Пожаротушение - схемы, чертежи

ПЗ_2009.docx

С каждым годом вопросы повышения пожаробезопасности и оснащения современными системами пожаротушения жилых и промышленных объектов становятся более актуальными. К сожалению с ростом энергооснащенности современных сооружений увеличиваются и риски возникновения пожаров и пожароопасных ситуаций. Между тем помимо прямого ущерба пожары наносят огромный косвенный урон всей экономике.
По данным иностранных источников (Национальной ассоциации противопожарной защиты США) в условиях рыночной экономики 43% предприятий не могут возобновить свою деятельность непосредственно после пожара 28% предприятий восстанавливаются в течение трех лет и лишь 23% предприятий функционируют после пожара в обычном режиме.
К сожалению известные трудности прошлых лет наложили отпечаток и на сильную некогда противопожарную службу. Пожарные в силу объективных причин зачастую не в состоянии вовремя приехать на место. Среднее время прибытия пожарных расчетов составляет от 8 мин в городах до 19 мин в сельской местности а в условиях мегаполисов может увеличиться непредсказуемо из-за дорожных проблем.
Поэтому в подобных условиях на первый план выходит организация пожарной безопасности – создание комплекса мер который позволит если не потушить сразу возникший очаг возгорания то хотя бы с наименьшими потерями дождаться профессиональных борцов с огненной стихией. На практике это означает что ни одно здание не должно вводиться в эксплуатацию без надежно работающей системы автоматического пожаротушения.
Подобные системы включаются в общую систему безопасности имеющую не только системы подавления очага возгорания но и средства детекции и управления всеми составляющими. От оперативности срабатывания последних зависит как быстро удастся ликвидировать возгорание. При этом стоит учесть что стандартных решений попросту не бывает – каждое здание индивидуально значит и особенности автоматической системы пожаротушения (АСПТ) тоже будут строго индивидуальны.
1 Техническое задание направлено на подготовку и выполнение курсовой работы на тему «Микропроцессорная система мониторинга и управления системами пожаротушения и дымоудаления в административно-торговом здании».
Ижевский Государственный Технический Университет кафедра «Вычислительная техника» группа 1062 Коробейников А.И.
Ижевский Государственный Технический Университет.
4 Плановые сроки начала и окончания работы по созданию системы
Назначение и цели создания системы
1 Назначение системы
Система предназначена для автоматического управления системами пожаротушения предварительного действия (Preaction systems) и системами дымоудаления в административно-торговом здании.
2 Цели создания системы
-Организация комплекса мер по пожарной безопасности который позволит или потушить сразу возникший очаг возгорания или с наименьшими потерями дождаться прибытия профессиональных пожарных.
-Уменьшение вероятности гибели людей вследствие удушения угарным газом.
-Автоматизация процесса пожаротушения и дымоудаления с полным исключением влияния человеческого фактора на принятие решений в экстренной ситуации.
Характеристика объекта автоматизации
Административно-торговое здание состоит из одного надземного этажа и подвала. Подробный план здания приведен на рисунках 1 и 2. Согласно нормам пожарной безопасности НБП 105-03 "Определение категорий помещений зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности" автоматизируемое помещение имеет низшую категорию опасности – Д.
Требования к системе
1 Требования к структуре и функционированию системы
1.1 Требования к датчикам:
Датчики температуры:
-Бесконтактный датчик температуры;
-Диапазон измеряемых температур: от 0 до +125 С;
-Точность индикации ±1 С;
-Время отклика выхода не более 25мс;
Датчики дыма и концентрации угарного газа:
-Способность работать при высокой температуре;
-Номинальное напряжение питания (±15%): 12 В постоянного тока;
-Температурный диапазон работы: от -10°С до +50°С.
-Диапазон измерения концентраций: 0 - 100 мгм3
-Относительная погрешность не более:25%
1.2 Требования к расстановке датчиков
-Тепловые и дымовые датчики должны быть расположены в самых высоких частях помещения. При установке датчиков следует учитывать эффект стратификации.
-Датчики CO согласно схеме тепловых датчиков продублировав их расположение на стене в горячем цехе.
-Необходимо исключить установку датчиков вблизи стыка стены и потолка
-Исключить установку чувствительного элемента теплового или дымового датчика вровень с потолком.
В рассматриваемом административно-торговом здании имеется фальшпотолок поэтому датчики должны быть установлены ниже уровня фальшпотолка согласно следующим требованиям: чувствительные элементы детекторов должны быть расположены ниже потолка в пределах:
)25 мм — 600 мм для дымовых датчиков;
)25 мм — 150 мм для тепловых датчиков.
Точечные дымовые и тепловые детекторы не должны устанавливаться на расстоянии менее чем 500 мм от любой из стен перегородок или преград для потоков дыма и нагретых газов типа балок воздуховодов где величина преграды больше чем 250 мм по глубине. Если ограниченное пространство имеет ширину менее 1 м то датчик устанавливается как можно ближе к центру промежутка.
