建筑防火中的消防泡沫喷洒系统设计方法研究

建筑防火中的消防泡沫喷洒系统设计方法研究

朱一峰

朱一峰

南京久润安全科技有限公司

【摘要】本文主要阐述了消防泡沫喷洒系统设计过程，主要包括下位机PLC，温度、湿度和压力感测器等装置构成的系统硬件和WINCC组态软件。该系统性能测试符合火情防控需求，能够有效地对火情进行监控。

【关键词】建筑防火；消防泡沫喷洒系统；设计

随着我国社会经济的发展，人们对建筑消防系统的要求越来越高。在现代城市中，购物中心、会展建筑等公共建筑越来越多，建筑的高度、面积、功能等均发生较大变化，需要工程师利用更为科学的方法设计消防系统，为建筑的安全提供保障。

一、消防泡沫喷洒系统设计和无线数据通信模块程序

（一）消防泡沫喷洒系统概念

建筑防火工程中，消防泡沫系统由上位机和下位机组成，上位机使用可编程的逻辑控制器IPC，该设备具有智能监控界面，能够对系统排放物进行控制。下位机能够利用变频控制器和I/O设备来维护系统运行稳定和安全。消防设计是消防泡沫喷洒系统的核心，整个消防处理过程中，消防泡沫喷洒系统的变频器直接控制溶液输出泵开关的开合，对泡沫的浓度情况进行实时监测，并利用模糊PID控制法控制溶液输出泵的转速。消防处理过程中产生的沉淀会使气液两相反，影响系统的正常运行，而清洗子系统能够自动进行清洗，以维持系统运行稳定。

（二）系统软件

本次研究的系统软件是西门子组态软件WINCC，该软件能够在WINDOWS95/98/NT操作系统中运行，且具有较高的稳定性和运行速度，具有较多的功能，如数据统计并合成曲线、报表、监控网络数据传送、控制输入与输出、数据采集、流程控制等，并支持市面上绝大多数数据采集、传送设备。该软件的组成结构主要有WINCC运行环境和WINCC组态环境，两者的关系如图1。

图1WINCC运行环境和WINCC组态环境关系图

（三）系统硬件

本次研究的系统硬件主要有：由消防数字量输入和输出模式块、模拟量输入和输出模式块、电源控制器、CPU组成的下位机PLC，温度、湿度和压力感测器，电磁阀、中央控制变频器、上位机IPC等。

1本次研究中，下位机是SIEMENSS7-300PLC，上位机是SIEMENSIPC。MPI使用RS485物理界面来传递数据，而WINCC在MPI网络通信协议的基础上，通过智能通信电缆、SIEMENSCP5611卡与下位机连接。下位机通过Profibus总线电缆与中央变频器进行连接，且应用Profibus-DP主从结构，设定总线型结构类型是拓扑结构。

2本次研究中，便携式数字化温度传感器作为采集环境温度的设备，该设备工作电压最高为5.5V，最低2.8V，且使用电池供电的方式对温度采集终端节点进行供电，该传感器温度检测范围涵盖了所有火灾中可能出现的温度，该设备具有自带模数转换功能，温度寄存器含有11位的补码，测量温度的精确度较高，该设备的控制电路如图2。该温度传感器对环境温度进行监测时，存在多种工作模式，各种模式周期性的轮换，且该传感器能够进入睡眠模式以降低能耗。

图2温度传感器控制电路图

3建筑出现火情时，火情监控信号收发模块直接将火情信号发送给相关人员，便于相关人员及时处理。本次研究中，信号收发模块使用的芯片是TI公司的CC1100，该芯片操作并不复杂，能耗小，体积不大，只需工程师建立较简单的外围电路即可运行，其电路图如图3。

图3火情监控信号收发模块控制电路图

4GPRS无线信号传输模块使用的是SIMCOM公司的SIM900A，能够在GSM/GPRS双频段上运行，具有接收和发送短消息的功能，将该装置设置在系统中，能够提高系统处理异常火情温度的效率。该设备使用远程无线通信模式，界面较多，能够在多种场景中进行无线监控。串口转换电路将接收到的信号处理后，直接将信号传输至远程式控制制系统，该系统的数据存储方式是SD卡存储联合SQLserver数据库存储模式。

5温度采集终端具有液晶显示与存储数据功能，能够直观地将火情温度数据展示出来。环境温度数据采集终端使用LCD液晶模块来显示数据，该装置中有电位器，工作人员可利用利用电位器对液晶显示屏的亮度进行控制。供电电源是智能控制电源，温度采集终端不采集数据时，该装置自动切断电源，以减少能耗。该装置电路图如图4。

图4温度数据显示存储终端结构图

6消防泡沫喷洒系统中的中央控制器主要结构有：消防数据模糊调节器，PID控制器。其中，PID控制器能够进行参数调节，该装置的具体结构图如图5。消防数据模糊调节器主要对PID控制器的参数进行调节，PID控制器主要对泡沫量进行控制。消防数据模糊调节器主要应用三个输出量（消防过程微分时间和积分时间、比例系数）和两个输入量（系统误差变量和系统误差）对PID控制器参数进行调节。

图5PID控制器结构图

（四）无线数据通信模块程序

建筑防火中消防泡沫喷洒系统数据的传输和接收主要通过程序来完成，在系统对应串口设置初始化命令和打开串口命令，并使用套接字的方式完成通信程序代码。

二、消防泡沫喷洒系统测试

消防泡沫喷洒系统测试工作的目的是检测该系统中数据采集的准确性和网络运行的稳定性。在某公司1km范围内，将远程控制上位机安装在该公司的办公楼中，使其采集控制中心附近的宿舍楼和办公楼的火情温度情况数据，并使用NS2网络测试软件在不同时段测试该系统GPRS网络运行的稳定性，其部分测试结果如表1。由此可知，不同时段网络丢失包数和数据延时有显著的变化趋势，在上午7点半至中午12点，公司人数最多，增大了系统监测的压力，使无线网络的压力增大，可能引发网络堵塞，使得丢失包数和数据延时变大。但是，该系统GPRS网络运行的稳定性均合格，能够满足火情防控要求。工程师对系统进行测试时，对比监测了区域中的火灾情况，详情如表2。

结束语

本次研究中，消防泡沫喷洒系统主要利用WINCC组态软件来监控、采集和存储数据，并统计相关数据，如果排量和排放物均大于限定值，该系统中央控制系统会发出预警信号。对该系统进行试验调试，该系统能够进行火情监控和及时预警。本次研究中，消防泡沫喷洒系统能够以自动化控制方式控制泡沫的排放量，再加上下位机控制的灵活性，最大限度地提升了该系统各项功能的智能化程度。WINCC的控制子系统能够在操作界面上显示系统运行的所有情况，并及时、准确的传输相关数据，具有较高的应用价值。

参考文献：

[1]张太成.建筑防火中的消防泡沫喷洒系统设计方法研究[J].工程经济，2015，03（01）：85-91.

[2]曾勇，杨满江.台固定式水成膜泡沫灭火系统消防安全试验与评估[J].中国舰船研究，2013，07（02）：105-110.

[3]高振锡，阎玲，王瑞，等.泡沫喷雾灭火系统设计计算[J].消防科学与技术，2010，11（02）：126-128.