火灾报警系统设计.docx

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火灾报警系统设计

本科毕业论文（设计）

（题目：

火灾报警系统设计）

姓名：

张帅

学号：

03

专业：

自动化

院系：

电子通信工程学院

指导老师：

陈媛

职称学历：

助教／硕士

完成时刻：

2013年5月

教务处制

安徽新华学院本科毕业论文（设计）独创许诺书

本人依照毕业论文（设计）进度计划踊跃开展实验（调查）研究活动，实事求是地做好实验（调查）记录，所呈交的毕业论文（设计）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究功效。

据我所知，除文中特别加以标注引用参考文献资料外，论文（设计）中所有数据均为自己研究功效，不包括其他人已经发表或撰写过的研究功效。

与我一同工作的同志对本研究所做的工作已在论文中作了明确说明并表示谢意。

毕业论文（设计）作者签名：

日期：

火灾报警系统设计

摘要

随着我国经济建设的迅速进展，人民生活水平不断提高，城市用地日趋紧张，促使建筑物正朝着高层化、密集化方向进展,火灾已成为我国常发生性和破坏性和影响力最强的灾害之一。

一套完整的火灾自动报警系统是发生火灾时人们生命财产的有利保障，是可否快速准确地发觉火情，把火灾扑灭在萌芽状态的关键所在。

本文重点讲述了基于PLC控制的火灾自动报警控制系统的设计，并按照控制要求，对控制系统的分析给出I/O列表、控制梯形图和程序的调试，并给出了调试进程和控制系统逻辑控制部份的方式，并全面论述了火灾报警控制器和探测器硬件和软件设计。

当探测器探测到火灾信号，通过线路将火灾信号传递给PLC，PLC接收到火灾信号后，按照其控制程序的要求，控制喷淋泵启动和与之相对应的区域电磁阀开启，电磁阀开启后，与之相对应区域的喷头喷水灭火。

关键词：

火灾报警系统；控制器；探测器

TheDesignofAutomaticFireAlarmSystem

Abstract

WiththerapiddevelopmentofChina'seconomicconstructionandpeople'slivingstandardsimprove,urbanlandincreasinglytense,promptinghigh-risebuildingsismoving,intensivedirection,thefirehasbecomeChinaoftenoccursanddestructiveandmostinfluentialdisasters.Acompletesetofautomaticfirealarmsystemiswhenthefireprotectionofpeople'slivesandpropertyofthefavorable,istheabilitytoquicklyandaccuratelyfindthefire,thefireisextinguishedinthebudthekey.ThisarticlefocusesonthePLC-basedcontrolofautomaticfirealarmcontrolsystemdesign,andunderthecontrolrequirements,thecontrolsystemanalysisgivesI/Olist,thecontrolladderandprogramdebugging,andgivesthedebuggingprocessandcontrolsystemslogiccontrolpartofthemethod,andacomprehensiveexpositionoffirealarmcontrolleranddetectorhardwareandsoftwaredesign.WhenthedetectordetectsafiresignaltothefiresignalispassedviaalinetothePLC,PLCreceivedafiresignal,thecontrolprogramaccordingtotheirrequirements,controlthespraypumpstartandaregioncorrespondingtotheelectromagneticvalveisopen,thesolenoidvalveopeningafterCorrespondinglysprinklernozzlearea.

KeyWords：

firealarmsystem;controller;risk;detector

1绪论

消防是防火和灭火的总称。

我国消防工作执行“预防为主，防消结合”的方针。

为使这一方针取得贯彻，每一个与消防有关的人员都应认真做好消防工作，力求制止火灾的发生，同时充分做好灭火预备。

防，能够减少火灾的发生。

消，可能减少损失和伤亡，二者相辅相成，融为一体。

每当发生火灾，尽快扑灭，尽可能地减少火灾所造成的人员伤亡和财产损失。

随着建设事业的进展，城市和乡镇的高层建筑及建筑群体愈来愈多，从而，增进了消防事业的快速进展。

尤其是火灾报警和灭火系统已引发普遍的关注，其自动化程度逐渐完善，在建筑防火中发挥着愈来愈大的作用，已成为一门新技术学科，独树一帜。

随着我国建筑业的进展，消防（防灾）系统也正以迅猛的速度向前迈进。

火灾自动报警系统的作用

现在现代化建筑都朝着大型化、高层化、群体化及复杂化方向进展，消防问题也变得愈来愈重要，火灾自动报警系统应运而生。

火灾自动报警系统综合运用运算机网络与火灾自动报警区域连接，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）显示火灾报警的具体部位，并发出火灾报警信号。