Расстояние между любой точкой защищаемого помещения в горизонтальной проекции и ближайшим детектором не должно превышать:
)75 м если ближайший детектор дымовой;
)53 м если ближайший детектор тепловой.
Датчики температуры и дыма должны представлять единый пожарный модуль и располагаться в здании согласно рисункам 1 и 2.
1.3 Требования к системе пожаротушения
-Необходимо использовать систему пожаротушения предварительного действия с подводящим трубопроводом заполненным сжатым воздухом или азотом. Спринклерные оросители необходимо установить на высоте не ниже 4 метров над полом.
-Насосная станция должна находиться в отапливаемом помещении;
1.4 Требования к системе дымоудаления
-Клапаны дымоудаления необходимо установить в ответвлениях воздуховодов;
-Клапан должен быть оснащен автоматически и дистанционно управляемым приводом;
-Применение клапана дымоудаления осуществляется в соответствии с требованиями СНиП 2.04.05-91.
-Данные о работоспособности средств детекции (тепловые дымовые пожарные датчики) электроклапанов (дренчарные дымоудаления) системы вентиляторов.
-Значения фактических температур с термодатчиков.
-Значения концентрации угарного газа в воздухе.
-Данные о наличии дыма на объекте контроля получаемые с датчиков дыма.
-Сигнал запуска СПДУ.
-Сигнал пуска систем пожаротушения и дымоудаления;
-Управление скоростью вращения вентиляторов;
-Сигналы для передачи технологической информации на стационарную СМУ;
-Поток данных передаваемый на компьютер.
1.7 Требование к электропитанию и подводке
Электропитание системы пожаротушения должно соответствовать рекомендациям данным в стандарте В5 5839-1:2002 п. 25. Питание к системе пожаротушения должно быть подведено в соответствии с рекомендациями данными в стандарте BS 5839-1:2002 п. 26 для кабелей со стандартными огнеупорными свойствами.
1.8 Требования к численности и квалификации персонала системы и режиму его работы
Система должна быть полностью автоматизирована необходимо минимизировать влияние человеческого фактора на ее «повседневную» работу. Квалифицированный персонал необходимо привлекать только для проведения профилактических иили ремонтных работ.
1.9 Требования к надежности
-Система должна быть спроектирована таким образом чтобы в случае единичного повреждения шлейфа (обрыва или короткого замыкания) она обнаруживала пожар на защищаемой площади и по крайней мере оставляла возможность включения пожаротушения вручную.
-Пожарные датчики должны выдерживать воздействие электромагнитных помех напряженностью 10 Вм в диапазонах 003-1000 МГц и 1-2 ГГц и напряженностью 30 Вм в диапазонах сотовой связи 41 5-466 МГц и 890-960 МГц причем с синусоидальной и импульсной модуляцией (согласно европейским требованиям LPCB и VdS ).
1.10 Требования безопасности
Ввиду массового скопления людей в здании необходимо использовать систему пожаротушения не оказывающего вредного воздействия на организм людей.
Выброс огнетушащего вещества (воды) должен производиться только в той части защищаемой области где обнаружено возгорание.
1.11 Требования по эргономике и технической эстетике (в соответствии с ГОСТ 24750-81)
-Конструкция блока МПС управления должна обладать информативностью формы свидетельствующей о ее функции и способе ее осуществления.
-На конструкции системы должна быть предусмотрена кнопка ручного запуска системы пожаротушениядымоудаления в случае несрабатывания автоматики.
-Допускается выделять цветом элементы корпуса СМУ или его отдельные части в композиционных и функциональных целях.
-На экране компьютера информация должна отображаться в виде мнемосхем.
-Необходимо обеспечить визуальную индикацию статуса системы за пределами защищаемой зоны и располагать у всех входов в помещение так чтобы состояние системы пожаротушения было понятно персоналу входящему в защищенную область.
-Световое и звуковое оповещение должно соответствовать требованиям стандарта В5 5839-1.
1.12 Требования по сохранности информации при авариях
При потере питания необходимо обеспечить работоспособность компьютера в течении 10-20 минут для завершения записи поступившей технологической информации и корректного завершения работы либо при возобновлении электропитания возможности продолжить работать в нормальном режиме.
2 Требования к функциям (задачам) выполняемым системой
-Система должна автоматически контролировать каналы связи с входящими в систему котроллерами и средствами детекции с целью фиксации обрывов и скорейшей их ликвидации. Период опроса не должен превышать 30мс.
-Необходимо в режиме реального времени получать данные об уровне концентрации угарного газа величине температуры в помещении наличии дыма уровне воды в насосной станции а также – состоянии открытости эвакуационных выходов.
- В случае повышенной концентрации угарного газа должна включиться моноблочная система вентиляции которая работает до тех пор пока концентрация угарного газа в воздухе не сведется к допустимой норме - 002%.
-При возникновении повышенной задымленности иили очага возгорания в помещении должна включиться система дымоудаления система пожаротушения предварительного действия.
