，对于火灾自动报警系统的要求也越来越高，所以要充分认清现状，不断发展我国自主研发的火灾自动报警系统。

1.1火灾自动报警系统的作用

如今现代化建筑都朝着大型化、高层化及复杂化方向发展，消防问题也变得越来越重要，火灾自动报警系统应运而生。

火灾自动报警系统综合运用计算机网络与戈火灾自动报警区域惊醒连接，以达到及时报警、及时灭火的目的。

其主要功能包括：

（1）自动接收火灾报警信号。

在火灾发生的初期通过感温、感烟和感光等火灾探测器将火灾产生的烟雾、热量和光辐射等物理量转变成电信号，传递到火灾报警控制器。

（2）显示火灾报警部位，发出火灾报警信号。

火灾显示盘可以显示出火灾发生的位置，记录火灾发生的时间，并传递给火灾报警控制器。

（3）火灾发生时，火灾自动报警系统可以通过双输入/输出模块及双动作切换模块对消防泵和喷淋泵进行自动或手动控制，并接收状态信号，对排烟机进行控制。

（4）火灾自动报警系统可以通过单输入/输出模块及切换模块切断有关部位为的非消防电源。

（5）火灾自动报警系统可以显示消防电源，及水流指示器、湿式报警阀和信号阀的工作状态。

（6）火灾自动报警系统可以显示保护对象的重点部位、疏散通道及消防设备所在位置的平面图等。

1.2选题的目的和意义

火灾给人类、社会和自然造成的伤害不断扩大，它不仅毁坏物资财产，造成社会秩序混乱，还直接威胁人们的生命安全，是威胁公共安全和社会发展的主要灾害之一。

而良好的报警系统和及时的报警机制能够在第一时间内发现火灾的发生，并且在造成重大事故之前控制住火情，大大降低生命和财产损失。

火灾自动报警及消防联动系统，可以对火灾进行先期预报，这样可以做到及时扑灭、保障人的生命和财产安全。

因而要加快改进开发出具有结构简单、性能稳定、实用方便、价格低廉的火灾自动报警系统。

传统的火灾自动报警器多采用继电接触器控制，功能单一，线路复杂，接点多，容易发生故障，可靠性差。

而PLC应用于火灾自动报警器具有以下优势：

（1）可靠性。

与传统的继电器逻辑控制系统相比，PLC可靠性的提高有以下原因：

①PLC不包含大量的活动部件和电子元器件，其接线相对很少；

②PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计；

③PLC有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点。

与通用的计算机控制系统比较，PLC可靠性提高的主要原因：

①PLC具有比通用计算机控制系统更简单的编程语言和更可靠的硬件；

②在PLC的硬件设计方面，采用了一系列提高可靠性的措施；

③在PLC的软件设计方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。

（2）易操作性。

PLC的易操作性表现在下列三个方面：

①操作方便；②编程方便；③维修方便。

（3）灵活性。

PLC的灵活性表现在下列三方面：

①编程的灵活性；②扩展的灵活性；③操作的灵活性[1]。

2火灾自动报警系统简介

火灾自动报警系统是为了预防火灾，减少火灾给人的生命和财产的损失而安装在建筑物内的消防设施，它与各火灾自动报警区域连接，以达到及时发现、及时灭火的作用。

2.1火灾自动报警系统概述

火灾自动报警系统（AFAS）是人们为预防火灾，减少火灾给社会带来的危害而应用于大型建筑内的火灾早期预警系统。

由于其在消防工作中发挥的巨大作用而被广泛应用于商场、超市、医院等大型建筑。

火灾自动报警系统工作原理如下图：

图1火灾自动报警系统工作原理图

如图1安装在火灾报警区域的火灾探测器感知周围环境的温度、烟雾等物理量，并将其转换成电信号反馈给报警控制器，控制器将接收的信号与内存的正常整定值比较、确定火灾的发生。

火灾发生时，控制器发出声光报警，并在报警显示器上显示出火灾发生的时间、地点等，同时控制器协调消防联动控制系统同步启动，按一系列预定的指令控制消防联动装置动作，向火灾发生的现场及相邻区域发出警铃报警，各应急疏散指示灯同步开启，想人们指明逃离的通道，控制排烟系统及自动喷水系统启动。

火灾自动报警系统通过以上步骤达到及时发现、及时灭火的目的[2]。

PLC是一种数字运算操作的电子系统。

PLC采用存储器是可编程序的存储器，存储器可储存逻辑运算、计算、定时、程序控制和算术运算等操作指令，并且通过模拟、式数字式的输入和输出控制各种类型的机器和生产飞的过程，PLC以及其有关的设备，都按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