火灾显示器能够显示出火灾发生的位置，记录火灾发生的时刻，并传递给火灾报警控制器。

（3）当火灾发生时，火灾自动报警系统能够通过双输入/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）火灾自动报警系统能够通过单输入/输出模块及切换模块切断有关部位为的非消防电源。

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

（6）火灾自动报警系统能够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。

选题的目的和意义

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

而PLC应用于火灾自动报警器具有以下优势：

（1）靠得住性。

与传统的继电器逻辑控制系统相较，PLC靠得住性的提高有以下原因：

①PLC采用了一系列靠得住性设计的方式进行设计；

②PLC不包括大量的活动部件和电子元器件，其接线相对很少；

③PLC有较强的易操作性，它具有维修容易、编程简单、操作方便等特点。

与通用的运算机控制系统比较，PLC靠得住性提高的主要原因：

①PLC具有比通用运算机控制系统更简单的编程语言和更靠得住的硬件；

②在PLC的软件设计方面，也采取了一系列提高系统靠得住性的办法；

③在PLC的硬件设计方面，采用了一系列提高靠得住性的办法。

（2）易操作性。

PLC的易操作性表此刻下列三个方面：

①操作方便；

②编程方便；

③维修方便。

（3）灵活性。

PLC的灵活性表此刻下列三方面：

①扩展的灵活

②编程的灵活性；

③操作的灵活性。

基于PLC的这些长处，对PLC控制报警系统的研究很有实际意义。

2火灾自动报警系统简介

火灾自动报警系统概述

火灾报警系统在现代智能建筑中起着极为重要的安全保障作用。

它属于智能大厦系统的一个子系统，但其又在完全离开其他系统或网络的情形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。

以运算机网络和通信为基础的城市火灾自动报警信息系统，通过对建筑物内的消防设施运行状态远程监控，实时接收并快速处置报警信息，缩短火灾报警时刻，并使防火监监工作深切到单位的每一个消防监测设备。

该系统的成立，对增强消防安全监督管理，避免重特大火灾的发生有着十分重大的意义。

火灾自动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，记录火灾发生的时刻。

火灾自动报警系统功能

（1）报警功能：

一旦有火灾发生，当即发出报警。

（2）状态指示功能：

对一切消防设备的工作状态进行显示。

（3）灭火预备功能：

一旦发生火灾，能自动启动消防水泵投入运行，为消防栓的灭火提供充沛的水源。

（4）信息反馈功能：

可对任何楼层的火灾信息由运算机喇叭或电铃发出火灾报警声以引发值班人员的警觉。

火灾报警系统的设置

火灾自动报警系统设计时，应按照自动报警系统的不同类型和不同的设备选型，设计相应的报警、联动线路和设备。

报警规范，将火灾报警系统划分为三种大体形式:

区域报警系统，集中报警系统和控制中心报警系统。

区域报警控制系统

区域报警控制系统是火灾自动报警系统组成的一种形式，它是由电子元件组成的自动报警和监控装置。

当探测器检测到火灾信号，电子线路将火灾信号转换为电压或数字信号，通过导线传输到区域报警器，通过处置后发作声光报警信号，同时将火灾部位传输给集中报警控制器，适用于较小范围的保护。