-Информация обо всех технических процессах должна передаваться системой управления на компьютер на котором эти данные записываются в базу данных и отображаются на экране в виде мнемосхем. В случае обрыва на экране компьютера должен отображаться подозрительный канал.
3 Требования к видам обеспечения.
3.1 Требования к информационному обеспечению
-Информационный обмен между контроллерами и СМУ должен осуществляться по последовательной магистрали CAN. Каждое сообщение снабжается идентификатором который определяет назначение передаваемых данных но не адрес приемника. Любой приемник может реагировать как на один идентификатор так и на несколько. На один идентификатор могут реагировать несколько приемников.
-Для подключения средств детекции к контроллерам необходимо использовать радиальный или кольцевой шлейф.
-Для подключения СМУ к компьютеру должен использоваться интерфейс USB 2.0.
-Для подключения компьютера к сети интернет и передачи данных по протоколу TCPIP необходимо наличие сети Ethernet.
-Процесс сбора данный с компонентов системы должен осуществляться с периодом не более 30мс. Эти данные должны передаваться через СМУ в компьютер для записи в базу данных.
-Система управления базой данных должна поддерживать интерфейс Open Database Connectivity (ODBC) для взаимодействия со SCADA-системой.
3.2 Требования к программному обеспечению
-Отображение информации на экране монитора в понятной для человека форме;
-Аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями;
-Ведение архивов событий;
-Визуализация места возникновения пожара и процесса тушения;
-Возможность применения языков программирования стандарта IEC МЭК 6-11313;
-Наличие средств отладки реального времени позволяющих отслеживать работу котроллера в режиме исполнения проекта.
Интегрированная отладочная среда CodeVisionAVR C Compiler для написания и отладки прикладных программ для AVR микропроцессоров.
3.3 Требования к документации.
Документация должна включать в себя:
- Пояснительную записку;
- Структурную схему;
- Функциональную схему;
- Электрическую принципиальную схему.
В результате патентного поиска были отобраны следующие системы.
1. Устройство управления и контроля для системы автоматического пожаротушения
Устройство управления и контроля для системы автоматического пожаротушения содержащее блок питания первый и второй блок контроля управления блок релейный и по количеству адресных направлений блок приема и регистрации первый второй и третий вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом первого блока контроля и управления пятый и четвертый вход - с первым и вторым входом соответственно а первый и второй выход - с соответствующим входами второго блока контроля и управления подключенного соответственно третьим и четвертым и пятым входом ко второму третьему и четвертому выходу первого блока контроля и управления шестым входом к выходу блока питания первым и вторым выходам к первому и второму входу первого блока контроля и управления а третьими выходами ко входам блока релейного выходы которого соединены с первыми выходами устройства отличающееся тем что оно снабжено процессором первым и вторым дешифраторами первым и вторым регистрами блоком световой индикации блоком цифровой индикации первым и вторым источниками опорного сигнала коммутатором матричным блоком элементом ИЛИ и по количеству адресных направлений последовательно соединенными усилителем и элементом И выход каждого из которых подключен к соответствующему входу элемента ИЛИ соединенного выходом со входом процессора первые выходы которого подключены ко входам первого дешифратора вторые выходы - ко входам второго дешифратора третьи выходы - ко входам первого регистра четвертые выходы - ко входам второго регистра а пятый выход - к первому входу коммутатора соединенного вторыми входами с выходами первого дешифратора и вторым входом соответствующего элемента И третьим входом с выходом первого источника опорного сигнала четвертым входом с выходом второго источника опорного сигнала а выходами с первыми входами матричного блока вторые входы которого подключены к выходам второго дешифратора а выходы - ко вторым выходам устройства первые выходы первого регистра соединены со входами блока световой индикации а один из них - с седьмым входом второго блока контроля и управления а вторые выходы - с третьими выходами устройства выходы второго регистра подключены ко входам блока цифровой индикации а вход каждого усилителя соединен с третьим выходом соответствующего блока приема и регистрации.
2Устройство управления и контроля для систем автоматического пожаротушения
Устройство предназначено для использования при создании систем автоматического пожаротушения с исполнительными элементами оснащенными пиропатронным затвором. Устройство содержит блок питания блоки контроля и управления блок релейный блоки приема и регистрации усилители элементы И элемент ИЛИ процессор дешифраторы коммутатор матричный блок источники опорного сигнала регистры и блоки световой и цифровой индикации. Во время работы устройства через время задержки заданное в программе процессор последовательно подключает к источнику опорного сигнала именно те исполнительные элементы которые смонтированы по сработавшему направлению и через один из регистров выдает информацию об этом на выходы устройства. Устройство позволяет расширить функциональные возможности путем обеспечения программного запуска исполнительных элементов системы автоматического пожаротушения. 1 ил.
Приведенные выше системы имеют следующие недостатки:
-морально устарел принцип управления системами пожаротушения;
-полностью отсутствует или очень неудобная и не информативна система индикации устройств;
-в большинстве представленных систем для связи с пожарными датчиками используется аналоговый принцип связи что требует огромного количества подключаемых шлейфов
Проведенный анализ наглядно показал что нет аналога полностью удовлетворяющего поставленной задаче имеется большой ряд недостатков которые в значительной степени влияют на надежность и стоимость системы.
