移动式消防炮（精选7篇）
移动式消防炮 篇1
消防部队应对大、中型火灾的灭火装备除消防水枪之外, 主要是车载消防炮和移动式消防炮, 后者包括拖车移动式消防炮和手抬移动式消防炮。手抬移动式消防炮的机动性强, 使用方便, 在近距离灭火作战时可极大地提高供水的灭火利用率, 近年来该装备在扑灭大、中型火灾应用中受到充分肯定, 已经成为消防灭火车辆的主要配置装备之一。合理配置功能及性能参数、正确使用操作对手抬移动式消防水炮装备作用的正常发挥至关重要。笔者通过该装备国内外产品的技术水平分析, 针对国内应用中存在的有关问题进行研究论述, 希望对提高该装备的应用技术有所促进和帮助。
1灭火容量利用率
消防枪炮的灭火容量利用率指灭火剂喷射总量中在标准检测状态下直接投入灭火区域的量的比例。该利用率不仅取决于消防枪炮的射流中集中性能, 同时也取决于消防枪炮相对于火源的距离。
1.1产品喷射性能的影响
就消防水炮而言, 喷射性能优良的产品作直流喷射时, 其射流较为密集, 可见密集段较长, 射程较远, 沿喷射方向的主要散落水流分布, 见图1所示。
设计制造水平欠佳, 喷射性能较差的消防水炮在标准检测状态下做直流喷射时, 其射流密集段较短, 甚至无密集段可见, 射程较短, 沿喷射方向的立面散落水流分布, 见图2所示。
不同流量的消防枪炮作直流喷射时, 其横向散落区域的最大宽度变化是很小的, 可以将纵向的散落高度包络线的面积视作散落总量。英国的一份研究资料中提出, 将灭火剂的70%送出的最小距离定为有效灭火射程。该方式试验工作量较大, 国内消防部队较多接受有效灭火射程为标准状况下测定的最大射程的70%。
从图1与图2的比较可以看出, 同工况和规模下, 不同喷射性能水平的手抬移动式消防水炮产品, 对火场应用效能, 即灭火有效距离差别是很大的。
1.2 与车载消防炮的应用差异
车载消防炮具有比手抬移动式消防炮更大的喷射容量, 在合适的应用条件下可以发挥更大的灭火效能。然而, 消防车受道路和水源的限制, 往往距火源较远, 车载消防炮大容量灭火的优势受到不同程度的限制, 此时用消防水带供水的手抬移动式消防炮可以发挥更大的灭火效能。
以消防车距火源50 m, 车载消防炮流量为50 L/s;手抬移动式消防炮距火源20 m, 流量为40 L/s为例, 其喷射散落状况, 见图3所示。
从图3可以看出, 车载消防炮在30°仰角喷射时, 喷射到50 m处火源的有效流量为50×70%=35 L/s, 而距离火源20 m处的手抬移动式消防炮通过仰角的调整可将95%以上的流量 (≥38 L/s) 喷射至火源区域。
手抬移动式消防炮除了可最大限度地提高灭火剂灭火利用率之外, 也可机动地选择及调整灭火方向, 以取得最佳的灭火效能。
2 操作型式
手抬移动式消防炮分为手动和遥控两类, 遥控型包括电控和气控两种型式。
手动型亦称普通型, 是国外配备最广泛的类型。遥控型则以无线遥控为主, 是特种手抬移动式消防炮, 主要应用于危险性较大的特种场合。在一般场合较多配置价格便宜、整机质量小、携带方便和维护方便的手动型, 而无需盲目大量配置价格昂贵、维护复杂的遥控型。
3 主要性能参数的合理确定
3.1 质 量
手抬移动式消防炮为单兵携带或者两人手抬, 其整机质量一般不超过45 kg (防爆型则不超过55 kg) 。由于材质、工艺及设计水平的限制, 国内外尚存在较大差距。以手抬移动式电控消防炮为例, 美国某公司的产品整机质量不超过30 kg, 而目前国内不同企业的同类产品整机质量则在37～42 kg。
3.2 流 量
由于受到整机质量的限制, 手抬移动消防炮的流道通径一般不超过80 mm, 对配备水平和俯仰回转节所设置的4个直角弯头的典型炮体流道, 其平均流速则受到限制, 流速过大, 所形成的弯头内侧的漩涡作用剧烈, 将在喷嘴的进口造成不均匀的流速场, 以平均速率8 m/s, 通径80 mm (流量为40 L/s) 的消防炮炮体为例, 弯头出口端的外侧流速高达12 m/s, 内侧流速则仅为4 m/s左右, 如此高达三倍的流速差在喷嘴进口端难以被整流, 致使消防炮的射流在上述速度差的径向作用下加速分散, 降低了直流喷射的性能, 其差异在图1和图2的比较中可以反映出来。
生产工艺水平较高的进口产品和部分国内产品通过增加炮体流道内壁光洁及喷嘴进口端设置设计合理的整流器等手段降低速度差的影响。
