基于電氣自動化控制的消防工程設計

李 樂

（新疆維吾爾自治區特克斯縣消防救援大隊，新疆維吾爾自治區 伊犁 835500）

出現火災會導致人們生命財產造成損失，所以要結合現代先進科學技術，對消防工程進行完善，在短時間內對火災災情進行控制。電氣自動化控制技術發展能夠使消防工程結合此技術，尤其是應用在自動滅火、控制和報警方面，具有良好的效果。

1 電氣自動化控制的優勢和特征

基于社會各領域的適用范圍，電氣自動化控制系統不僅僅只是對硬件設計，還要和軟件的設計結合，使兩者能夠統籌兼備，根據實踐中的生產技術進行設計。統一性為電氣自動化的主要優勢，電氣工程自動化系統中的控制對象也各有不同。對比傳統自動化，電氣自動化的保持統一性優勢明顯。使用電氣自動化能夠提高電氣系統操控效果，傳統自動化控制技術對控制系統反應時間縮短，不僅能夠遠程操控電子信息技術，還能夠實現現實情況的自我調控。也說明電氣工程控制能夠隨時隨地地提高各工作操作速度，充分展現先進技術特有的鮮明特點。

2 基于電氣自動化控制的消防工程設計

2.1 消防工程的設計方案

基于電氣自動化控制的消防工程通過電動窗、檢測與控制模塊、智能消防控制模塊構成，利用智能消防控制模塊外設按鈕能夠控制電動窗的開啟和停止；在風雨光滿足設置閾值的時候，高精度風雨傳感器能夠使開關量轉變成為電平信號，對STM32主控板發送，從而關窗；MCGS組態觸摸屏能夠實時監控主控板，實現可視化樓宇消防狀態；在煙霧傳感器對煙霧濃度感測時，如果達到門限值，就會改變電離平衡狀態，對STM32主控板發送電平信號，從而實現聲光報警和開窗，并且發送緊急短信。

2.2 硬件的設計

（1）驅動控制電路。TM1639芯片指的是鍵盤掃描接口LED驅動控制主要電路，抗干擾能力比較強，并且穩定性良好，能夠降低成本，連接MCU和串行接口，實現鍵盤與LED的掃描，降低了外圍電路軟件、硬件成本。

（2）時鐘驅動電路。利用涓細電流充電能力低功耗的實時時鐘芯片作為DS1302芯片，時鐘驅動電路的設計詳見圖1。系統供電通過Vcc1實現，紐扣電池供電通過Vcc2，導致系統斷電時不會中斷運行，設置晶振為32.768 kHz。

圖1 時鐘驅動電路的設計

（3）繼電器輸出電路。74HC595D為8位并行、串行的輸出位移寄存器，能夠實現標準串行、高移位時鐘頻率。但是，因為降低了輸出電流，繼電器能力無法得到實現，串聯大電流與后級電路。ULN2003為大電流、高耐壓的復合晶體管陣列，500 mA為最大的輸出電流，被廣泛應用到高速大功率驅動電路中。繼電器輸出電路利用I/O口控制級聯電路，上位電阻能夠提高芯片傳輸信號的噪聲容限，增強抗干擾能力。利用ULN2003電路驅動14組繼電器，使電路設計得到簡化，從而使硬件設計成本得到降低。

（4）RS485通信。利用MAX485芯片設計RS485通信低功耗收發器，利用Modbus_RTU協議使上位機的通信進行交互，提高傳輸速率。此模塊還能夠避免長距離傳輸過程中信號因為阻抗不匹配導致的反射情況，使信號穩定性得到保證。另外，避免出現干擾。GPIO指的是功能發送與接收的引腳，利用高電平進行發送，低電平進行接收，低電平接收狀態為默認狀態。

（5）主控板硬件。主控板CPU使用ARM的Cortex-M3處理器，降低成本和系統功耗，使引腳數目縮減，還能夠提供優秀計算性能與高級中斷系統響應，主控板外部利用電源變送器對直流電機電流進行檢測。

通過KCQN和KCQP使遙控開關電路輸入24 v，有效控制兩個繼電器。通過單片機KCQIN1下降沿實現開窗操作，利用單片機KCQIN2下降沿實現關窗操作，停止操作通過KCQIN1或者KCQIN2上升沿實現。在進行延時過程中，要判斷兩者是否能夠同時為1。在火災出現時，要求通過語音進行報警，使人們能夠及時地得到危險信息。STM32單片機使信息對C-S9561發送，通過晶閘管到S9561語音報警信芯片，通過轉換警報信息實現功放電路的輸出，從而實現語音報警。