2.2火灾自动报警系统的组成

火灾自动报警系统包括触发器件、火灾报警控制器、火灾警报装置以及其他辅助功能装置（消防控制设备、电源等）等组成部分。

（1）触发器件。

在火灾自动报警系统中，能自动或者手动产生火灾报警信号的元器件称为触发器件，主要是指手动火灾报警按钮和火灾探测器。

火灾探测器能感知火灾产生的烟雾、温度、热辐射等物理量并将其转换为电信号传递给火灾报警控制器。

手动火灾报警按钮是手动方式启动火灾自动报警系统的装置。

（2）火灾报警控制器。

在火灾自动报警系统中，用来接收、显示和传递火灾报警信号，并能发出控制信号和具有其它辅助功能的控制指示设备称为火灾报警控制器。

火灾报警控制器担负的任务有：

监视探测器及系统自身的工作状态；为火灾探测器提供稳定的工作电源；进行声光报警；指示报警的具体位置及时间；接收、转换、处理火灾探测器输出的信号；执行相应辅助控制等。

它是火灾自动报警系统的核心组成部分。

（3）火灾警报装置。

在火灾自动报警系统中，能发出声、光等火灾警报信号的装置称为火灾警报装置。

它以声、光等报警方式向报警区域发出火灾警报警信号，以警示人们迅速安全疏散、采取灭火救灾措施。

（4）其它辅助功能装置。

电源，火灾自动报警系统属于消防用电设备，其主电源应当采用消防电源，备用电采用蓄电池。

消防控制设备包括自动灭火系统、防烟排烟系统等系统的控制装置的部分或全部[3]。

3系统的设置

火灾自动报警系统的主要形式有：

区域报警控制系统、集中报警控制系统和控制中心报警系统。

3.1区域报警控制系统

图3区域报警控制系统原理图

如图3，区域报警控制系统是由区域火灾报警控制器和火灾探测器等组成，或由火灾的控制器和火灾探测器等组成，功能简单的火灾自动报警系统。

适用于较小范围的保护。

3.2集中报警控制系统

图4集中报警控制系统原理图

如图4，集中报警控制系统是由集中火灾报警控制器、区域火灾报警控制器和火灾探测器等组成，或由火灾报警控制器、区域显示器和火灾探测器等组成，功能较复杂的火灾自动报警系统。

当报警区域较多、区域报警控制器超过3台时，采用集中报警系统。

集中报警系统至少有一台集中报警控制器和两台以上区域报警控制器集中报警控制器应设置有人值班的专用房间或消防班室内。

3.3控制中心报警系统

图5控制中心报警系统原理图

如图5，控制中心报警系统是由消防控制室的消防控制设备、集中火灾报警控制器、区域火灾报警控制器和火灾探测器等组成，或由消防控制室的消防控制设备、火灾报警控制器、区域显示器和火灾探测器等组成，有复杂功能的火灾自动报警系统。

本系统的系统容量较大，功能齐全，这种系统比较适合用来保护大型建筑[4]。

4PLC的选择与程序设定

PLC是可编程序控制器的英文缩写，是一种数字式的电子装置。

它使用可编程序的存储器来储存指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。

4.1PLC的选择

（1）PLC的组成

PLC主要由中央处理单元（CPU）、存储器、输入、输出、编程器等部分组成。

（2）PLC的工作原理

PLC是按照下面的过程进行工作：

①收集工作现场的信息：

在系统软件的控制下，依次扫描各输入点的状态；

②执行程序：

按顺序扫描用户程序中的各条指令，按照输入的状态和指令内容进行逻辑运算；

③输出控制信号：

根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。

上面的过程完成后，又重新开始，反复执行。

在每次扫描开始时先执行一次自诊断程序，如果发现故障，PLC执行关机程序，保留现行的工作状态，关断所有输入点，停机。

如果没发现故障，PLC会继续扫描，检查是否有编程器等的通信请求。

处理完通信之后，PLC会继续往下扫描，输入现场信息，顺序执行用户程序，输出控制信号，完成一个扫描周期。

然后又从自诊断开始，进行下一轮的扫描。

PLC就是这样不断反复地循环，实现对机器的连续控制[5]。

（3）PLC控制火灾自动报警系统的原理图见下图：

图2PLC火灾自动报警系统工作原理图

（4）PLC的选用

本火灾自动报警系统选用西门子公司的SIEMENSS7-200系列的PLC，这个系列的PLC具有结构紧凑、可扩展性强、指令集丰富、模块化等特点，可满足比较复杂的控制系统的要求。