由于上述原因, 目前国内外80 mm通径的手动移动式消防炮的应用流量一般控制在30～40 L/s。
国外较多生产厂商对该产品的炮头 (喷嘴) 流量是单独标定的, 即对某一喷嘴联接在大通径 (ϕ100～ϕ150 mm) 直管试验台架上标定的最大流量可达60～80 L/s。
值得注意的是, 一些国外产品的代理商将上述喷嘴最大标定流量混为与80 mm通径炮体组合的整机额定流量指标, 少数国内消防用户在“流量越大越先进”的误导下对企业的手抬移动式消防炮产品提出了60 L/s的流量要求, 对国外的这类产品整机试验验证表明, 强行实现60 L/s的流量不仅给使用安全带来重大隐患, 而且最大直流射程甚至达不到国内40 L/s消防炮国家标准规定的最低限60 m。
合理配备、正确使用技术先进和质量优良的进口手抬移动式消防炮具有积极的意义, 建议除消防使用部门和主管部门严格配置产品的技术资料审查之外, 消防检测部门也应对该类进口产品按国家相关标准规定的整机流量和喷射性能要求检测并出具检测报告。
3.3 喷射压力
喷射压力是衡量消防炮产品喷射性能先进与否的重要指标, 能实现较低压力下最大直流射程并达到标准要求的为先进, 而国内企业鉴于落后的生产水平或追求较高的检测数据, 多将额定喷射压力规定在较高值。
手抬移动消防炮在使用过程中, 喷射压力受消防车供水压力和铺设消防水带供水阻力的制约, 不同手抬移动式消防炮在不同供水工况下压力需求情况见表1。
表1中消防车供水压力是指两端出水口的压力, 车载水泵供水压力则要再加上车内水路阻力损失0.05～0.10 MPa。
由表1可以看出, 工况1的供水应用条件在消防实战中是难以实现的, 工况3对消防车供水要求亦较高, 均不利于火场中的实际应用, 应尽可能采用工况2和4中的条件, 在一般民用火灾的扑救过程中, 30 L/s的流量是可以满足灭火需求的。
较多进口手抬移动式消防炮产品推荐的喷射压力为0.6～0.7 MPa, 国内消防企业应该努力提高产品的生产技术水平, 缩短与国外同类产品在供水压力方面的差距。
此外, 在火场的喷射过程中, 应确认供水管线上的阀门处于全开的位置, 以免造成更大的压力损失。
4 安全性能
手抬移动式消防炮在使用过程中应确保不得倾翻和平移, 该项安全性能除了产品自身质量保证之外, 正确使用也是关键。
4.1 消防水带铺设
手抬移动消防炮的供水口有单口和对称布置的双口两种形式。联接前者的消防水带应距消防炮的供水口保持足够的长度的与炮轴线方向一致的直线段然后再进行弯曲, 严禁在靠近供水口处弯曲铺设, 以免在喷射过程中水带的弯曲部分充压趋向平直而推翻消防炮。
对于双供水口的消防炮亦应注意将两根消防水带沿炮的轴线方向对称铺设, 严格将其中一根水带在靠近消防炮进口处弯向另一根水带。
4.2 防止消防炮平移
根据国家标准规定, 手抬移动式消防炮在标准检测条件下整机应能在≤30°仰角时喷射而不得由于喷射反力而向后滑移, 消防炮底座上数个高硬度尖锐撑脚抓住硬质地面应达到这一要求。
在使用中, 由于火场地面情况较复杂, 在没有确认安全的情况下应尽量避免作最小仰角的喷射, 以防意外。
应定期检查消防炮底座撑脚的端部保持尖锐状态, 如果有变钝或崩裂缺陷应及时更换, 以免降低后退平移的抵御能力。
手抬移动式消防炮应配有安全拉带, 鉴于在火场往往难以找到拴住物以及所配拉带的长度限制, 在一般情况下并不经常使用, 仅在炮作最小仰角喷射灭火时提供拴紧条件。
摘要：从灭火容量利用率、主要性能参数的确定及安全性能等方面对手抬移动式消防炮进行相关的应用技术研究, 以期促进和帮助提高该装备的应用技术。
关键词：消防,移动式消防炮,灭火容量利用率
参考文献
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消防车用消防炮控制系统设计 篇2
为解决消防人员在消防车内不能直接感知消防炮喷嘴指向的问题,笔者设计了一种消防车用消防炮控制系统。利用该系统,消防人员可以在车内直接感知消防炮喷嘴的指向并控制消防炮准确灭火,灭火过程中消防员不必走出消防车内,从而确保消防人员生命安全,解决事故现场近距离灭火难的问题。
1 消防车控制系统组成分析
1.1 系统总体概述
