1、 編號: 畢業論文(設計) 題 目 火災自動報警系統的設計 指導教師 學生姓名 學 號 20080170 專 業 機械設計制造及其自動化 教學單位 德州學院機電工程系 （蓋章）二O一二年四月三十日目 錄摘 要11 引言11.1 火災自動報警系統的作用11.2 選題的目的和意義22 火災自動報警系統簡介22.1 火災自動報警系統概述32.2 火災自動報警系統的組成33 系統的設置43.1 區域報警控制系統43.2 集中報警控制系統53.3 控制中心報警系統64 PLC的選擇與程序設定64.1 PLC的選擇74.2 PLC 的程序設定85 火災自動報警系統的設計95.1 系統的選型95.2 報警區

2、域和探測區域的劃分95.3 火災探測器的選擇105.4 消防聯動的設計12結束語16參考文獻16謝 辭18火災自動報警系統的設計 （德州學院機電系，山東德州 253023）摘 要：火災自動報警系統(AFAS)是當今現代化建筑中不可缺少的組成部分，在火災發生初期它能及時的發出信號，為人們的生命和財產提供重要保障。火災自動報警系統由觸發器件、火災報警控制器、火災警報裝置以及其他輔助功能裝置組成，火災發生時它把煙霧、溫度等物理信號轉變成電信號從而向人們發出警報,以便于人們盡早疏散，采取滅火措施。本設計通過對火災自動報警系統以及消防聯動的分析，將PLC技術應用到本系統中，以PLC為核心設計火災自動報警

3、系統。關鍵詞：火災；PLC；自動報警；消防聯動1 引言二十一世紀的今天，人類社會發展迅速，居民樓、大型商場，醫院等各式建筑隨處可見，但同時帶來的還有突發事故發生時人們生命和財產的不安全性?；馂膶θ藗兩拓敭a的威脅尤其嚴重，因此人們對火災的預防愈發的重視。在一座建筑中安全有效的火災自動報警系統是人們生命和財產的保障，設計出有效的火災報警系統才能減少火災給人類社會帶來的損失。我國的火災自動報警系統經歷了從無到有、從簡單到復雜的發展過程，其智能化程度也不斷提高，但距離國際先進水平還有一定距離。隨著社會和科技的不斷進步，對于火災自動報警系統的要求也越來越高，所以要充分認清現狀，不斷發展我國自主研發的

4、火災自動報警系統。1.1 火災自動報警系統的作用如今現代化建筑都朝著大型化、高層化及復雜化方向發展，消防問題也變得越來越重要，火災自動報警系統應運而生。火災自動報警系統綜合運用計算機網絡與戈火災自動報警區域驚醒連接，以達到及時報警、及時滅火的目的。其主要功能包括：（1）自動接收火災報警信號。在火災發生的初期通過感溫、感煙和感光等火災探測器將火災產生的煙霧、熱量和光輻射等物理量轉變成電信號，傳遞到火災報警控制器。（2）顯示火災報警部位，發出火災報警信號。火災顯示盤可以顯示出火災發生的位置，記錄火災發生的時間，并傳遞給火災報警控制器。（3）火災發生時，火災自動報警系統可以通過雙輸入/輸出模塊及雙動

5、作切換模塊對消防泵和噴淋泵進行自動或手動控制，并接收狀態信號，對排煙機進行控制。（4）火災自動報警系統可以通過單輸入/輸出模塊及切換模塊切斷有關部位為的非消防電源。（5）火災自動報警系統可以顯示消防電源，及水流指示器、濕式報警閥和信號閥的工作狀態。（6）火災自動報警系統可以顯示保護對象的重點部位、疏散通道及消防設備所在位置的平面圖等。1.2 選題的目的和意義 火災給人類、社會和自然造成的傷害不斷擴大，它不僅毀壞物資財產，造成社會秩序混亂，還直接威脅人們的生命安全，是威脅公共安全和社會發展的主要災害之一。而良好的報警系統和及時的報警機制能夠在第一時間內發現火災的發生，并且在造成重大事故之前控制住

