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1、计算机控制技术课程设计课题题目：火灾报警及灭火控制系统设计 学生姓名： 学号： 学院： 目录第一章 绪论11.1 课题的设计背景及意义11.2 国内外技术现状21.3 设计内容2第二章 系统整体设计32.1 火灾报警及灭火控制系统简介32.2 系统整体结构及工作原理4第三章 系统硬件设计53.1 上位计算机选型53.2 控制器选型53.3 执行机构与驱动电路设计7第四章 系统软件设计94.1 总体设计94.2 软件各功能模块设计10第五章 设计总结165.1 系统设计总结165.2 设计过程总结16参考文献17第一章 绪论1.1 课题的设计背景及意义1.1.1 设计背景火灾是指在时间或空间上失
2、去控制的灾害性燃烧现象。在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。火灾能烧掉人类经过辛勤劳动所创造的物质财富、涂炭生灵、危机人的生命和健康、污染大气、破坏生态平衡，在一定程度上影响着人们的正常生活和社会经济发展，给人类造成难以消除的身心痛苦以及无法挽回和弥补的损失。火灾对人的危害有四种，即缺氧、高温、毒性气体、烟尘。火场上可燃物燃烧消耗氧气，同时产生毒气，使空气中的氧浓度降低。特别是建筑物内着火，在门窗关闭的情况下，火场上的氧气会迅速降低，使火场上的人员由于氧气减少而窒息死亡； 火场上由于可燃物质多，火灾发展蔓延迅速，火场上的气体温度在短时间内即可达到几百摄氏度
3、。空气中的高温，能损伤呼吸道。在火场， 经常可以发现体表几乎完好无损的死者，这些死者大多是由于吸入过多的热气而致死的；火场上的热烟尘是由燃烧中析出的碳粒子、焦油状液滴，以及房屋倒塌时扬起的灰尘等组成。这些烟尘随热空气一起流动，若被人吸入呼吸系统后，能堵塞、刺激内粘膜，有些甚至能危害人的生命；由于火场上的有害气体往往同时存在，其联合效果比单独吸入一种毒气的危害更为严重。这些毒性气体对人体有麻醉、窒息、刺激等作用，损害呼吸系统、中枢神经系统和血液循环系统，在火灾中严重影响人们的正常呼吸和逃生，直接危害人的生命安全。火灾对经济的危害同样很大，代社会空前发展，积累了巨大的社会财富。特别是在城市地区，
4、社会人口相对集中，建筑设施鳞次栉比，一旦发生火灾，会严重危害人们的生命财产安全，造成惨重的损失。因此，为了能够减少火灾对人体的伤害以及降低火灾对经济的影响，火灾报警装置与灭火控制系统应运而生。1.1.2 设计意义随着经济的发展与社会的进步，火灾对于我们的生活有着巨大的危害，为了降低火灾的造成的损失，火灾报警装置能够发挥巨大的作用，同灭火控制系统协作运行，将火灾警情扼杀在摇篮之中。 通常火灾发生在人群稠密和物资集中的地方，扩展的速度较快，而这些地区的消防通道又常常拥堵， 消防车难以进入，消防灭火工作难以展开，往往小的火灾却酿成大的灾祸。而当我们拥有了这一套火灾自动报警与灭火控制系统，往往能够快速
5、有效地进行灭火，不仅抑制了火势的蔓延，而且节约了宝贵的救援时间，最终将损失降到最低。火灾自动探测报警技术是将传感技术、通讯技术和智能化信息处理应用于火灾预防的一项综合性技术。它集计算机技术、微处理器技术、电子技术、控制检测技术、现场总线技术、通信技术、人工智能技术、网络技术于一体，具有速度快、精度高、实时性好、可直接与城市 119 消防衷心地计算机联网等突出优点，充分体现了火灾自动报警系统以预防为主、火灾监测、早期报警的特点，为及时发现火情、及时控制火情、有效保护人命生命财产的发挥着巨大的作用。91.2 国内外技术现状近年来，我国火灾自动报警工程应用技术实现了较快发展，但由于在实际应用中，火灾