消防车用消防炮控制系统总体结构如图1所示。系统由驾驶室模型消防炮控制系统和车外喷嘴指向控制系统组成。驾驶室模型消防炮控制系统主要由模型消防炮和车内控制器组成,车外喷嘴指向控制系统主要由车外消防炮角位移检测装置和主控制器组成。驾驶室消防人员旋转模型消防炮喷嘴并发出喷水控制信息,传感器检测模型消防炮的转角信息并传入车内控制器,车内控制器将模型炮的实时转角与喷水控制信息传入主控制器,主控制器检测车外消防炮反馈的实际转角信息并与车内控制器传入的模型炮角度信息比较,得到车外消防炮所需的实际转角,输出到车外消防炮电机驱动模块,驱动消防炮电机转动。
1.2 驾驶室模型消防炮控制系统组成及工作原理
驾驶室模型消防炮控制系统由模型炮、状态监控台、车内控制器组成。模型消防炮主要由模型车身、模型炮体组成,模型炮体上有喷水控制开关并装有角度检测传感器,模型炮体可相对模型车身运动。状态监控台用于显示系统的运行情况,包括消防炮实时状态、电机工作情况、水阀状态、喷水形式等。车内控制器控制车内模型炮监控系统总体工作并与车外主控制器通信。
模型消防炮三维造型,如图2所示。包括平行消防车安装的模型车身,可水平旋转的垂直支架,可垂直运动的喷嘴,喷嘴上有供消防员手握的手把和两个喷水控制按钮。当消防员转动模型消防炮运动时,安装于模型炮内的两个角位移传感器检测水平与垂直转角信息传入车内控制器,当消防员按下喷水控制开关时,控制信号传入车内控制器,车内控制器处理模型炮上传入的角度与喷水控制信息并发送到主控制器,从而完成对车外消防炮的实时控制。
1.3 车外喷嘴指向控制系统组成
车外喷嘴指向控制系统由两个编码器与主控制器组成。编码器分别安装于车外消防炮驱动电机的水平旋转主轴和垂直旋转主轴上,当车外消防炮受车内模型炮控制而转动时,编码器检测水平方向和垂直方向角度信息并传回主控制器。主控制器是以STM32为主芯片的电路板,一方面接收编码器传入的信号并换算成角度信息,接收车内控制器传入的信息并转换成角度信息,比较两者的差异得到消防炮实际所需角度,输出到消防炮电机驱动模块驱动消防炮跟随模型炮转动;另一方面通过检测编码器不同时刻的角度差,判断消防炮与电机的工作状态并反馈回车内控制器。
2 系统硬件设计
2.1 主要元件的选择
车内模型消防炮水平方向旋转角度为0～360°,垂直方向旋转角度为0～180°。为方便控制,选用电阻式角位移传感器,型号为WDD35D4,其精度高,体积小,便于在模型炮上的安装。
车外消防炮的水平角位移和垂直角位移检测装置要求能适应消防车上潮湿的环境,且工作稳定可靠,输出信号能便于控制器处理,选用防水型增量式编码器,型号为E6B2-CWZ1X。其分辨率可达2 000,线性驱动输出为5 V TTL,便于与单片机连接,带Z相输出脉冲,便于计数求角位移。其脉冲信号输出波形,如图3所示。
2.2 车内控制器设计
车内控制器采用AVR单片机Atmegal6为主控制芯片。Atmegal6采用CMOS技术和RISC架构,具有高速、低功耗、高保密性特点,其定时器分辨率高,指令执行时间短,中断响应快,I/O驱动能力强,其中PC0、PC1可配置成支持IIC协议的TWI接口,PA口带8路10位的A/D转换器。使用PA0、PA1作为模型炮的角位移传感器输入端来采样传感器电压。使用PC0、PC1的IIC接口功能与主控制器通信。
车内控制器电路中,4个LED状态监控台分别显示系统运行、电机正常运行、水阀开启、喷水形式4种状态。按钮K1、K2安装于模型消防炮手把前方,用于控制水阀柱状喷水或雾状喷水。两个电阻式角位移传感器(R1、R2),安装于模型炮水平转轴与垂直转轴上以检测模型炮旋转角度,模型炮角位移计算见式(1)。
θ=(Φ/V)Vm (1)
式中:Φ为传感器电气转角;V为传感器电源电压;Vm为传感器输出电压。
配置Atmega16寄存器ADCSRA开启A/D功能来完成角位移传感器输出电压采样。配置TWCR寄存器开启Atmegal6的TWI功能并设为主机模式,通过IIC协议向STM32发送角度与控制信息并获取状态信息来完成两机通讯。
2.3 主控制器设计
采用STM32F103R8为主控制器,STM32F103R8采用ARM公司的Cortex-M3 CPU内核,最大时钟频率可达72 MHz,其指令执行周期短、中断响应速度快、体积小、价格便宜、具有丰富的外设管理功能,便于扩展使用。主控制器硬件电路框图,如图4所示。
图4中,编码器角位移检测主要使用STM32定时器计数功能来完成,通过检测E6B2-CWZ1X的A/B相先后顺序判断电机正反转情况,通过计数Z相脉冲数量换算得到电机的旋转角度。采用STM32的PWM功能完成电机驱动,采用IIC协议完成与车内控制器的通信。