4.2PLC的程序设定

（1）火灾自动报警系统PLC梯形图：

图6火灾自动报警系统控制梯形图

（2）火灾自动报警系统PLCI/O图:

如下图为火灾自动报警系统的PLC程序控制的输入输出图：

图7火灾自动报警系统PLCI/O图

5火灾自动报警系统的设计

火灾自动报警系统肩负着火灾的安全防范重任，是智能建筑中建筑设备自动化系统（CBS）的重要组成部分。

火灾自动报警系统的设计首先必须符合GB50116-98《火灾自动报警系统设计规范》的要求，同时也要适应建筑的特点，合理选配产品，做到安全适用、技术先进、经济合理。

5.1系统的选型

设计火灾自动报警系统时，必须遵循国家有关方针、政策、规范和公安消防部门的相关法规，针对保护对象的特点，做到安全可靠、使用方便、技术先进、经济合理。

火灾自动报警系统的保护对象是建筑物或者建筑物的某部分，不同建筑物的使用性质、火灾危险性、重要程度、耐火等级、建筑结构形式、环境条件、分布状况以及管理形式等各不相同，因此在设计时应仔细考虑分析这些问题，根据不同的情况选择不同的火灾自动报警系统。

如果保护对象的规模不大，重要程度不高，选用区域报警系统；当保护对象规模大，重要程度高，人员集中，联动设备也多，可采用集中报警系统或控制中心报警系统。

归根结底，如何选择报警方式和系统方式，应根据实际工程情况而定。

5.2报警区域和探测区域的划分

火灾自动报警系统的保护对象形式多样、功能各异、规模不等，为了便于早期探测、早期预警，方便日常的维护管理，在安装火灾自动报警系统的过程中一般将保护空间划分为若干个报警区域，每个报警区域又包含多个探测区域。

这样在火灾发生时，火灾自动报警系统就能够迅速、准确地确定着火部位，便于进行有效的灭火救灾。

报警区域是设置区域火灾自动报警控制器的基本单元，是把自动火灾报警系统的警戒范围按一定要求划分的空间。

每个报警区域由一个防火分区或几个相近的防火分区组成，但不同的报警区域内不能包含同一个防火分区；不同楼层的几个不同的防火分区也不会受到同一报警区域的保护。

探测区域是按照探测火灾的部位把报警区域划分的单元，它是将火灾探测器进行编号的基本单元。

一般情况下每个探测区域都会对应系统中一个独立的部位编号。

根据我国现行的国家标准《火灾自动报警系统设计规范》中的规定，探测区域的划分要符合以下要求：

（1）划分探测区域时要将其按独立的房间划分。

每个探测区域的面积在500㎡以内；如果房间面积不超过1000㎡，里面的主要人口要能充分看清内部，也可以划为一个探测区域；如果探测区域内安装有缆式感温火灾探测器其的长度不宜超过200m；如果探测区域内安装空气管差温火灾探测器，其长度宜在20m—l00m之间；如果探测区域内安装红外光束型感烟火灾探测器，其长度不宜超过l00m，以上是划分火灾自动报警系统的探测区域的基本要求。

（2）如果保护对象是二级保护对象并且符合下面两个条件，也可以将几个房间划分为一个探测区域。

①相邻房间的总数在10间以内，而且总面积在1000㎡以下，在每个房间门口均能看清其内部，同时门口安装有灯光显示装置；

②相邻房间不超过5间，总面积不超过400㎡，并在门口设有灯光显示装置。

（3）碰到下面的场所要分别单独划分探测区域：

①敞开或封闭的楼梯间内；

②消防电梯前室、防烟楼梯间前室、消防电梯与防烟楼梯间合用的前室；

③坡道、走道、电缆隧道、管道井；

④建筑物闷顶、夹层[6]。

5.3火灾探测器的选择

火灾探测器是火灾自动报警系统的检测元件，其工作的稳定性、可靠性和灵敏性等技术指标直接影响整个系统的正常运行。

选择方法如下：

（1）根据火灾的特点选择探测器：

①如果在火灾发生的初期有阴燃阶段，能产生大量的烟和少量的热，很小或买有火焰的辐射，应该选用感烟探测器。

②如果火灾发展迅速，会产生大量的热、烟和火焰辐射，可选用感温探测器、火焰探测器、感烟探测器或他们的组合。

③如果火灾发展迅速，并伴有强烈的火焰辐射和少量烟和热，应选用火焰探测器

④如果对火灾形成特点不了解，应该进行模拟试验，根据试验得出结论，选择适合的探测器。

（2）根据安装现场的环境特征选择探测器：

①如果安装场所的相对湿度长期大于95%，气流速度大于5m/s，含有大量粉尘、水雾，会产生腐蚀性的气体，在正常情况下有烟雾滞留，产生机物质的场所，不可以选用离子感烟探测器。