Разработка структурной схемы микропроцессорной системы.
Основные модули системы
Исходя из определенных в техническом задании функций и задач выполняемых системой можно выделить основные модули системы.
Датчики – являются неотъемлемой частью системы они используются для того чтобы система могла в реальном времени реагировать на изменения внешних параметров по заранее разработанному алгоритму. Датчики необходимы для регистрации температуры концентрации угарного газа и наличия дыма в помещении.
1 Устройство мониторинга и управления
Устройство управления является главной частью системы она необходима для сбора и обработки информации поступающей с системы датчиков выработки управляющих сигналов для исполнительных устройств.
Пульт управления необходим для запуска системы пожаротушениядымоудаления в случае несрабатывания автоматики. На пульте управления предусмотрена кнопка закрытия заслонок клапанов дымоудаления.
Исполнительные устройства
1 Выносные системы управления и индикации
Обеспечивают визуальную индикацию статуса системы за пределами защищаемой зоны располагаются у всех входов в помещение. Как и пульт управления позволяют при необходимости запустить системы тушения и дымоудаления вручную.
2 Персональный компьютер
ПК необходим для сохранения информации полученной от устройства управления в базе данных. Статус работы системы информация о температуре концентрации угарного газа и наличии дыма в помещении отображается на экране компьютера в виде мнемосхем. В случае обрыва или потери связи с каким-либо устройством подозрительный канал связи либо само неисправное устройство отображается на экране.
3 Система пожаротушения предварительного действия
Система предназначена для тушения очага возгорания при поступлении сигнала от СМУ.
Устанавливается в подсобное помещение вблизи источника водоснабжения. Компонуется системой специальных разбрызгивателей («спринклеров») и насосным модулем. Это два высокопроизводительных насоса (основной и резервный) и пилотный насос («жокей» - насос). Пилотный насос благодаря автоматике поддерживает заданное постоянное давление в системе. «Большой» насос вступает в действие или при команде автоматической системы или при падении давления ниже определенного уровня.
При возгорании сначала срабатывают тепловые датчики формируя сигнал блока управления. По этому сигналу открывается соленоидный клапан в запирающей линии обвязки дренчерного клапана. После открытия собственно дренчерного клапана вода частично (так как ее сдерживает давление воздуха внутри труб) поступает в трубопровод. Однако вода остается внутри труб до тех пор пока не сработают спринклеры а они в свою очередь сработают только в случае дальнейшего повышения температуры. Таким образом если за этот промежуток времени удастся потушить возникший локальный очаг загорания подручными средствами (огнетушителем) и температура уменьшится система не сработает что позволит значительно уменьшить ущерб от тушения пожара.
4 Моноблочная система вентиляции
Моноблочная система вентиляции предназначена для постоянной подачи свежего воздуха в административно-торговое здание. Все компоненты системы размещаются в едином шумоизолированном корпусе который размещается под фальшпотолком.
5 Электроклапан системы дымоудаления
Клапан дымоудаления применяется с целью обеспечения удаления продуктов горения из помещений поэтажных коридоров холлов тамбуров и т.д. согласно требованиям СНиП 2.04.05-91. Клапан дымоудаления устанавливается в проемах дымовых вытяжных или воздухоприточных каналов а также на ответвлениях воздуховодов. Клапан дымоудаления оснащен автоматически и дистанционно управляемым приводом обеспечивающим срабатывание клапана вне зависимости от пространственной ориентации плоскости его установки.
1 Модуль управления клапаном дымоудаления
Модуль управления клапаном дымоудаления осуществляет обмен информацией с блоком управления по линии связи CAN. Модуль передает в блок управления информацию о своем состоянии и состоянии подключенного электромеханического привода. В автоматическом режиме модуль управления получает команды на закрытие и открытие заслонки клапана.
Рис. 3 Структурная схема блока МПС мониторинга и управления
Разработка функциональной схемы
Проанализировав структурную схему разрабатываемой системы можно сделать вывод о необходимости использования следующих устройств:
-33 датчика температуры;
-33 датчика дыма и концентрации угарного газа (датчики температуры и дыма помещаются в единый пожарный модуль);
-Пульт управления (кнопка ручного запуска система индикаторов);
-Устройство мониторинга и управления;
-Выносные системы управления и индикации (6 штук);
-Персональный компьютер;
-Система пожаротушения предварительного действия;
-Моноблочная система вентиляции;
-Система дымоудаления.
2 Выбор микроконтроллера
Для обеспечения высокой надежности системы управления необходимо использовать как можно меньше электронных компонентов. В настоящее время это позволяют сделать современные микроконтроллеры представляющие из себя микро ЭВМ выполненную на одном кристалле.
Фирма Atmel выпускает 8-разрядные RISC-микроконтроллеры (семейство AVR) имеющие в своем составе (на одном кристалле) довольно широкий диапазон периферийных устройств (АЦП ЦАП компаратор ШИМ-генератор таймеры-счетчики и др.). Из набора перечисленных выше узлов системы в составе микроконтроллера будут:
-Полнофункциональный CAN – контроллер для возможности работы с CAN-сетью.