3 系统软件设计
车外消防炮与车内模拟消防炮建立方向一致的空间坐标系。系统启动后,车内制器初始化为IIC主机模式,PA口为ADC模式,采样模型炮上角位移传感器的电压信息并换算成角度,同时检测喷水控制按钮状态,经处理后通过IIC协议发送到主控制器,主控制器应答成功后,车内控制器发送读命令读取主控制器中的状态信息并在状态显示台上显示,重复以上过程,完成对车内模型监控系统的控制。
主控制器启动后初始化IIC模块为从机状态,计数编码器脉冲数量并换算成角度信息,同时接收车内控制器传入的角度与控制信号,求出电机应旋转的实际角度并转换成脉冲输出到电机驱动器。当收到消防喷嘴开关命令时,输出控制消防喷嘴控制模块打开或关闭喷嘴。当收到车内控制器的读取信号命令后,发送电机状态信息到车内控制器,完成与车内控制器的通讯,最后回到程序开始循环执行。车内控制器与主控制器软件流程分别如图5、图6所示。
4 结束语
笔者设计的消防车用消防炮控制系统可解决不能在车内直接感知车外消防喷嘴指向的问题。在化工原料、毒气泄漏、辐射污染等对消防员生命造成严重威胁的事故现场能直接靠近火源灭火,有效保护消防人员的生命安全。同时该系统也可用于驱散非法游行、集会、暴动人员的消防车上,是未来智能化消防系统和防暴消防车的发展方向,具有广阔的市场前景。
摘要：针对现有消防车载消防炮在使用时,消防人员不能在驾驶室内直接感知并调整车外消防炮指向的缺点,设计一种消防车用消防炮控制系统。通过控制车内模型消防炮的转向,使车外消防炮实时跟随车内模型消防炮转动。采用电阻式传感器和脉冲编码器检测角度信息,采用AVR单片机Atme-gal6完成驾驶室模型炮控制系统的控制,采用STM32单片机完成车外喷嘴指向控制系统的控制。
关键词：消防炮,消防车,传感器
参考文献
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移动式消防炮 篇3
笔者对消防炮射流轨迹建立了参数化运动模型, 在已知各参数的条件下, 运用MATLAB计算预测出其他不同俯仰角对应的射流轨迹, 为灭火时能够根据火源方位迅速调整到最佳俯仰角提供理论依据, 对降低灭火反应时间和提高灭火效率具有重要的意义, 同时对消防炮射程的验证具有重要的作用。
1 消防炮射流轨迹参数化运动模型的建立
1.1 射流运动过程中的受力分析
为了进行受力分析, 取消防炮喷嘴每秒喷出的介质作为研究对象。建立直角坐标系, 根据质点的运动和弹道学对射流微元体进行受力分析, 如图1所示。
图1中, v为射流微元体的运动速度;θ为射流速度方向与x轴的夹角, 向上为正;Fτ为空气阻力, 与射流速度方向相反;mg为微元体的重力, 垂直向下。
1.2 射流轨迹运动模型的建立
设i为射流速度方向的单位矢量, 有式 (1) 、式 (2) 。
根据矢量微分原理可得式 (3) 。
其中, j为垂直于速度方向的单位矢量, 联立式 (1) ~ (3) 得式 (4) :
由于消防炮在工作时的射流连续性, 可认为喷嘴每秒喷射出的介质质量m为一常数, 不随时间变化。因此, 根据牛顿第二定律可得式 (5) 。
将 (5) 向i和j方向投影, 并根据受力分析得式 (6) 。
故有式 (7) 。
式中:x为射流微元体在垂直方向上的射程;y为射流微元体在水平方向上的射程。
1.3 射流模型中空气阻力的确定
将研究对象射流微元体的运动看作与火箭在空中的运动相似, 根据质点运动和弹道学可知, 射流微元体在空中运动的空气阻力大小如式 (8) 所示。
式中:ρ为空气密度;SM为参考面积, 取射流的横截面积;cx0为零度攻角阻力系数, 根据阻力系数cx随马赫数Ma和迎角α变化曲线取cx0=0.15。
由于消防炮的射流横截面积SM大小在射流过程中不断变化, 有式 (9) 。
式中:A0为喷嘴截面积, 其中α为待定系数。
2 消防炮射流轨迹模型的计算
2.1 射流轨迹模型数值求解法ODE45
求解方程组 (7) 的解析解较困难, 可采用四阶-五阶Runge-Kutta算法ODE45数值方法求解, 它用4阶方法提供候选解, 5阶方法控制误差。Runge-Kutta算法是一种自适应步长 (变步长) 的常微分方程数值解法, 其整体截断误差为 (Δx) 5。四阶Runge-Kutta计算公式如式 (10) 所示。