6、火情，大大降低生命和財產損失?；馂淖詣訄缶跋缆搫酉到y，可以對火災進行先期預報，這樣可以做到及時撲滅、保障人的生命和財產安全。因而要加快改進開發出具有結構簡單、性能穩定、實用方便、價格低廉的火災自動報警系統。傳統的火災自動報警器多采用繼電接觸器控制，功能單一，線路復雜，接點多，容易發生故障，可靠性差。而PLC應用于火災自動報警器具有以下優勢：（1）可靠性。與傳統的繼電器邏輯控制系統相比，PLC可靠性的提高有以下原因：PLC不包含大量的活動部件和電子元器件，其接線相對很少；PLC采用了一系列可靠性設計的方法進行設計；PLC有較強的易操作性，它具有編程簡單、操作方便、維修容易等特點。與通用的計算

7、機控制系統比較，PLC可靠性提高的主要原因：PLC具有比通用計算機控制系統更簡單的編程語言和更可靠的硬件；在PLC的硬件設計方面，采用了一系列提高可靠性的措施；在PLC的軟件設計方面，也采取了一系列提高系統可靠性的措施。（2）易操作性。PLC的易操作性表現在下列三個方面：操作方便；編程方便；維修方便。（3) 靈活性。PLC的靈活性表現在下列三方面：編程的靈活性；擴展的靈活性；操作的靈活性1。2 火災自動報警系統簡介火災自動報警系統是為了預防火災，減少火災給人的生命和財產的損失而安裝在建筑物內的消防設施，它與各火災自動報警區域連接，以達到及時發現、及時滅火的作用。2.1 火災自動報警系統概述火災

8、自動報警系統（AFAS）是人們為預防火災，減少火災給社會帶來的危害而應用于大型建筑內的火災早期預警系統。由于其在消防工作中發揮的巨大作用而被廣泛應用于商場、超市、醫院等大型建筑?；馂淖詣訄缶到y工作原理如下圖：圖1 火災自動報警系統工作原理圖如圖1安裝在火災報警區域的火災探測器感知周圍環境的溫度、煙霧等物理量，并將其轉換成電信號反饋給報警控制器，控制器將接收的信號與內存的正常整定值比較、確定火災的發生?；馂陌l生時，控制器發出聲光報警，并在報警顯示器上顯示出火災發生的時間、地點等，同時控制器協調消防聯動控制系統同步啟動，按一系列預定的指令控制消防聯動裝置動作，向火災發生的現場及相鄰區域發出警鈴報

9、警，各應急疏散指示燈同步開啟，想人們指明逃離的通道，控制排煙系統及自動噴水系統啟動?；馂淖詣訄缶到y通過以上步驟達到及時發現、及時滅火的目的2。PLC是一種數字運算操作的電子系統。PLC采用存儲器是可編程序的存儲器，存儲器可儲存邏輯運算、計算、定時、程序控制和算術運算等操作指令，并且通過模擬、式數字式的輸入和輸出控制各種類型的機器和生產飛的過程，PLC以及其有關的設備，都按易于使工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。2.2 火災自動報警系統的組成火災自動報警系統包括觸發器件、火災報警控制器、火災警報裝置以及其他輔助功能裝置（消防控制設備、電源等）等組成部分。(1)觸發器件。在火災

10、自動報警系統中，能自動或者手動產生火災報警信號的元器件稱為觸發器件，主要是指手動火災報警按鈕和火災探測器。火災探測器能感知火災產生的煙霧、溫度、熱輻射等物理量并將其轉換為電信號傳遞給火災報警控制器。手動火災報警按鈕是手動方式啟動火災自動報警系統的裝置。(2)火災報警控制器。在火災自動報警系統中，用來接收、顯示和傳遞火災報警信號，并能發出控制信號和具有其它輔助功能的控制指示設備稱為火災報警控制器。火災報警控制器擔負的任務有：監視探測器及系統自身的工作狀態；為火災探測器提供穩定的工作電源；進行聲光報警；指示報警的具體位置及時間；接收、轉換、處理火災探測器輸出的信號；執行相應輔助控制等。它是火災自動