-Наличие асинхронного приемопередатчика УАПП (UART) для совмещения операции чтения ранее принятого байта с приемом очередного байта.
Требуемые устройства содержит следующие микроконтроллеры:
AT89C51CC03 T89C51CC02 AT90CAN32.
В таблице 1 представлены основные характеристики микроконтроллеров.
Таблица 1 Характеристики микроконтроллеров семейства AVR.
Тактовая частота МГц
Таймеры счетчики кол-во х разряд-ность
Пять портов: 32 + 4 цифровых линий ввода-вывода полнодуплексный UART совместимый с 80C51
Три или четыре порта: 16 или 20 цифровых линий ввода-вывода
портов: 53 линии ввода-вывода два UART
Использование микроконтроллера T89C51CC02 не представляется возможным в связи с малым количеством памяти для хранения программы алгоритма управления а также малым количеством портов недостаточным количеством линий вводавывода (недостаточным для одновременной организации обмена с CAN-сетью и персональным компьютером).
Микроконтроллер AT89C51CC03 имеет слишком большую емкость памяти поэтому его стоимость выше стоимости представленных контроллеров. Наиболее целесообразно использовать микроконтроллер AT90CAN32. По производительности микросхемы AT90CAN32 на основе AVR RISC-процессора сопоставимы с 16-бит микроконтроллером а по цене – со стандартными 8-бит устройствами.
Благодаря выполнению команд за один тактовый цикл производительность AT90CAN32 достигает 1 MipsМГц составляя 16 Mips на частоте 16 МГц. Таким образом можно оптимизировать потребляемую мощность системы за счет выбора скорости обработки.
AVR-ядро сочетает богатый набор команд с 32 универсальными регистрами которые непосредственно подключены к АЛУ что позволяет при выполнении одной команды получать доступ к двум независимым регистрам. Для опроса устройств по CAN-сети будет задействован встроенный CAN-контроллер отвечающий требованиям стандарта CAN v2.0Av.2.0B. Особенностью данной микросхемы является возможность программирования в ходе выполнения прикладной задачи (In-Application Programming IAP). Благодаря этому любой CAN-узел можно перепрограммировать через CAN-шину не нарушая операции обмена или без прерывания выполняемых операций.
3 Структура микроконтроллера AT90CAN32:
В состав микросхем входят: 32-Кбайт программируемая в системе флэш-память;
-Кбайт ЭСРПЗУ; 4- Кбайт СОЗУ; 53 общих линий ввода-вывода; 32 универсальных регистра; CAN-контроллер; часы реального времени; четыре гибких таймерасчетчика с возможностью сравнения и ШИМ; два двухпроводной последовательный интерфейс; восьмиканальный 10-бит АЦП; программируемый сторожевой таймер; SPI-порт; JTAG-интерфейс
Рис. 4 Структура микроконтроллера AT90CAN32
Для обеспечения визуальной индикации статуса системы на пульте управления расположены дискретные светодиоды в количестве трех штук:
-красный индикатор – «запуск системы пожаротушения»;
-желтый индикатор – «режим работы только ручной»;
-зеленый индикатор – «автоматически режим работы».
Все индикаторы подключаются к порту А. Для запуска системы пожаротушениядымоудаления в случае несрабатывания автоматики используется кнопка ручного пуска выводы которой также подсоединяются к порту А. Для дистанционного закрытия заслонок системы дымоудаления на пульте управления имеется кнопка которая подключается к порту А и к модулю управления.
4 Выносные системы управления и индикации
Данные системы предназначены для обеспечения визуальной индикации статуса системы за пределами защищаемой зоны. Имеют схожую с пультом управления систему индикации а также кнопку ручного запуска системы пожаротушениядымоудаления. К блоку управления подсоединяются через CAN-сеть.
5 Клапаны противопожарной вентиляции (клапаны дымоудаления)
В системе дымоудаления будет использоваться электроклапан КДМ-2 с электромеханическим приводом BELIMO. Способ открытия заслонки автоматический по сигналам с блока управления способ закрытия заслонки дистанционный с пульта управления а также из SCADA-системы установленной на ПК.
6 Персональный компьютер
Для передачи данных с блока управления на компьютер используется последовательная шина USB. Реализовать связь шины с микроконтроллером можно двумя способами:
Использовать специальный микроконтроллер с аппаратной реализацией USB интерфейса. Данный микроконтроллер затем необходимо соединить с портом ввода-вывода микросхемы AT90CAN32.
Выполнить программную реализацию USB-интерфейса. При этом сигнальные шины USB-разъема будут соединяться с любыми двумя линиями порта ввода-вывода микроконтроллера с минимальным количеством внешних элементов.