6、自动报警系统的通讯协议不一致，火灾自动报警工程技术水平与国外相比还相对落后，还存在着一些比较突出的问题：适用范围过小、智能化程度低网络化程度低、组件连接方式有待改善、火灾自动报警系统误报、漏报问题较多、超早期火灾探测报警技术应用还几乎处于空白。目前针对上述问题，火灾自动报警应用技术应进一步着眼于当前国际发展的新形势，加快更新改造进程，加强对数字技术和新工艺、新材料的应用，改进系统能力，使火灾自动报警应用技术向着高可靠、低误报和网络化、 智能化方向发展。当前，国外火灾自动报警应用技术的发展趋势主要表现为以下方面：网络化、智能化、多样化、小型化、社区化等。目前国内常用的自动灭火系统有以下几种：有管
7、网七氟丙烷灭火设备（七氟丙烷灭火系统）由七氟丙烷钢瓶、容器阀、氮气瓶组，电磁驱动装置、选择阀、单向阀、集流管、连接管、压力信号器、喷头等部件组成。需要设置专用的气瓶间；柜式七氟丙烷灭火装置是一种预制的、以全淹没方式灭火、独立成套、可移动的灭火设备,可以与消防控制中心相连接,由火灾报警灭火控制器驱动实施自动灭火,该装置不需要设置专用的设备间,整套灭火设备均在保护区内；悬挂式灭火装置分为： 电磁悬挂式七氟丙烷灭火装置和定温型悬挂式七氟丙烷灭火装置。具有节约空间、安装简单、便利的优点。由储存罐、喷头、电磁驱动阀、压力信号器、压力表组成，可悬挂于可以承力的地方或安装于墙壁上，与火警报警系统和气体灭火控
8、制器构成一套自动灭火装置。1.3 设计内容本设计把握当今火灾报警及灭火控制系统的发展趋势，通过文献查阅、调查研究等方法，以 PC+ 数据采集卡为控制主要设备，组建成一个控制系统，根据控制被控对象及控制要求的不同，设计一套稳定的控制系统。本论文共分为五章：第一章，简单介绍了火灾报警及灭火控制系统的应用背景及设计意义，分析国内外发展现状。第二章，主要介绍了火灾报警及灭火控制系统的结构、测控要求及系统功能，设计结构框图和工作原理。第三章，主要介绍了火灾报警及灭火控制系统硬件的选型，选择并确定合适的上位机、数据采集卡、传感器做为本控制系统的主要配件。第四章，主要介绍了火灾报警及灭火控制系统的软件设计，
9、简单介绍开发工具在组态王软件中搭建系统。第五章，总结分析本次火灾报警及灭火控制系统设计的设计过程及成果第二章 系统整体设计2.1 火灾报警及灭火控制系统简介2.1.1 结构本次设计中火灾报警及灭火控制系统系统以下造型结构，其布置与结构如图 2-1 所示。此结构由感烟探测器、感温探测器、手动报警按钮、火灾声光报警器以及灭火联防系统组成，其中感温探测器采用了热敏电阻传感器，感烟探测器了采用离子式烟雾传感器，灭火联防系统由消防水箱、水泵控制箱、水雾蓬头等构成。图 2-1.结构示意图2.1.2 测控要求要求火灾报警器能够及时地进行预警，并向灭火控制系统发出动作指令，进行快速高效的灭火工作。为此，火灾报
10、警及灭火系统采用以下控制设计方案：1）报警阶段：火灾发生初期，会伴随高温，烟雾等情况的发生，可以通过安装在现场的感烟探 测器、感温探测器识别触发火灾自动报警器，或通过手动报警按钮实现火灾报警。2）灭火阶段：现场配有灭火控制装置如消防联动控制系统进行自动灭火，或通过人为手动灭火 如灭火器等。控制系统控制要求如下：1）感温探测器，感烟探测器能够及时有效地探测出空间中温度的异常变化以及烟雾含量的激增 情况；2）火灾声光报警器能够迅速收到信号进行分析判断是否发生火灾，若是则发出警报（鸣警笛， 闪警灯）；3）同时灭火控制系统接收到火灾报警器发来的信号，立刻动作进行灭火工作；4）每个水雾蓬头安装电磁阀，由