11、報警系統的核心組成部分。(3)火災警報裝置。在火災自動報警系統中，能發出聲、光等火災警報信號的裝置稱為火災警報裝置。它以聲、光等報警方式向報警區域發出火災警報警信號，以警示人們迅速安全疏散、采取滅火救災措施。(4)其它輔助功能裝置。電源，火災自動報警系統屬于消防用電設備，其主電源應當采用消防電源，備用電采用蓄電池。消防控制設備包括自動滅火系統、防煙排煙系統等系統的控制裝置的部分或全部3。3 系統的設置火災自動報警系統的主要形式有：區域報警控制系統、集中報警控制系統和控制中心報警系統。3.1 區域報警控制系統圖3 區域報警控制系統原理圖如圖3，區域報警控制系統是由區域火災報警控制器和火災探測器等

12、組成，或由火災的控制器和火災探測器等組成，功能簡單的火災自動報警系統。適用于較小范圍的保護。3.2 集中報警控制系統圖4 集中報警控制系統原理圖如圖4，集中報警控制系統是由集中火災報警控制器、區域火災報警控制器和火災探測器等組成，或由火災報警控制器、區域顯示器和火災探測器等組成，功能較復雜的火災自動報警系統。當報警區域較多、區域報警控制器超過3臺時，采用集中報警系統。集中報警系統至少有一臺集中報警控制器和兩臺以上區域報警控制器集中報警控制器應設置有人值班的專用房間或消防班室內。3.3 控制中心報警系統圖5 控制中心報警系統原理圖如圖5，控制中心報警系統是由消防控制室的消防控制設備、集中火災報警

13、控制器、區域火災報警控制器和火災探測器等組成，或由消防控制室的消防控制設備、火災報警控制器、區域顯示器和火災探測器等組成，有復雜功能的火災自動報警系統。本系統的系統容量較大，功能齊全，這種系統比較適合用來保護大型建筑4。4 PLC的選擇與程序設定 PLC是可編程序控制器的英文縮寫，是一種數字式的電子裝置。它使用可編程序的存儲器來儲存指令，實現邏輯運算、順序運算、計數計時和算術運算等功能，用來對各種機械或生產過程進行控制。4.1 PLC的選擇(1)PLC的組成PLC主要由中央處理單元（CPU）、存儲器、輸入、輸出、編程器等部分組成。(2)PLC的工作原理PLC是按照下面的過程進行工作：收集工作現

14、場的信息：在系統軟件的控制下，依次掃描各輸入點的狀態；執行程序：按順序掃描用戶程序中的各條指令，按照輸入的狀態和指令內容進行邏輯運算；輸出控制信號：根據邏輯運算的結果，輸出狀態寄存器向各輸出點并行發出相應的控制信號，實現所要求的邏輯控制功能。上面的過程完成后，又重新開始，反復執行。在每次掃描開始時先執行一次自診斷程序，如果發現故障，PLC執行關機程序，保留現行的工作狀態，關斷所有輸入點，停機。如果沒發現故障，PLC會繼續掃描，檢查是否有編程器等的通信請求。處理完通信之后，PLC會繼續往下掃描，輸入現場信息，順序執行用戶程序，輸出控制信號，完成一個掃描周期。然后又從自診斷開始，進行下一輪的掃描。

15、PLC就是這樣不斷反復地循環，實現對機器的連續控制5。(3)PLC控制火災自動報警系統的原理圖見下圖：圖2 PLC火災自動報警系統工作原理圖(4)PLC的選用本火災自動報警系統選用西門子公司的SIEMENS S7-200系列的PLC，這個系列的PLC具有結構緊湊、可擴展性強、指令集豐富、模塊化等特點，可滿足比較復雜的控制系統的要求。4.2 PLC 的程序設定(1)火災自動報警系統PLC梯形圖：圖6 火災自動報警系統控制梯形圖(2)火災自動報警系統PLC I/O圖:如下圖為火災自動報警系統的PLC程序控制的輸入輸出圖：圖7 火災自動報警系統PLC I/O圖5 火災自動報警系統的設計火災自動報警系

16、統肩負著火災的安全防范重任，是智能建筑中建筑設備自動化系統（CBS）的重要組成部分?；馂淖詣訄缶到y的設計首先必須符合GB50116-98火災自動報警系統設計規范的要求，同時也要適應建筑的特點，合理選配產品，做到安全適用、技術先進、經濟合理。5.1 系統的選型設計火災自動報警系統時，必須遵循國家有關方針、政策、規范和公安消防部門的相關法規，針對保護對象的特點，做到安全可靠、使用方便、技術先進、經濟合理?；馂淖詣訄缶到y的保護對象是建筑物或者建筑物的某部分，不同建筑物的使用性質、火災危險性、重要程度、耐火等級、建筑結構形式、環境條件、分布狀況以及管理形式等各不相同，因此在設計時應仔細考慮分析這些