В первом случае необходимо покупать дополнительный микроконтроллер но в то же время можно получить очень быстрый обмен данных. Во втором случае достаточно написать дополнительную программу и записать ее в микроконтроллер AT90CAN32 а так как оттранслированная программа занимает от 1200 до 1400 байт что незначительно на фоне общего объема контроллера поэтому использование именно этого варианта наиболее привлекательно.
7 Система пожаротушения предварительного действия
Для тушения очага возгорания будет использоваться спринклерная система предварительного действия (система с одойдвойной блокировкой) Ду 40 – Ду 150 (1" - 6") производства компании .
Принцип ее работы следующий:
при возгорании сначала срабатывают тепловые датчики формируя сигнал блока управления. По этому сигналу открывается соленоидный клапан в запирающей линии обвязки дренчерного клапана. После открытия собственно дренчерного клапана вода частично (так как ее сдерживает давление воздуха внутри труб) поступает в трубопровод. Однако вода остается внутри труб до тех пор пока не сработают спринклеры а они в свою очередь сработают только в случае дальнейшего повышения температуры. Таким образом если за этот промежуток времени удастся потушить возникший локальный очаг загорания подручными средствами (огнетушителем) и температура уменьшится система не сработает что позволит значительно уменьшить ущерб от тушения пожара. Соленоидный клапан подключается к блоку управления через блок силовой коммутации.
7 Блок силовой коммутации
В качестве блока силовой коммутации будет использоваться однофазное твердотельное реле серии GDH:
Рис. 5 Функциональная схема подключения твердотельных однофазных реле
Функции блока управления:
-Коммутация исполнительных механизмов
: 10A 15: 15A 25: 25A 40: 40A 60: 60A 80: 80A 100: 100A 120: 120A
: 280V AC 48: 480V AC
Z: коммутация при переходе тока через ноль
D1: DC 4 to 16V D3: DC 3 to 32V A2: 90 to 250V
8 Адресный модуль управления клапаном дымоудаления
Обеспечивает подключение:
-электромеханического привода с возвратной пружиной;
-устройства ручного перевода клапана в защитное положение (кнопка).
Модуль управления клапаном дымоудаления осуществляет обмен информацией с центральным пожарным прибором по двухпроводной адресной линии связи. Модуль передает в блок управления информацию о своем состоянии и состоянии подключенного электромеханического привода. В автоматическом режиме он получает команды на закрытие и открытие заслонки клапана от блока управления. В ручном режиме заслонку можно перевести в защитное состояние с помощью внешней кнопки.
Система дымоудалениявентиляции состоит из клапанов дымоудаления и моноблочной системы приточно-вытяжной вентиляции. Для работы клапанов необходимо номинальное напряжение переменного тока частотой 50Гц:
-для питания привода клапана 220В;
-для питания цепей контроля положения заслонки 12-220В.
Для работы вентиляции необходима сеть переменного тока с напряжением 230400В.
Для работы компьютера используется сеть переменного тока с частотой 4060 Гц и напряжением 220В. Для обеспечения 10-20 минут автономной работа ПК для корректного завершения работы необходимо использовать источник бесперебойного питания.
Используемым в системе датчикам для работы необходима сеть постоянного тока с напряжением 10-30В.
Разработка схемы электрической принципиальной
На основе структурной схемы блока управления перейдем к разработке схемы электрической принципиальной.
При учете предполагаемых размеров платы и условий эксплуатации можно сделать вывод о возможности построения устройства на микросхемах средней и малой степени интеграции в недорогих DIP – корпусах а также на дискретных элементах (транзисторы резисторы светодиоды) монтируемых в отверстия.
Рассмотрим входы проектируемой системы. Входными сигналами будут
Для измерения температуры и проверки наличия дыма в контролируемом помещении используется комбинированный пожарный извещатель UniPOS FD7160.
Рис. 6 Пожарный извещатель UniPOS FD7160
Извещатель выполняет следующие функции:
-измерение концентрации дыма;
-измерение температуры окружающей среды;
-автоматическая компенсация запыленности дымовой камеры.
Адресный извещатель состоит из розетки и датчика представляющего собой пластмассовый корпус внутри которого размещена оптико-электронная система и плата с радиоэлементами обеспечивающая обработку сигналов на базе микроконтроллера. Разъемное соединение датчика с розеткой обеспечивает удобство установки монтажа и обслуживания извещателя. Измерение температуры осуществляется микроконтроллером по изменению сопротивления чувствительного элемента.
Извещатель позволяет обнаружить пожар в ранней стадии развития и реагирует на определенный порог концентрации дыма иили на повышение температуры в охраняемой среде.
Для исключения ложных срабатываний связанных с запыленностью дымовой камеры в извещателе применен алгоритм автоматической компенсации запыленности дымовой камеры что поддерживает чувствительность извещателя на установленном уровне и существенно увеличивает периоды эксплуатации между техническим обслуживанием. Уровень чувствительности оптической части извещателя может регулироваться в процессе работы системы. Извещатель полностью удовлетворяет требованиям EN547 и EN545.