有些区域报警控制器可单独组成系统进行消防灭火自动处置。

区域报警控制器的设置应该符合以下的规定：

（1）若是区域报警控制器安装在墙上时，其底边离地面的高度不该小于。

靠近门轴的侧面和墙壁之间的距离不该小于.正面操作距离不该小于。

（2）当用一台区域报警控制器警戒数个楼层时，应在每层各楼梯口明显部位装设识别楼层的灯光显示区域。

（3）区域报警控制系统宜设在有人值班的房间或宾馆每层服务台。

（4）一个报警区域宜设置一台区域报警控制器，系统中区域报警控制器不该该超过3台。

区域报警控制系统是由火灾的控制器和火灾探测器等组成，或由区域火灾报警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，适用于小面积建筑的保护。

集中报警控制系统

集中报警控制系统是由电子线路组成的集中自动监控报警装置，各个区域报警巡回检测带的信号均集中到这一总的监控报警装置。

它具有部位指示、区域显示、巡检、自检、火灾报警音响、计时、故障报警、记录打印等一系列功能，在发出报警信号同时可自动采取系统的消防功能控制动作，达到消防的目的和手腕，适用于较大范围内多个区域的保护。

集中报警控制器的设置应该知足以下规定：

（1）集中报警控制器和墙之间的距离不该小于1m，正面的操作距离不该小于2m。

（2）集中报警控制器的容量不宜小于保护范围内探测区域总数。

（3）区域报警控制器的设置应符合上述区域报警控制系统的有关要求。

（4）系统中应设有一台集中报警控制器和两台以上区域报警控制器。

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

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。

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。

控制中心报警系统

由消防控制室的消防控制设备、火灾自动报警探测器、集中火灾报警控制器和区域火灾报警控制器等组成，或由消防控制室的消防控制设备、火灾自动报警探测器、区域显示器和火灾报警控制器等组成，是功能复杂的火灾自动报警系统。

消防设施控制功能较全，系统的容量较大，适用于大型建筑的保护。

（1）设在消防控制室之外的集中报警控制器，均应将火灾报警信号和消防联动控制信号送至消防控制室；

（2）系统中应至少设置一台集中报警控制器和必要的消防控制设备；

（3）区域报警控制器和集中报警控制器的设置，应符合上述控制中心报警系统的有关要求。

3火灾报警系统的整体设计

火灾自动报警系统包括触发器件、火灾报警控制器、火灾警报装置和其他辅助功能装置，消防控制设备、电源等组成部份。

其系统方案框图如图所示：

图系统方案方框图

如图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、肯定火灾的发生。

火灾发生时，控制器发作声光报警，并在报警显示器上显示出火灾发生的时刻、地址等，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觉、及时灭火的目的。

探测区域和报警区域的划分

火灾自动报警系统的保护对象形式多样、功能各异，为了方便日常的保护管理，便于初期探测、初期预警，在安装火灾自动报警系统的进程中一般将保护空间划分为若干个报警区域，每一个报警区域又包括多个探测区域。

如此在火灾发生时，火灾自动报警系统就可以够迅速、准确地肯定着火部位，便于进行及时有效的灭火救灾。

报警区域是设置区域火灾自动报警控制器的大体单元，是把自动火灾报警系统的警戒范围按必然要求划分的空间。

每一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括同一个防火分区，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。

探测区域是依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大体单元。

一般情形下每一个探测区域都会对应系统中一个独立的部位编号。

按照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。

每一个探测区域的面积在500㎡之内，若是房间面积不超过1000㎡，里面的主要人口要能充分看清内部，也能够划为一个探测区域，若是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。

若是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，若是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大体要求。

（2）若是保护对象是二级保护对象而且符合下面两个条件，也能够将几个房间划分为一个探测区域。

①相邻房间的总数在10间之内，而且总面积在1000㎡以下，在每一个房间门口安装有灯光显示装置，同时门口均能看清其内部；

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）碰着下面的场所要别离单独划分探测区域:

①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;

②敞开或封锁的楼梯间内;

③建筑物闷顶、夹层;