式中:k1、k2、k3分别为xi、xi+p、xi+q的斜率;h为步长。
2.2 射流轨迹模型数值求解法ODE45程序编写
首先编写ODE45模型计算求解的子程序, 在子程序中包含方程组 (7) 中的各微分方程, 同时将参数ρ、A0、α、m、g看作已知参数, 在计算时根据实际条件对其进行赋值, 其中参数α通过待定系数法求得。令v=x (1) ;θ=x (2) ;x=x (3) ;y=x (4) ;Fτ=F, 子程序如下:
然后编写主程序, 完成对子程序的调用和初始条件的输入。将射流初始速度v0、俯仰角θ0和初始坐标 (x0, y0) 值作为初始条件输入计算。主程序如下:
结合子程序和主程序, 并将各参数值代入即可对消防炮射流模型进行求解, 并得到射流仿真图。
3 消防炮射流轨迹的模拟验证
为了对消防炮射流轨迹模型进行仿真验证, 采用文献[9]中实验测试所用参数进行模拟分析。三组实验中各参数值大小如表1所示。
用表1中的实验测试所用参数分别对俯仰角为30°、45°、60°、75°时的射流轨迹进行模拟仿真, 得到模拟射流轨迹曲线, 如图2~图4所示。
由图可知, 射流轨迹的走向和形状与实际的射流轨迹基本相同, 说明仿真的正确性。为了进一步比较仿真的结果与实际测量结果的误差大小, 现将仿真得到的数据与文献[9-11]实验的数据进行对比, 如表2所示。
通过分析表2的结果可知, 模拟仿真俯仰角为30°、45°、60°时得到的结果与实际测量数据之间的误差较小, 大部分都在10%以内。而仰角为75°时, 不管水平射程还是最大垂直射高的误差都较大。这说明基于MATLAB的消防炮射流轨迹模拟在俯仰角较小时的精确度较高, 当仰角达到60°以后偏离实际结果较大, 这是由于俯仰角越大, 受实际情况如风速等的因素影响越大。
4 结语
为了对消防炮不同俯仰角时的射流轨迹进行模拟仿真, 在三组不同实验测试的参数下分别对俯仰角为30°、45°、60°、75°时的射流轨迹进行模拟仿真, 并将模拟仿真得到的数据与实际测量数据进行对比分析。通过分析结果可知:
当俯仰角小于60°时, 模拟仿真得到的数据与实际测量结果误差较小, 误差控制在10%以内, 能有效模拟消防炮的射流轨迹。为灭火前计算出消防炮在一定俯仰角范围内的射流轨迹提供理论依据, 对降低灭火反应时间、提高灭火效率和验证消防炮的射程具有重要的意义。
计算模型已将消防炮的各参数对射流轨迹的影响考虑在内, 相比其他模拟具有一定的优越性。但对60°以上较大俯仰角的射流轨迹模拟有待于改进, 若将风速等影响因素考虑在内将使得模型更加完善。同时射流阻力与射流截面积的关系若能更加完整清楚地表达, 不含待定系数, 则在消防炮制造出来前即可根据各设计参数正确获得其射流轨迹, 这对消防炮的设计开发都将有重要的意义。
参考文献
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移动式消防炮 篇4
火灾指的是在空间层面和时间层面上因失控的物体燃烧而造成的包括物质损失、人员伤害在内的灾害。在大空间建筑物, 例如车间、库房等内, 火灾的发生会对国家人民生命财产安全带来极大的危害。针对大空间和多样的工业环境设计了智能消防炮系统现场电控系统。
1 系统总体设计
智能消防炮整体主要包括前端采集部分 (火灾探测器) 、信息处理部分 (中心控制主机) 和消防炮联动三个部分。根据需要监测空间大小和监测空间内易燃物的类型选择不同的火灾探测器, 系统工作时火灾探测器收集到相关的现场数据, 并且根据对应的规则识别早期火灾并对其定位, 定位后由现场控制人员或者系统本身自动启动灭火流程。联动的消防炮在接收到中心控制主机传输的灭火指令后, 按照要求的角度尽可能快速的定位并开启灭火水枪阀门执行灭火。此时火灾探测器在中心控制主机控制下检测灭火地点, 发现火灾已熄灭后发出停止射流指令, 消防水炮归位, 后续若再发现火灾复燃再次启动。智能消防炮现场电控系统主要是实现两路电机的精确定位和射流开关的打开关闭。在控制水平旋转电机和垂直旋转电机的同时还要有光电隔离电路, 过流检测保护电路和电机限位开关输入信号处理。射流开关的控制电磁阀和直流电机一样需要对应驱动电路。为了满足现场使用还需要配备数据接口, 包括接收需求角度信息的RS485通讯接口和有线现场控制手柄。