рассеивание света (эффект Тиндала) с микропроцессорным управлением и измерением температуры
Номинальное напряжение питания извещателя
Ток в состоянии покоя
Ток в состоянии тревоги
(2±1) mA при (15-30)VDC
Соединительные клеммы
максимальное сечение проводника 25
Температура срабатывания извещателя по тепловому каналу
соответствие EN547 и EN545 класс A1R A2R BR
Таблица 3 Технические данные пожарного извещателя FD7160
Рис. 7 Схема подключения извещателей к CAN - шине
Для инициирования сигнала о срабатывании системы спринклерного пожаротушения применяется сигнализатор давления PS10-2 компании Potter который устанавливается в сигнальный клапан спринклерной установки.
Рис. 8 Сигнализатор давления
Рис. 9 Подсоединение проводов к винтовому зажиму
Рис. 10 Срабатывание сигнализатора при поступлении воды в трубопровод спринклерной системы.
Рис. 11 Подключение контактов для получения сигнала низкого давления
Рис. 12 Подключение контактов для получения сигнала наличия давления
Сигнализатор давления выполняет в системе пожаротушения двойную роль. В штатном режиме работы с помощью него автоматически контролируется спринклерная сеть трубопроводов на предмет целостности системы по поддержанию давления. Для этого в систему автоматически нагнетается проверочное давление воздуха или азота до 10 фунтов на квадратный дюйм (069 бар) при этом сигнализатор давления PS10-2A (устанавливаемый на срабатывание на понижение давления - 034 бара) фиксирует снижение давления воздуха в системе в результате разрушения теплового замка спринклера или разгерметизации труб. При включении системы пожаротушения а следовательно при подаче воды к спринклерам давление в сети трубопроводов начинает падать данный факт фиксируется сигнализатором и информация в виде выходного напряжения от 0 до 5В передается в блок управления. Будем считать падение напряжения на резисторе R1 (СД) – это прецессионный резистор С2-29В-0125-887 Ом1% (номинал выбран из технической документации на сигнализатор давления).
Напряжение питания сигнализатора может находиться в диапазоне от 12 до 36В поэтому его напрямую можно подключить к бортовой сети напряжением 24В. Входные линии заводятся на вход АЦП ADC0 микроконтроллера AT90CAN32. Так как микроконтроллер данной серии не имеет в своем составе источника опорного напряжения для АЦП то необходимо использовать внешний источник опорного напряжения. Для выбора источника опорного напряжения определим требуемую точность опорного напряжения. АЦП – 10-разрядный т.е. 1024 значения кода. Выберем в качестве источника опорного напряжения микросхему REF192G (DA2) фирмы AnalogDevices данная микросхема характеризуется высокой температурной стабильностью. Величина напряжения выдаваемого данной микросхемой составляет +4093В погрешность 001%. При подаче опорного напряжения равного +4093 В получаем разрешение АЦП +40931024=0.0040 В на одно значение кода. Таким образом изменение кода на 1 соответствует 49 мВ.
Система питается от бортовой сети +24 В постоянного тока. Для питания микросхем необходимо напряжение +5 В. Падение напряжения осуществляется на участке цепи R1 DA3. Для защиты от низкочастотных и высокочастотных помех установлены соответственно электролитический конденсатор на 2000 мкФ и конденсаторы на 1 мкФ и на 01 мкФ. Чтобы цифровая часть не влияла на работу аналоговой части в схеме используется две шины питания – цифровая (Vcc) и аналоговая (AVcc) разделение аналоговой и цифровой частей сделано с целью снижения наводок на АЦП со стороны цифровой части схемы. Для каждой шины используется свой стабилизатор напряжения. На микросхемах КР142ЕН5А КР1157ЕН5А реализована соответственно цифровая и аналоговая часть схемы питания.
Индикация реализована на дискретных светодиодах отечественного производства АЛ307КМ (ток потребления 8 – 10 млА) которые подключены к выходам микроконтроллера через резисторы номиналом 430 Ом.
Микросхема КР1171СП42 (DA1) отвечает за защиту долгосрочной памяти микроконтроллера (при снижении напряжения на Vin ниже 42В напряжение на выходе микросхемы скачком снижается до 02 В).
Для регулирования скорости вращения вентиляторов на выходе системы используется транзисторный ключ (транзистор КТ817). Скорость вращения регулируется подачей на управляющий вход вентилятора 510 В (при подаче 5 В скорость снижается на 50%). В данной схеме 10 В получаем на стабилитроне VD1. Таким образом при закрытом транзисторе VT2 на выход подается 10 В (высокая скорость вращения вентилятора) когда транзистор VT2 открыт на R11 получаем делитель напряжения 5 В на выходе (пониженная скорость вращения вентилятора).
Для управления клапаном дымоудаления используется модуль управления МДУ-1 подключаемый к CAN-сети.
Рис. 13 Модуль управления клапаном дымоудаления
Адресный модуль управления клапаном дымоудаления МДУ-1 обеспечивает подключение:
На плате устройства установлены клеммники для подключения к МДУ-1 адресной линии связи электромеханического привода с возвратной пружиной внешней кнопки для ручного перевода заслонки клапана в защитное состояние и источника питания подключаемого к электромеханическому приводу с помощью реле встроенного в модуль.