2.3 自動報警模塊的設計

消防工程的核心就是及時發現火災。傳統消防工程單純根據人力觀察，無法保證及時發現問題。使用電動自動控制系統，能夠在消防工程中實現預警。消防自動報警系統包括觸發裝置、火災報警裝置、火災警報裝置、其他輔助功能裝置，工作原理為：在剛發生火災的時候，通過觸發裝置感應到物理變化，包括溫度、火焰、煙霧等，轉變為電信號，傳輸到火災報警裝置中，報告火災發生的位置和時間，實現火災的預警。其次，在自動滅火消防系統中傳遞信號，將初期火災消滅工作進行啟動。

（1）觸發裝置。利用手動報警和火災探測器實現觸發裝置的設計，將其設置到公共場所中，在出現火災的時候按下按鈕，實現報警信號的發送。火災探測器屬于自動消防報警系統的核心，能夠觸發自動檢測報警。對發生火災時候的物理現象進行檢測，不斷的探測和監視。火災探測器類型包括：其一，感煙式火災探測器。對燃燒煙霧進行檢測，設置在高要求區域中；其二，可燃氣體火災探測器。對空氣中可燃氣體濃度進行監測，從而判斷是否出現火災，一般應用到可燃氣體多的場景中，包括燃料化工、倉庫、石油等建筑物中；其三，感光式火災探測器。通過光敏感反應檢測火災，應用到易燃物多的場所中；其四，感溫式火災探測器。對室內異常溫度變化檢測，利用溫度異常的變化對是否發生火災進行判斷；其五，復合式火災探測器。結合上述探測器功能的探測器。

（2）火災報警控制器。此為消防自動報警控制系統核心，能夠將穩定的直流電源提供給火災探測器中，監視相互之間傳輸導線的故障情況。一般火災自動報警控制系統的方式主要為：其一，集中報警系統。在大規模住宅、商用辦公樓中使用； 其二，區域報警系統。對建筑物某區域進行檢測和保護，設置到保衛室等場所中；其三，消防控制中心報警系統。應用在高防火等級要求建筑中。

2.4 消防工程中的設備設置

（1）固定水壓供水設備。固定水壓供水設備使用變頻技術控制水泵，保證管道網絡水壓能夠穩定地運行。主要功能為：固定水壓供水設備能夠穩定水壓，通過壓力表的連接對水壓進行測量。假如管道水壓比正常水平要低，要求及時開展水泵補水作業。如果管道水壓高于普通的水平，就要將水泵供水的工作停止；對固定水壓供水設備自動檢測，避免水泵長時間的為停止運行狀態中，導致故障的出現。智能消防系統能夠避免水壓起伏過大對滅火工作開展造成阻礙，此設備還能夠模擬災情，及時監測供水設備供水。

（2）臨時高壓消防栓供水。在消防水電氣自動化控制系統創建過程中，臨時高壓消防栓系統為核心內容，使后續的消防功能有序開展。結合臨時高壓消防泵系統電氣自動化控制，重視消防泵啟動程序，保證消防泵能夠穩定、及時的啟動，避免因為啟動問題對供水效果造成影響。在啟動此消防泵的過程中，和火災報警系統密切相關，在火災報警系統實現警報與指令發送之后，實現消防栓的自動化運行。

（3）自動化監控系統。為了使消防供水電氣自動化控制系統使用價值得到提高，還要設計自動化監控系統的設置和使用，對整體消防供水系統構成有效監督，保證其能夠正常的運行，避免明顯異常故障。和自動化監控系統結合，對消防栓給水系統運行狀態和消防水箱、消火栓泵進行重視，避免出現自身控制運行和液位偏差等問題。對消防刷泵電源實時監督管理，避免供電過程中存在偏差。另外，還要重視自動噴水系統，使自動噴水滅火系統運行更加穩定，保證消防供水系統運行的價值。

3 單片機軟件設計和測試

STM32單片機利用C語言實現軟件編程，編程思路為程序調用子程序，系統實現上電執行復位操作，利用控制面板中的按鈕對電動窗的開關、停止進行控制，風雨傳感器與煙霧傳感器對風雨、煙霧進行檢測，自動實現開關窗，在觸摸屏中顯示主控板，圖2為消防控制系統的軟件設計流程。

為了對組態觸摸屏軟件設計驗證，實現STM32單片機通信，創建串口調試仿真實驗平臺，表1為觸摸屏和串行通信參數的設置。

表1 觸摸屏和串行通信參數的設置

以設置的通信參數之后，STM32單片機中的RS串口轉USB連接PC端，使用奇校驗，串口調試收發數據幀測試03功能碼數據幀，讀取設備主控板寄存器所有狀態信息，STM會返回1幀相應03功能碼ADU。以此表示，通過觸摸屏發送指令到STM32單片機響應指令通信成功，系統控制與監測性能良好。

圖2 消防控制系統的軟件設計流程

4 結束語

在消防工程中使用電氣自動化控制技術能夠緩解壓力，實現滅火、警報發送的自動化，要及時維護保養，保證自動化消防設施正常使用。以此，使火災得到降低，保證人民的生活環境。