智能樓宇消防教學實訓平臺開發

張盛開 于吉生 趙婷 張廣進 王曉正

摘要：火災報警控制器是消防系統的重要組成部分。控制器接收火災探頭及手報按鈕送來的火災信號，經過判斷輸出指令信號，一方面啟動火災聲光報警裝置;另一方面啟動滅火及消防聯動系統，用以驅動各種滅火設備及防煙排煙設備等;同時設備會自動記錄火災狀況，以備事后查詢。消防水泵采用變頻器控制方式，由PLC發出控制信號，控制消防水泵的啟停。采用RS485通訊方式，把相關數據遠程到監控PC和手機上。

關鍵詞：消防控制器;PLC;變頻器;消防探頭;遠程監控

引言

智慧消防是對傳統消防的升級，在傳統的消防設施上安裝傳感器、探測器，使這些設施能夠聯網。聯網之后，這些設施就能夠實時的被監控，代替了人力，提高了效率。而大數據的應用，會對火災隱患有著預警作用，可以說極大的解決了消防的問題和漏洞。

1智能樓宇消防教學實訓平臺構成

本實訓平臺由全鋁合金構成，美觀及牢固，可自由根據實地面積排放。單獨提供電源，移動方便，活動性大。實訓功能強大，可根據實驗要求自行排放，大大增加實訓功能。模塊自由組合聯網進行實訓，另外可以與監控平臺聯網，進行擴展實訓。系統采用單相220V，50Hz電源供電，不需要特殊電源。

實訓平臺外型尺寸為1000mm *2000mm*1800mm，如圖1所示。首先由40*40鋁型材搭建框架，安裝背板，模擬樓宇建設房間，安裝各種探頭，布置樓宇電氣線路，安裝主機（注意UPS電源上電），安裝水箱、管路、水泵及噴淋系統，然后開通網絡，對各個模塊、探頭進行編碼;實訓平臺共 12個房間+1個1樓大廳，每個房間安裝一個溫感和一個煙感，為節約成本其它不同的傳感器均安裝在一樓大廳，可以起到仿真的效果。左側樓層安裝主控制器，左下方安裝水箱、水泵及噴淋系統。

實訓平臺CPU分為2部分：消防控制器主機系統和PLC系統。消防主機負責采集消防探頭的信號，同時發出相應的控制信號及報警信息。PLC系統主要負責水噴淋設備。

消防探頭種類眾多，常用的是感溫探測器和感煙探測器。感溫探測器具有差溫式探測器和定溫式探測器功能相結合的優點，既可以利用保護區域內溫度上升至超過預先設定值時發出報警，同樣還可以利用單位時間內溫度上升速率超過預定值時發出報警。智能光電感煙探測器，通過不斷向保護區域內發射紅外光束的方式，來檢測火災的發生，在保護區域內正常且無煙狀態下，探測器只能接受到很微弱的紅外光束，當保護區域內有火災發生時，當煙霧濃度上升超過控制器設定值時就會產生報警信號。消防主機及其附屬產品如圖2所示。

2 電氣控制系統組成

本實訓平臺采用一臺64點CPU主機，可以接入64個消防探頭等檢測。消防主機具有RS232通訊功能，可以和PLC之間傳輸相關的數據。PLC采用西門子200 SMART系列，變頻器采用西門子V20系列。主要電氣硬件配置表如表1所示。

實訓平臺CPU分為2部分：消防控制器主機和PLC。消防控制器連接溫感、煙感等多種探測器，以及手動報警器、光柵等多種人為觸發報警裝置。PLC負責接收消防主機的報警信號，間接控制噴淋水泵工作。本實訓平臺報警系統網絡圖如圖3所示。

消防主機具有RS232通訊模塊，通過RS232轉RS485協議轉換器與遠程云通訊模塊相連，PLC具有RS485通訊接口和Profinet通訊接口，可以采用Profinet網絡直接與遠程云通訊模塊相連，兩款主機數據傳送到云端服務器，可以通過遠程PC和手機畫面顯示數據以及操作現場設備。遠程云端訪問網絡圖如圖4所示。另外系統畫面中可以集成螢石攝像頭，可以實時在網頁上監控現場的實際場景。

3消防報警系統的工作原理

通過對煙霧、溫度等信息的采集，再與探測器的起始設定值進行比較，在確認火災發生時，將檢測到的物理信號轉換為電信號傳遞至區域報警控制器。如果工作人員在現場發現火警，應立即按下對應區域的手動報警按紐。區域報警控制器在接受到火警信號后會產生兩方面動作，一方面控制警報器進行聲光報警，并同時顯示記錄火災發生的地點和時間，并告知在消防室的值班人員，值班人員對火災顯示器進行信號處理，并確定火災位置;另一方面通知相關人員立即檢查火勢，并采取相應措施。在消防總控制室中，火災報警控制器通過RS232通訊在屏幕上顯示各個探測區域的工作狀態。

消防水泵電控系統采用PLC為核心，消防控制主機檢測到報警信號后，主機會發出信號送給PLC，PLC啟動變頻器，啟動水泵進行噴淋操作。

測試消防系統時，可以采用手動模擬仿真的方法，每個探頭會對應一個按鈕，通過操作按鈕測試探頭是否正常工作。對于溫感可以用吹風機或者熱風槍對著探頭吹，當溫度升高時，報警器會發出聲響;而煙感可以采用香煙的形式，當香煙靠近探頭時，消防主機會發出報警聲音。

4 教學效果

消防系統自動化在高校是一個空白區域，如果消防自動化了解不多，學生擇業時會缺少一個就業方向。消防演示實訓縮微模型，屬于樓宇自動化的一部分，同時結合高壓供水系統，與自動化專業知識進一步結合，本平臺是一個非常好的實訓平臺，一來可以擴展學生的知識面，了解日常生活中的消防知識，二來可以增加學生的就業機率，整個實訓平臺可以提高學生的實踐動手能力。

參考文獻：

[1]陳小珠. 基于PLC的6層電梯自動控制系統 [J]. 電腦編程技巧與維護，2021

[2]魏有法. 基于PLC的消防聯動報警裝置設計 [J].機電技術，2021

[3]蘭洲. 基于PLC的消防控制系統設計 [J]. 電氣技術，2021

基金項目：營口理工學院大學生創新創業項目（S202114435021）資助。