17、問題，根據不同的情況選擇不同的火災自動報警系統。如果保護對象的規模不大，重要程度不高，選用區域報警系統；當保護對象規模大，重要程度高，人員集中，聯動設備也多，可采用集中報警系統或控制中心報警系統。歸根結底，如何選擇報警方式和系統方式，應根據實際工程情況而定。5.2 報警區域和探測區域的劃分火災自動報警系統的保護對象形式多樣、功能各異、規模不等，為了便于早期探測、早期預警，方便日常的維護管理，在安裝火災自動報警系統的過程中一般將保護空間劃分為若干個報警區域，每個報警區域又包含多個探測區域。這樣在火災發生時，火災自動報警系統就能夠迅速、準確地確定著火部位，便于進行有效的滅火救災。報警區域是設置區域

18、火災自動報警控制器的基本單元，是把自動火災報警系統的警戒范圍按一定要求劃分的空間。每個報警區域由一個防火分區或幾個相近的防火分區組成，但不同的報警區域內不能包含同一個防火分區；不同樓層的幾個不同的防火分區也不會受到同一報警區域的保護。探測區域是按照探測火災的部位把報警區域劃分的單元，它是將火災探測器進行編號的基本單元。一般情況下每個探測區域都會對應系統中一個獨立的部位編號。 根據我國現行的國家標準火災自動報警系統設計規范中的規定，探測區域的劃分要符合以下要求： (1)劃分探測區域時要將其按獨立的房間劃分。每個探測區域的面積在500以內；如果房間面積不超過1000，里面的主要人口要能充分看清內部

19、，也可以劃為一個探測區域；如果探測區域內安裝有纜式感溫火災探測器其的長度不宜超過200m；如果探測區域內安裝空氣管差溫火災探測器，其長度宜在20ml00m之間；如果探測區域內安裝紅外光束型感煙火災探測器，其長度不宜超過l00m，以上是劃分火災自動報警系統的探測區域的基本要求。 (2)如果保護對象是二級保護對象并且符合下面兩個條件，也可以將幾個房間劃分為一個探測區域。 相鄰房間的總數在10間以內，而且總面積在1000以下，在每個房間門口均能看清其內部，同時門口安裝有燈光顯示裝置；相鄰房間不超過5間，總面積不超過400，并在門口設有燈光顯示裝置。(3)碰到下面的場所要分別單獨劃分探測區域： 敞開或

20、封閉的樓梯間內； 消防電梯前室、防煙樓梯間前室、消防電梯與防煙樓梯間合用的前室； 坡道、走道、電纜隧道、管道井； 建筑物悶頂、夾層 6。5.3 火災探測器的選擇火災探測器是火災自動報警系統的檢測元件，其工作的穩定性、可靠性和靈敏性等技術指標直接影響整個系統的正常運行。選擇方法如下：(1) 根據火災的特點選擇探測器：如果在火災發生的初期有陰燃階段，能產生大量的煙和少量的熱，很小或買有火焰的輻射，應該選用感煙探測器。如果火災發展迅速，會產生大量的熱、煙和火焰輻射，可選用感溫探測器、火焰探測器、感煙探測器或他們的組合。如果火災發展迅速，并伴有強烈的火焰輻射和少量煙和熱，應選用火焰探測器如果對火災形成

21、特點不了解，應該進行模擬試驗，根據試驗得出結論，選擇適合的探測器。(2) 根據安裝現場的環境特征選擇探測器：如果安裝場所的相對濕度長期大于95%，氣流速度大于5m/s，含有大量粉塵、水霧，會產生腐蝕性的氣體，在正常情況下有煙霧滯留，產生機物質的場所，不可以選用離子感煙探測器。如果安裝場所發生火災時可能產生陰燃或者發生火災不及早報警將造成重大損失，不能選用感溫探測器；在正常情況下溫度變化很大的場所，不可選用差溫探測器；如果安裝場溫度不超過0，不能選用定溫探測器。高層民用建筑及其有關部位火災探測器類型的選擇應該參照下表。表1 高層民用建筑及其有關部位火災探測器類型的選擇參照項目設 置 場 所火災探