④坡道、走道、电缆隧道、管道井。

消防联动的设计

消防联动控制系统是火灾自动报警系统中的一个重要组成部份。

消防联动包括监视和控制两部份，监视设备有水流指示器、报警阀、信号阀，需要控制的设备有消防泵、防排烟系统等。

当有火灾信号传递给火灾报警控制中心时，经控制中心确认后向联动设备发出信号，启动灭火装置和防排烟设备，避免火灾蔓延。

消防系统的控制设备有火灾报警控制器、室内消火栓系统、防排烟系统。

火灾时，消火栓按钮经消防控制主机确认后可直接启动相应的消火栓泵，同时向消防控制室发出信号。

消防控制中心也可直接手动启停相应的消火栓泵，并显示消火栓泵的工作状态，按防火分区显示消火栓按钮的位置，并显示消火栓按钮处的消火栓泵的工作状态。

对消火栓泵的手动直接控制，通过设在消防控制中心的联动控制台实现。

每一个消火栓都有编码按钮，它能直接与火灾报警控制器相接，在火灾发生时直接启动消防泵，同时向消防中心发出反馈信号。

消火栓按钮处也有启泵指示灯，用来显示泵的运行状态，同时消防控制室也可控制泵的启、停。

本设计采用消火栓联动和排烟联动设计排烟系统及自动喷水系统作为火灾报警系统的消防联动。

室内消火栓系统的联动设计

室内消火栓系统中的每一个消火栓都配有一个消火栓启动按钮，本设计采用编码消火栓按钮，直接接入火灾报警控制器，当发生火灾的时候能够直接启动消防泵，启泵的同时向消防控制中心发出反馈信号。

在消火栓按钮处设有启泵指示灯，用来指示消防泵的运行状态，同时消防控制室可控制消防泵的启、停；显示消火栓水泵的工作、故障状态；显示消火栓启泵按钮的位置。

消火栓控制原理图如图所示。

图消火栓控制原理图

当某一层出现火灾事故时候，其那一层的开关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层就会发出反馈信号。

具体的硬件电路在第4章硬件电路中详细介绍。

防排烟系统的联动设计

排烟系统的联动设计原理为每层任一感烟探测器、火灾手动报警按钮动作后，向报警控制中心发出警报，同时启动相邻层排烟阀，并启动消防排烟风机。

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。

PLC基础知识介绍

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固的工作电源，进行声光报警，指示报警的具体位置及时刻,接收、转换、处置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份。

本文采用的控制器件是PLC。

PLC是一种数字运算操作的电子系统，它采用的存储器是可编程序的存储器，存储器可贮存逻辑运算、计算、按时、程序控制和算术运算等操作指令，而且通过模拟、式数字式的输入和输出控制各类类型的机械和生产飞的进程，PLC和其有关的设备，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。

可编程控制器（PLC）的结构组成

可编程控制器（PLC）是一中工业控制用的专用运算机，在设计理念上，是运算机技术与继电—接触控制电路相结合的产物，因此它与工业控制对象的接口能力超级强，由于PLC本质上用在是工业控制的微型运算机，所以他的大体结构和组成也具有一般微型运算机的特点：

以CPU（中央处置器）为核心，通过系统程序的管理下运行。

PLC与控制对象的接口由I/O通信接口来完成，通常还要配备专用的供电电源和其他具有专用功能的模块。

如图所示：

图PLC的大体组成图

可编程控制器（PLC）的工作原理及进程

PLC系统和继电—接触器控制系统一样必然包括3个部份：

输入部份、逻辑电路部份、输出部份。

唯一的区别是：

PLC的逻辑电路部份用软件来实现，用户所编制的控制程序表现了特定的输入/输出逻辑关系。

例如：

图是一个由继电器元件组成的启动停止电路。

图继电器启动/停止控制电路

当用PLC来完成那个控制任务时，可将输入条件接入PLC，而用PLC的输出单元驱动接触器KM，他们之间要知足的逻辑关系用程序实现。

当等效的PLC控制器如图所示，两个输入按钮信号通过PLC的接线端子进入输入接口电路，PLC的输出通过输出接口、输出端子驱动接触器KM，用户所采用的编程语言为梯形图语言。