电控系统工作过程:中心控制主机发送消防炮所需要瞄准的水平角度和垂直角度, 以及需要的射流压力, 电控系统的处理器在接收到数据后立即驱动两路电机做出响应, 每路电机对应的码盘实时检测旋转角度, 精准控制直流电机的定位角度。在达到需要的角度后, 启动声光报警同时对压力传感器传输回来的数据进行比对, 核实后打开电磁阀进行射流灭火, 灭火动作完成后电机归位。
2 系统硬件设计
2.1 微处理器模块设计
微处理器在工业控制系统处于核心的地位, 其性能对现场电控系统的工作能力起着决定性的作用, 因此也会影响整个消防炮现场电控系统的运行效果。
STM32系列单片机与之前常用的51单片机、AVR等相比, 具有更高的性能、更低的功耗, 并且在开发使用方面更加的方便快捷, 缩短开发周期, 经济性上面来说一些基于ARM Cortex M的芯片价格甚至可低至10元人民币左右。
意法半导体公司 (ST) 推出的STM32F103C8T6微控制器便是一款基于Cortex-M3内核的微处理器。该芯片具有杰出的功耗控制以及众多的外设, 最重要的是其性价比。片内FLASH为64K, SRAM为20K;片内双RC晶振, 提供8M和32K的频率;支持片外高速晶振 (8M) 和片外低速晶振 (32K) ;支持JTAG、SWD调试;多个GPIOS, 3个通用定时器, 1个高级定时器, 2路SPI接口, 2路I2C接口, 3路USART接口, 1个USB从设备接口, 1个CAN接口;内置1个12位的ADC转换器 (16通道) 、DMA控制器、独立看门狗和窗口看门狗。此款芯片功能强大, 完全满足了我们对仪器设计的要求。
2.2 炮体转动 (直流电机) 驱动
系统设计采用H桥电路来控制直流电机的正反转。H桥式电机驱动电路包括2个NPN型三极管、2个PNP型三极管和一个被控制电机。成对的改变电路中四个三极管的导通关闭状态, 从而控制进入直流动电机的电流方向, 由此也就可以实现直流电动机的正反转。系统要达到控制直流电机的转速和定位的目的, 还需要高频的PWM开关变换器, 为了确保整个直流电机H桥驱动电路能稳定地工作在快速的PWM信号控制开关状态下, 电路中需要给出可以确保稳定工作的栅极驱动电路。
MC33152是一款专门设计在低电流数字电路和功率MOSFET之前用于连接的单片双MOSFET转换高速集成驱动器芯片。MC33152具有两个大电流输出通道, 完全适用于驱动功率MOSFET, 且其具有低输入电流, 和晶体管-晶体管逻辑 (TTL) 和互补型金属氧化物半导体 (CMOS) 电路相容。
电机驱动电路中的电容为防止电机产生的尖脉冲, 二极管为了防止电机停止供电产生的反向大电流对驱动产生破坏, 两种器件都用在此处。
2.3 电机过流保护和防堵转保护
系统选用的直流电机正常工作的额定电流为3A, 空转电流为0.15A, 为了防止长时间过大的电流对电机本身造成损坏或者对驱动电路造成影响, 需要保证电机电流不能超过允许的条件, 因此必须在电机控制设计时加入过流保护电路。
在电机发生了堵转现象的时候也会使电机的电流升高, 此时也需要检测电路识别出堵转现象并执行堵转保护。
在直流电机的驱动电路加入一个小电阻RS1作为电机工作的取样电阻, 电机工作电流经过RS1取样电阻会产生压降, 因为选择取样电阻值都比较小, 因此产生的压降也比较小, 需要进过运算放大器放大之后才能进入电压比较器来确定电流值是否超过预设的阈值。
3 系统软件设计
系统在软件控制设计上面采用模块化的设计, 将实现每一个功能的程序作为一个模块来执行, 每一个模块程序单独分别编写、编译和调试, 可以降低程序编写和维护的复杂程度, 有利于程序执行的稳定程度, 同时也可以使处理器更容易执行, 缩短处理器工作的时间。如在后续有更多的功能要加入也容易进行后续的开发, 必要时可对相应影响模块进行修改, 而不需要全部重新编写。
结语
针对消防炮可以应用的多种恶劣工业环境进行了检测, 包括高温、低温、恒定湿热、绝缘电阻、介电强度、电压波动适应能力及抗振动性能七项, 并且结合机械部分进行灭火试验。实验表明智能消防炮现场电控系统工作稳定可靠, 定位准确快速, 符合国标要求且表现良好, 可应用于大型建筑物内的固定消防系统。
摘要：本文论述了智能消防炮的工作原理及电控系统的工作过程, 针对电控系统的智能化要求设计了系统的硬件及软件。
关键词：智能,电控系统,设计
参考文献
[1]闫宏.城市防火减灾能力评估研究及应用[D].西安科技大学, 2006.