22、測器的類型差溫式差定溫式定溫式感煙式I級級級I級級級I級級級I級級級1劇場、電影院，會場，禮堂，商場，百貨公司，飯店，旅館，公寓，集體宿舍，醫院，住宅，博物館，圖書館×2開水間，廚房，鍋爐房，消毒室等×××××××××3進行干燥烘干的場所×××××××××4可能產生大量蒸汽的場所×××××××××5立體停車場，發電機室

23、，飛機庫等×××××6電影放映室，電視演播室××××7發生火災時，溫度變化緩慢的小間×××8樓梯及傾斜路×××××××××9走道及通道×××××××××10電纜豎井，管道井×××××××××11電子計算機房，通

24、訊機房××××××12書庫，地下倉庫××13吸煙室，小會議室××××××表示適于使用；表示應該根據安裝場所等情況，限于能夠有效地探測火災發生場所使用；×表示不適于使用。(3)根據安裝場所房間的高度選擇探測器：各種類探測器的選用與房間高度的關系應該參照下表。表2 不同種類探測器的使用與房間高度的關系房間高度（m）感煙探測器感溫探測器火焰探測器I級II級III級12<h20不適合不適合不適合不適合適合8<h12適合不適合不適合不適合適合6

25、<h8適合適合不適合不適合適合4<h6適合適合適合不適合適合h4適合適合適合適合適合選擇探測器的靈敏度，要按照使用環境和探測器的性能，在沒有火警發生時按照系統沒有發生錯誤報警為準進行選擇。如今，我國的大多數高層建筑中，都使用光電感煙測器，感溫探測器只會用于個別的場所，例如廚房、車庫、發電機房及其他有氣體滅火設備的場所。如果安裝火災探測器時只使用一種探測器，在整個的系統里容易易產生錯誤動作，這樣會造成不必要的損失，所以為避免錯誤報警應該選用兩種或者兩種以上種類探測器。在整個系統中他們是“與”的邏輯關系，只有當兩種或兩種以上探測器同時產生報警信號，整個聯動裝置才能啟動，這樣才能減少錯誤

26、報警帶來的損失?？傊綔y器應根據實際環境情況來選擇，以達到及時、準確報警的目的7。5.4 消防聯動的設計火災自動報警與消防聯動系統如圖11：圖8 火災自動報警系統與消防聯動系統原理95.4.1 消防聯動系統的組成消防聯動系統是火災自動報警系統中的一個重要組成部分。通常包括消防聯動控制器、消防控制室顯示裝置、傳輸設備、消防電氣控制裝置、消防設備應急電源、消防電動裝置、消防聯動模塊、消防栓按鈕、消防應急廣播設備、消防電話等設備和組件。GB501161998火災自動報警系統設計規范對消防聯動控制的內容、功能和方式有明確的規定。5.4.2 消防聯動系統的功能火災報警后停止有關部位風機，關閉防火閥，接

27、收和顯示相應的反饋信號；啟動防火區域的防煙、排煙風機(包括正壓送風機)和打開排煙閥，接收并顯示其反饋信號；控制防煙垂壁等防煙設施?；馂拇_認后，關閉有關部位的防火門、防火卷簾，接收、顯示其反饋信號；強制控制電梯全部停于首層，接收、顯示其反饋信號10。5.4.3 消防聯動控制裝置消防聯動控制系統：當確認火災發生后，聯動啟動各種消防設備，達到報警及撲滅火災的作用。(1)自動噴水滅火系統圖9 自動噴水滅火系統控制原理圖如上圖，室內消火栓系統中的每一個消火栓都配有單獨的一個消火栓啟動按鈕，設計中采用的是編碼消火栓按鈕，它可直接接入火災報警控制器，當火災發生時直接開啟消防泵，同時向消防控制中心傳遞反饋信號