图PLC等效电路图

4自动报警灭火系统的硬件

火灾自动报警硬件系统包括触发器件、火灾报警控制器、火灾警报装置和其他辅助功能装置，消防控制设备、电源等组成部份。

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，其工作的灵敏性、靠得住性和稳固性等技术指标直接影响整个系统的正常运行。

选择探测器的灵敏度，要依照利用环境和探测器的性能，在没有火灾发生时依照系统没有发生错误报警为准进行选择。

现在，我国的大多数高层建筑中，都利用光电感烟测器，感温探测器只会用于个别的场所。

若是安装火灾探测器时只利用一种探测器，在整个的系统里容易易产生错误动作，如此会造成没必要要的损失，所以为避免错误报警应该选用两种或两种以上种类探测器。

总之，探测器应按如实际环境情形来选择，以达到及时、准确报警的目的。

在火灾自动报警系统中，能自动或手动产生火灾报警信号的元器件称为触发器件，主如果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。

本文采用的探测器为感温传感器和感烟探测器。

（1）感温传感器：

这是一种响应异样温度、温升速度和温差的火灾探测器。

而最常常利用的是定温火灾探测器。

它是在温度达到或超过预定值时响应的火灾探侧器；其结构如图所示：

图定温感温探测器结构图

定温感温探测器的工作原理如图所示：

它是由黄铜和殷铜之类膨胀系数不同的两种金属片结合成双金属小片B的传感器。

由此图可知，通常接点a和b断开，一旦发生火灾，则双金属片弯曲，于是a和b两点接触，从而使指示灯发亮或电铃发声。

图感温探测器的工作原理图

（2）感烟探测器：

感烟探测器这是一种响应燃烧或热解产生的固体或液体微粒的探测器。

由于它能探测物质燃烧初期所产生的气溶胶或烟雾粒子浓度，因此，有的国家称感烟火灾探测器为“初期发觉”探测器。

气溶胶或烟雾粒子能够改变光强，减小电离室的离子电流和改变空气电容器的解电常数半导体的某些性质。

由此，感烟火灾探测器又可分为离子型、光电型、电容式和半导体型等几种。

其中光电感烟火灾探测器，按其动作原理的不同，还能够分为减光型（应用烟雾粒子对光路遮挡原理）和散光型（应用烟雾粒子对光散射原理）两种。

若按工作特性又可分为非积累型和积累型。

非积累型传感器只要达到规定的烟浓度既工作，而积累型传感器只在规定浓度持续20-30s后才工作。

在能放射较弱α射线的电离箱中，放射性同位素产生离子电流，当烟雾进入传感器时，烟雾被α射线吸收，从而使电流减弱。

这种结构的传感器不受温度和压力转变的影响。

火灾报警控制器

火灾报警器的核心部件是PLC，选择适合的机型是PLC控制系统硬件配置的关键问题，目前，生产PLC的厂家很多，如西门子，三菱，松下，欧姆龙，LG，ABB公司等，不同厂家的PLC产品虽然大体功能相似，但有些特殊功能，价钱及利用的编程指令和编程软件都不相同，而同一厂家生产的PLC产品又有不同系列，同一系列中又有不同的CPU型号，PLC的功能应壮大，要具有开关量逻辑运算，按时，计数，数据处置等大体功能，鉴于本设计对控制速度要求不是很高，主如果开关量控制的应用系统。

选用小型PLC就可知足要求。

PLC的结构主要有整体式和模块式，本设计属于单机控制系统宜选用整体式PLC结构。

综上所述比较各厂家的整体式小型PLC可知，三菱系列PLC具有性价比高、抗干扰能力强、性能稳固、输入输出点数多等长处。

按照本系统的设计要求、工作环境、服务对象等方面考虑，三菱PLC完全能够知足本系统的设计要求。

此刻三菱PLC主要有FX1N，FX2N，FX3U，Q系列，A系列等，其中FX2NC是FX2N为基础进