11、数据采集卡+pc 控制其开闭以达到出水关水，进行灭火作业；5）灭火结束后停止警报，灭火控制系统停止工作。2.2 系统整体结构及工作原理2.2.1 结构框图如图 2-2 所示。火灾报警及灭火控制系统通过上述信号变换与控制，实现火灾自动报警同时控制灭火系统通过水雾蓬头等进行灭火作业。图 2-2 火灾报警及灭火控制系统组成框图2.2.2 工作原理火灾报警及灭火控制系统的原理是通过感烟探测器中的离子式烟雾传感器和感温探测器中的热敏电阻传感器电阻变化从而改变电压信号由数据采集卡收集发送到计算机，计算机通过比较与正常情况下的电压信号来分析判断是否发生火灾警情，如果判断出出现火灾警情（输出为 1），则发送信
12、号给火灾报警器（鸣警笛，闪警灯），来并转换为控制信号输出给灭火控制系统进行灭火作业，反之（输出为 0）则不会进行动作。当灭火完成时，火灾探测器的压信号与正常情况下整定值相同时， 计算机向火灾报警器发出停止指令，灭火控制系统随之停止灭火作业。2.2.3 各主要部件作用及特点计算机的作用是将现场正常情况下整定值与收集到的数据值进行计算比较，再将其转换成控制信号发送给其他部件。数据采集卡就是把模拟信号转换成数字信号的设备，其核心就是 AD 芯片。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁，本次设计数据采集是从感温探测器和感烟探测器中的传感器测电阻变化从而改变电量信号，送到上位机中进行分析处理。它的特点是能够
13、快速地将数据采集并导入计算机中。感温探测器是对警戒范围中某一点或某一线路周围温度变化时响应的火灾探测器。它是将温度的变化转换为电信号以达到报警目的。其特点是反应灵敏，信号转换方便。感烟探测器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，烟雾探测器内部采用离子式烟雾传感， 离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中， 性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。第三章 系统硬件设计3.1 上位计算机选型上位机是指可以直接发出操控命令的计算机，一般是 PC，屏幕用于显示音频信号变化。上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。合适的
14、上位机可以提高程序运行的效率以达到最佳效果。本系统中，上位计算机型选择联想战神 K66D-i5D4，下面对其配置进行简单介绍。最高搭载全新 Intel Core i5-4210M(2.6GHz/L3 3M），性能卓越；内存容量 2GB，内存类型 DDR3L，高效完成系统运行；选用 1TB 机械硬盘，容量足够大，能够迅速响应，答复增强系统速度；最大支持 16GB DDR3L 内存，有效提升系统性能；独立显卡采用 NVIDIA GeForce GTX 960M，显存容量 2GB，显存位宽 128bit， 显存类型 GDDR5；具备 2 个 USB 3.0 接口 2 个 USB2.0 接口。3.2
15、控制器选型3.2.1 数据采集卡选型数据采集是指对设备被测的模拟或数字信号，自动采集并送到上位机中进行分析、处理。数据采集卡，即实现数据采集功能的计算机扩展卡，要建立一个数据采集与控制系统，数据采集卡的选择及其重要，在挑选数据采集卡时，主要是需要考虑根据需求选取适当的总线形式，适当的采样频率，适当的模拟输入、输出通道数量，适当的数字输入、输出通道数量等，并根据操作系统以及数据采集卡的需求选取适当的软件。1.明确应用需求在选择数据采集卡之前，必须全面分析应用需求，充分了解各种数据采集产品的特点、支持的开发平台种类、运行的操作系统环境以及开发难度等，然后根据有关指标进行合理选择。本次设计主要是针对温度变化来自现场设备运行状态的模拟电信号，是模拟量输入信息，可采用模拟量输入板卡。