28、。消火栓按鈕處安有啟泵指示燈，用它來指示消防泵的工作狀態。消防控制室可控制消防泵的啟動、停止；顯示消火栓水泵的工作或者故障狀態；顯示自動滅火啟動按鈕的位置。當某一報警區域出現火災事故時候，那一區域的開關AN斷開，所以線圈1ZJ失電，因為1SJ得電，所以2ZJ開關閉合，所以GD工作。開關1Q閉合，哪一次出現事故哪一報警區域就會發出反饋信號。 (2)防煙、排煙系統及空調通風系統圖10 排煙風機控制電路圖每個報警區域的每一個探測器、火災手動報警按鈕產生動作后，向報警控制中心發出警報，同時啟動相鄰防火區域的排煙閥和消防排煙風機。當樓梯間內煙感報警，正壓送風閥開啟并啟動正壓送風機。當溫度超過70時，70

29、防火閥自熔關閉；當溫度超過280時，280排煙防火閥自熔關閉并關閉排煙風機。機械正壓送風系統的聯動關系如下：報警信號打開正壓送風口反饋正壓送風口打開信號啟動正壓送風機。(3)室內消防栓系統室內消火栓是室內管網向火場供水的，帶有閥門的接口，為工廠、倉庫、高層建筑、公共建筑及船舶等室內固定消防設施，通常安裝在消火栓箱內，與消防水帶和水槍等器材配套使用。(4)常開防火門、防火卷簾系統防火門、防火窗分為甲、乙、丙三級，其耐火極限：甲級為1.20h；乙級為0.90h；丙級為0.60h。 防火門是事故發生時向逃生方向開啟的平開門，在關閉后應能從任何一側用手開啟。設置于疏散的走道、樓梯間和前室的防火門，能自

30、動關閉。 (5)火災事故廣播系統設本設計采用SD8100系列總線式火災事故廣播系統，此系統包含SD8000廣播錄放盤、SD8010消防廣播功放盤、SD8120消防廣播分配盤、SD8130廣播控制模塊和SD8012揚聲器等組成部分。每個報警區域內設8個SD8012揚聲器，音箱的功率為2.5W。本廣播系統是通過專用的廣播控制總線以及總線上的廣播控制模塊來啟動各個廣播回路。當火災發生開啟火災警報時，火災事故廣播系統對火災現場以及相關場所實施緊急廣播。其系統構成如圖所示：圖11 廣播系統構成示意圖在布置揚聲器時，要充分考慮各報警區域的的特點，根據其特點逐一設置，將揚聲器設置于樓梯間、走廊、活動大廳等區

31、域。保證最近兩個揚聲器的之間的距離不能大于25m。走道內最后一個揚聲器至走道末端的距離不應大12.5m，以及滿足其他的要求 11。結束語由于時間限制，本文對火災自動報警系統的某些方面的設計敘述不夠具體，在以后的時間里會加深對其了解而進行設計。如今建筑的現代化水平不斷提高，其自身的安全性也越來越受到人們的重視，安全有效的火災自動報警系統是人們生命和財產的保障?？茖W技術不斷進步的今天，火災自動報警系統的智能化也在不斷提高，火災自動報警技術在應用中也日益成熟，其應用也將在整個社會中逐漸普及。當智能建筑在選擇火災自動報警系統時一定要考慮二者的適配性，在設計、施工、運行等方面以最佳方式結合起來，使火災自

32、動報警系統發揮其最大功效，為人類社會造福。參考文獻：1 郁漢琪，郭建.可編程序控制器原理及應用M.北京：中國電力出版社，2010.2135.2 楊玉娟.對火災自動報警系統的認識J.內蒙古科技與經濟，2011,15：8890.3 盛建.自動消防報警系統M.天津：天津大學出版社，1999.2540.4 無名.火災自動報警系統的組成及基本形式EB/OL.百度文庫，2010.5 楊蓉.火災自動報警系統的設計與實現J.安防科技，2007,8：6063.6 尚金梅.淺談火災自動報警系統的組成和形式J.中小企業管理與科技，2009,6：6063. 7 GB168062006 消防聯動控制系統S.8 GB50

33、0842001,自動噴水滅火系統設計規范(2005年版)S.9 姜廷威.油田生產指揮中心消防系統研究與實踐J.大連理工大學，2009.10 GB500162006,建筑設計防火規范S.11 王敬.基于PLC火災自動報警器的設計EB/OL.百度文庫，2011.The Design of Automatic Fire Alarm System (Mechanical and Electronic Engineering Department of Dezhou University, Dezhou Shandong, 253023)Abstract:Today,Automatic Fire Alarm System is an indispensable part in the modern construction, it can send signal timely when fire happenes,and provide importan