移动式消防炮 篇5
1 概述
大空间建筑, 按照现行国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》可以理解为:室内净空高度大于8m的民用建筑和工业建筑、大于9m的仓库、以及室内净空高度大于12m的采用快速响应早期抑制喷头的仓库。
按照现行的规范, 在这种单层建筑高度超过8m的大空间内部, 通常需要同时设置消火栓系统和雨淋灭火系统。但是由于空间过大, 热气流的上升和水平流动规律既与室内净空高度有关, 也与送排风系统、防排烟系统有关, 更与建筑内部布置有关, 是个较为复杂又难以控制的问题。这就有可能出现需要喷水的喷头不喷水, 而不需要喷水的喷头误动作。再加上现在建筑专业对空间美观方面的设计要求越来越高, 采用自动喷水系统对室内的空间美观有很大的影响, 甚至这种做法不被建筑及室内设计所接受。
面对这样的实际问题, 设计思路转向寻找更适合大空间建筑的消防灭火系统上。而消防水炮刚好解决此类问题, 消防炮因流量大、射程远, 主要可用来扑救一些可燃易爆物体集中、火灾危险性大、消防人员不易接近的场所的火灾。现在在一些工业与民用建筑某些高大空间、人员密集场所无法采用自动喷水灭火系统时, 亦设置固定消防炮等灭火系统。此系统在笔者设计完成并投入使用的郑州国际会展中心已得到成功应用, 下面主要结合安阳国际会展中心的设计浅谈一下此系统的应用。
2 工程概况
安阳市会展体育中心楼, 位于河南省安阳市区内, 东临永明路, 西侧和南侧紧邻中心广场会展。南楼主要由容纳467个展位的展厅和展览辅助用房、会议室、报告厅、办公用房、健身中心、培训中心、休闲娱乐中心及设备用房等功能组成。建筑面积约6万m2。
3 设计做法
1) 安阳会展中心建筑里面大空间中空处较多且挑空处均较高, 为满足其大空间内的消防要求, 其水炮系统配置了PSSZ120-HT232型和PSSZ5-HT111型SZP视频自动消防水炮灭火系统。PSSZ120-HT232型SZP视频自动消防水炮技术参数:工作电压:24V, 射水流量:25L/S, 标准工作压力:0.8MPa, 保护半径:50m, 安装高度:≥4.5m;PSSZ5-HT111型SZP视频自动消防水炮技术参数:工作电压:220V, 射水流量:5L/S, 标准工作压力:0.6MPa, 保护半径:20m, 安装高度≥4.5m。
2) 系统设计流量与压力:本系统中SZP视频自动消防炮最大同时开启个数为2个, 总设计流量Q=50L/S, 火灾延续时按60min计算, 大空间消防水炮水池储水量180m3。本系统最不利点SZP视频自动消防炮入口管网所需压力为0.8MPa。消防水泵采用一用一备的形式, 水泵均设置于地下水泵房内。由于固定炮的消防水量很大, 高位水箱储水容积无法满足消防初期水量及水压, 结合别的工程实例做法, 采用稳压泵及气压罐的方式解决此问题, 稳压泵及气压罐均设置于地下水泵房内。
3) 系统中均设有水流指示器及模拟末端试水装置。
4) 每个SZP视频自动消防炮前设有电动蝶阀与检修阀。电动蝶阀应水平安装, 现场控制盘安装距地1.5m, 声光报警距炮附近, 现场控制箱距炮0.5m。
5) 为保护管道, 应在水泵出水管处设置安全泄压阀。
6) 根据设计流量设置水泵接合器, 每个水泵接合器流量宜按10-15L/S计算, 共设计6组。
4 安装做法
1) 电动蝶阀安装前应先进行管道的冲洗和试压。
2) 管材选用:采用外镀锌钢管。管道DN<100螺纹连接, DN≥100法兰或卡箍连接。管道安装后其试验压力不低于1.4MPa。且试压后必须对管道进行冲洗。
3) 模拟末端试水装置装设在卫生间等便于排水及操作测试的地方, 采用间接排水方式排水, 出口接不小于DN50的排水管。
4) 每个装置前设有电磁阀与闸阀。电磁阀应靠近灭火装置水平安装。电磁阀宜选用通过国家消防装备质量监督检验中心检验, 并取得型式检验报告的产品。电磁阀安装前应先进行管道的冲洗和试压。
5 电气控制
1) 本系统采用PSSZ120-HT232型和PSSZ5-HT111型视频自动消防水炮, 装置24小时全天候工作, 当保护区域发生火灾SZP视频自动消防水炮自动报警并自动瞄准火源后开启相应的电动蝶阀, 或值班人员通过手动控制盘手动瞄准火源后开启相应的电动蝶阀, 实施灭火, 并反馈信号到中心控制柜。
2) 本系统PSSZ120-HT232型视频自动消防水炮灭火系统采用DC24V电源, 电动蝶阀采用AC220V电源, 声光报警装置采用DC24V电源。
3) 本系统接地采用联合接地, 其接地电阻不应大于1Ω。
4) 本系统电动蝶阀的功耗是按一次最大同时打开2个电动蝶阀设计的, 现设计采用AC220V、50W的电动蝶阀, 如大于此功率, 请与我院联系并按实际情况重新设计。
5) 本系统有UPS后备电源 (3000VA, 延时2h) 。
6 应用前景
固定式消防水炮系统系统用双波段摄像机代替人眼, 采用以像素为单位的数字化技术, 灵敏度高、反应速度更快;采用微处理模块与功率驱动模块相结合的方式解决了空间定位问题, 实现了火灾早期探测与自动扑救联合行动;采用远程控制消防水炮, 空间定位精度高, 使火灾及扑救过程造成的损失减少到最低。解决了高大空间场所、超出房间高度 (大于8米) 的火灾探测及灭火难题。是集有线远程通讯、火灾探测报警、着火点自动定位及自动灭火等多项功能于一体的消防系统, 具有体积小、报警及时、灭火效率高、水渍污染少等优点。随着我国建筑行业的快速发展, 此系统必将在以后的大空间建筑设计中得到越来越广泛的应用。
参考文献
[1]赵锂, 王耀堂.建筑给水排水设计手册.
[2]固定消防炮灭火系统设计规范 GB50338-2003.