②如果安装场所发生火灾时可能产生阴燃或者发生火灾不及早报警将造成重大损失，不能选用感温探测器；在正常情况下温度变化很大的场所，不可选用差温探测器；如果安装场温度不超过0℃，不能选用定温探测器。

高层民用建筑及其有关部位火灾探测器类型的选择应该参照下表。

表1高层民用建筑及其有关部位火灾探测器类型的选择参照

项目

设置场所

火灾探测器的类型

差温式

差定温式

定温式

感烟式

I级

Ⅱ级

Ⅲ级

I级

Ⅱ级

Ⅲ级

I级

Ⅱ级

Ⅲ级

I级

Ⅱ级

Ⅲ级

1

剧场、电影院，会场，礼堂，商场，百货公司，饭店，旅馆，公寓，集体宿舍，医院，住宅，博物馆，图书馆

□

○

○

□

○

○

○

□

□

×

○

○

2

开水间，厨房，锅炉房，消毒室等

×

×

×

×

×

×

□

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○

×

×

×

3

进行干燥烘干的场所

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×

×

×

×

×

□

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○

×

×

×

4

可能产生大量蒸汽的场所

×

×

×

×

×

×

□

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×

×

5

立体停车场，发电机室，飞机库等

×

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○

×

○

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○

×

×

×

□

○

6

电影放映室，电视演播室

×

×

□

×

□

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○

○

×

○

○

7

发生火灾时，温度变化缓慢的小间

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×

×

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○

○

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○

○

□

○

○

8

楼梯及倾斜路

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×

×

×

×

×

×

×

×

□

○

○

9

走道及通道

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×

×

×

×

×

×

×

×

□

○

○

10

电缆竖井，管道井

×

×

×

×

×

×

×

×

×

□

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○

11

电子计算机房，通讯机房

□

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□

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×

□

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○

12

书库，地下仓库

□

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□

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○

×

×

□

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○

13

吸烟室，小会议室

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×

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○

○

○

×

×

×

×

○

○表示适于使用；□表示应该根据安装场所等情况，限于能够有效地探测火灾发生场所使用；×表示不适于使用。

（3）根据安装场所房间的高度选择探测器：

各种类探测器的选用与房间高度的关系应该参照下表。

表2不同种类探测器的使用与房间高度的关系

房间高度（m）

感烟探测器

感温探测器

火焰探测器

I级

II级

III级

12

不适合

不适合

不适合

不适合

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

选择探测器的灵敏度，要按照使用环境和探测器的性能，在没有火警发生时按照系统没有发生错误报警为准进行选择。

如今，我国的大多数高层建筑中，都使用光电感烟测器，感温探测器只会用于个别的场所，例如厨房、车库、发电机房及其他有气体灭火设备的场所。

如果安装火灾探测器时只使用一种探测器，在整个的系统里容易易产生错误动作，这样会造成不必要的损失，所以为避免错误报警应该选用两种或者两种以上种类探测器。

在整个系统中他们是“与”的逻辑关系，只有当两种或两种以上探测器同时产生报警信号，整个联动装置才能启动，这样才能减少错误报警带来的损失。

总之，探测器应根据实际环境情况来选择，以达到及时、准确报警的目的[7]。

5.4消防联动的设计

火灾自动报警与消防联动系统如图11：

图8火灾自动报警系统与消防联动系统原理[9]

5.4.1消防联动系统的组成

消防联动系统是火灾自动报警系统中的一个重要组成部分。

通常包括消防联动控制器、消防控制室显示装置、传输设备、消防电气控制装置、消防设备应急电源、消防电动装置、消防联动模块、消防栓按钮、消防应急广播设备、消防电话等设备和组件。

GB50116—1998《火灾自动报警系统设计规范》对消防联动控制的内容、功能和方式有明确的规定。

5.4.2消防联动系统的功能

火灾报警后停止有关部位风机，关闭防火阀，接收和显示相应的反馈信号；启动防火区域的防烟、排烟风机（包括正压送风机）和打开排烟阀，接收并显示其反馈信号；控制防烟垂壁等防烟设施。