Модуль управления клапаном дымоудаления осуществляет обмен информацией с блоком управления по линии связи CAN. Модуль МДУ-1 передает в прибор приемно-контрольный информацию о своем состоянии и состоянии подключенного электромеханического привода. В автоматическом режиме МДУ-1 получает команды на закрытие и открытие заслонки клапана. В ручном режиме заслонку можно перевести в защитное состояние с помощью внешней кнопки если таковая подключена к МДУ-1.
МДУ-1 подключает электромеханический привод к внешнему источнику питания (с помощью встроенного в модуль реле) и контролирует положение заслонки клапана с помощью концевых выключателей находящихся на электромеханическом приводе. При подаче напряжения на привод заслонка клапана переводится в нормальное положение (дымовой клапан закрывается) и удерживается в этом положении. Одновременно взводится возвратная пружина привода. При получении сигнала «пожар» МДУ-1 размыкает реле и прекращает подачу электропитания на привод. Энергия запасенная в пружине переводит заслонку в защитное положение.
Ниже приведена схема подключения к модулю МДУ-1 электромеханических приводов с возвратной пружиной BELIMO. Положение концевых выключателей S соответствует защитному положению заслонки клапана.
Рис. 14 Схема подключения клапана дымоудаления к управляющему модулю
Основные технические данные и характеристики
Количество управляемых клапанов – 1.
Характеристики реле коммутирующего питание электромеханического привода клапана:
-переменный ток – 250В025А (625ВА);
-постоянный ток – 30В2А (60Вт).
Ток протекающий по цепям контроля концевых выключателей и внешней кнопки – не более 20 мА.
Для подключения блока управления к компьютеру используется порт USB-A. Физический интерфейс USB состоит из четырех проводников: 2 для питания внешнего устройства (VCC и GND) и 2 сигнальных проводника (DATA+ и DATA-). Через проводники питания передается постоянное напряжение приблизительно 5В с нагрузочной способностью максимум 500 мА. Микроконтроллер AVR питается через выводы Vcc и GND. Сигнальные проводники называются DATA+ и DATA- и управляют связью между главным (компьютер) и устройством. Сигналы в этих проводниках являются двунаправленными. Уровни напряжения - дифференциальные: когда DATA+ имеет высокий уровень тогда DATA- находится на низком уровне. Однако имеются некоторые случаи когда DATA+ и DATA- имеют один и тот же уровень например при EOP (конец пакета).
Принцип детекции подключения и отключения USB-устройства основан на контроле сопротивления линии USB. У низкоскоростных USB-устройств необходим подтягивающий резистор между сигналом DATA- и Vcc. У полноскоростных устройств данный резистор подключается к DATA+. Так как в разрабатываемой системе передаваемый на компьютер объем данных небольшой то достаточно установить подтягивающий резистор на линию DATA-.
Рис. 15 Схема подключения порта USB-A к выходу микросхемы AT90CAN32
Напряжение Vcc поступающее от USB-порта компьютера может варьироваться в диапазоне 4.4 5.25В. Перед его подачей к микроконтроллеру и подтягивающему резистору сопротивлением 15 кОм данное напряжение стабилизируется на уровне 3.0 - 3.6В. Тип стабилизатора напряжения зависит от уровня нагрузки целевой системы. Стабилизатор напряжения должен относится к типу стабилизаторов с малым минимальным перепадом напряжения поэтому используется стабилизатор LT1085CT с номинальным выходным напряжением 35В.
Кварцевый резонатор ZQ1 используется для синхронизации микроконтроллера а конденсаторы для фильтрации питания.
Для подключения блока управления к CAN-сети используется розетка DB9
Разработанная микропроцессорная вычислительная система для управления системами пожаротушения и дымоудаления.
Графическая часть выполнена на 3 листах в соответствии с ЕСКД и ЕСПД.
Разработана схема электрическая принципиальная блока управления СПДУ.
Составлен алгоритм функционирования блока управления СПДУ исходя из аппаратной реализации системы.
Список использованных источников
С.В. Моченов Лекции по курсу микропроцессорные системы.
Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине "Микропроцессорные системы" для студентов специальности 230100 «Вычислительные машины комплексы системы и сети» и бакалавров по направлению 552800 «Информатика и вычислительная техника» Сост. С.В. Моченов. – Ижевск: Издательство ИжГТУ 2007. - 16 с.
Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы «Atmel» - М.: Издательский дом «Додэка-XXI»2004г.560 с.
ГОСТ 12.1.030-81 “Электробезопасность. Защитное заземление зануление” - М.: Издательство стандартов 1981г. 10 с.
ГОСТ 19.002-80 ЕСПД. Схемы алгоритмов и программ. Правила выполнения.
ГОСТ 19.002-80 ЕСПД. Схемы алгоритмов и программ. Обозначения условные графические.
ГОСТ 34.602-89 Техническое задание на создание автоматизированной системы.