火灾确认后，关闭有关部位的防火门、防火卷帘，接收、显示其反馈信号；强制控制电梯全部停于首层，接收、显示其反馈信号[10]。

5.4.3消防联动控制装置

消防联动控制系统：

当确认火灾发生后，联动启动各种消防设备，达到报警及扑灭火灾的作用。

（1）自动喷水灭火系统

图9自动喷水灭火系统控制原理图

如上图，室内消火栓系统中的每一个消火栓都配有单独的一个消火栓启动按钮，设计中采用的是编码消火栓按钮，它可直接接入火灾报警控制器，当火灾发生时直接开启消防泵，同时向消防控制中心传递反馈信号。

消火栓按钮处安有启泵指示灯，用它来指示消防泵的工作状态。

消防控制室可控制消防泵的启动、停止；显示消火栓水泵的工作或者故障状态；显示自动灭火启动按钮的位置。

当某一报警区域出现火灾事故时候，那一区域的开关AN断开，所以线圈1ZJ失电，因为1SJ得电，所以2ZJ开关闭合，所以GD工作。

开关1Q闭合，哪一次出现事故哪一报警区域就会发出反馈信号。

（2）防烟、排烟系统及空调通风系统

图10排烟风机控制电路图

每个报警区域的每一个探测器、火灾手动报警按钮产生动作后，向报警控制中心发出警报，同时启动相邻防火区域的排烟阀和消防排烟风机。

当楼梯间内烟感报警，正压送风阀开启并启动正压送风机。

当温度超过70℃时，70℃防火阀自熔关闭；当温度超过280℃时，280℃排烟防火阀自熔关闭并关闭排烟风机。

机械正压送风系统的联动关系如下：

报警信号→打开正压送风口→反馈正压送风口打开信号→启动正压送风机。

（3）室内消防栓系统

室内消火栓是室内管网向火场供水的，带有阀门的接口，为工厂、仓库、高层建筑、公共建筑及船舶等室内固定消防设施，通常安装在消火栓箱内，与消防水带和水枪等器材配套使用。

（4）常开防火门、防火卷帘系统

防火门、防火窗分为甲、乙、丙三级，其耐火极限：

甲级为1.20h；乙级为0.90h；丙级为0.60h。

防火门是事故发生时向逃生方向开启的平开门，在关闭后应能从任何一侧用手开启。

设置于疏散的走道、楼梯间和前室的防火门，能自动关闭。

（5）

火灾事故广播系统设

本设计采用SD8100系列总线式火灾事故广播系统，此系统包含SD8000广播录放盘、SD8010消防广播功放盘、SD8120消防广播分配盘、SD8130广播控制模块和SD8012扬声器等组成部分。

每个报警区域内设8个SD8012扬声器，音箱的功率为2.5W。

本广播系统是通过专用的广播控制总线以及总线上的广播控制模块来启动各个广播回路。

当火灾发生开启火灾警报时，火灾事故广播系统对火灾现场以及相关场所实施紧急广播。

其系统构成如图所示：

图11广播系统构成示意图

在布置扬声器时，要充分考虑各报警区域的的特点，根据其特点逐一设置，将扬声器设置于楼梯间、走廊、活动大厅等区域。

保证最近两个扬声器的之间的距离不能大于25m。

走道内最后一个扬声器至走道末端的距离不应大12.5m，以及满足其他的要求[11]。

结束语

由于时间限制，本文对火灾自动报警系统的某些方面的设计叙述不够具体，在以后的时间里会加深对其了解而进行设计。

如今建筑的现代化水平不断提高，其自身的安全性也越来越受到人们的重视，安全有效的火灾自动报警系统是人们生命和财产的保障。

科学技术不断进步的今天，火灾自动报警系统的智能化也在不断提高，火灾自动报警技术在应用中也日益成熟，其应用也将在整个社会中逐渐普及。

当智能建筑在选择火灾自动报警系统时一定要考虑二者的适配性，在设计、施工、运行等方面以最佳方式结合起来，使火灾自动报警系统发挥其最大功效，为人类社会造福。

参考文献：

[1]郁汉琪，郭建.可编程序控制器原理及应用[M].北京：

中国电力出版社，2010.21—35.

[2]杨玉娟.对火灾自动报警系统的认识[J].内蒙古科技与经济，2011,15：

88—90.

[3]盛建.自动消防报警系统[M].天津：

天津大学出版社，1999.25—40.

[4]无名.火灾自动报警系统的组成及基本形式[EB/OL].XX文库，2010.

[5]杨蓉.火灾自动报警系统的设计与实现[J].安防科技，2007,8：

60—63.

[6]尚金梅.浅谈火灾自动报警系统的组成和形式[J].中小企业管理与科技，2009,6：

60—63.

[7]GB16806—2006消防