移动式消防炮 篇6
关键词：厦门西客站,自动寻的,消防炮
厦门西站位于厦门市集美区后溪镇,是国家铁路网规划中“四纵四横”沿海快速铁路的一个重要客运站,也是厦门第二个重要客运站。西站站房为高架候车、线下出站式布局,分为出站层、站台层、高架层3个层面,总建筑面积16.2 m2,其中站房建筑面积10.9 m2。该站南北进站大厅长135 m,宽35 m,高25 m;二层候车大厅长90 m,宽55 m,高60 m。在南北进站大厅各布置了4台自动寻的智能消防炮;二层候车大厅也对称布置了4台自动寻的智能消防炮,该消防炮型号为PSZS9/30-65,具有流量大、射程远等特点,下面就西站自动寻的智能消防炮系统做一简要介绍。
1 自动寻的智能消防炮系统简介
自动寻的智能消防炮是一种新型高效、适合于高大空间场所的新型智能灭火系统。主要适用于净空高度大于8 m,仓库类建筑净空高度大于12 m的场所。由于空间高度较高,自动喷水灭火系统是难以有效地控制和扑灭火灾的。而自动寻的智能消防炮系统具有准确的探火性能、强大的喷水强度和快速的灭火能力。是利用可燃物在着火时所产生的大量的红外线辐射为目标,采用一种对火焰发出的红外线光谱敏感的传感器,对火焰信号进行可靠的探测。再通过对信号的放大、滤波及提取处理,确认后发出控制指令。
自动寻的智能消防炮自动寻的火源、自动灭火、灭火后自动停止。具有定位精确、灭火效率高、保护面积大、响应速度快等特点;同时对非火灾区域所造成的损失可降至最少;另外,有现场图像传输功能,使灭火过程可视化。
2 自动寻的智能消防炮的性能特点
厦门西站采用是PSZS9/30-65型自动寻的智能消防炮装置。该消防炮的性能具有以下特点:一是射程远、流量大、扑灭早期火灾更迅速;二是可根据火源的远近距离不同,自动进行直流柱状或喷雾射水形式;三是重量轻、机械结构比较紧凑,安装维修简便;四是红外线双波段启动探测,既提高探测灵敏度,又提高产品的抗干扰能力;五是具备现场手动及消防控制室的远控功能,手动及远控具有优先权;六是具备传输现场彩色图像画面功能,图像传输可自动或手动切换;七是具备与其他消防报警系统联动功能,便于与其他形式系统的火灾报警系统进行接口联动操作;八是现场地面灵敏度参数设置,可根据现场的实际情况,对参数进行修改,方便调试与维护。
3 自动寻的智能消防炮灭火过程
3.1 探测火源及消防炮定位过程
探测火源、消防炮定位过程参考GB 50338—2003固定消防炮灭火系统设计规范和GB 25204—2010自动跟踪定位射流灭火系统规范。探测火源及消防炮定位的3个过程分别为,探测感知(也称Ⅰ级启动探测)、水平方向寻的定位(Ⅱ级定位探测)和垂直方向寻的定位(Ⅲ级定位探测)[1]。
1)探测感知:假设被保护区内有意外火情发生,火灾所产生的红外线就会立即被探测器(一级探测器)感知到,经分析、筛选、确认后,探测器发出火灾报警有火信号,并把火警信号发送到相应灭火装置的炮载中心控制机,炮载中心控制机接收到启动指令后控制灭火装置开始水平扫描;同时把此火警信号向中心控制室传递,中心控制主机接收到此信号后显示该信号地址,并对火警信号再次确认,若确认为“假火”,则控制主机向炮载中心控制机发出“复位”指令,消防水炮将结束扫描而复位到监控状态(见图1)。
2)水平方向寻的定位:水平探测定位仪安装在灭火装置本体上,它与灭火装置的水平运转电机一起作在“X”面上水平扫描,寻找火源在X平面上的位置,确认后,便停止运动,定位火源的X轴位置。
3)垂直探测定位:设备平行安装在灭火装置的炮管上,当接到炮载中心控制机发出的垂直扫描信号后,驱动垂直方向电机进行垂直定位扫描。当垂直探测定位仪对准火源时便停止垂直扫描,灭火装置的炮口也就准确无误地对准火源,完成灭火装置针对火源的初定位,属直线瞄准。
3.2 起泵喷水灭火过程
精确定位完成后,炮载中心控制机发出开泵、开阀信号,整个探测并准确定位过程在不到60 s的时间内完成。开阀、开泵后,液体水通过管道、炮体,准确地射向火源,瞬时即可把火扑灭。当火源被扑灭时,便可自动关闭泵、阀,自动恢复到初始位置,处于待命状态,若有火情即再次自动启动。图形显示器则根据火警信息立即显示火灾区域图像,打印机则对火灾信息和历史数据进行打印。与此同时,整个自动灭火过程和监视监控过程由附设的硬盘录像机全部记录无误,记录内容包括画面所显示的防火区域名称、现场事件的发生日期和时间及现场设备的状态等,作为事后备查待用。
4 自动寻的消防炮系统构成及功能
系统构成包括消防炮水泵、自动寻的智能消防炮、现场应急控制器、现场电源控制箱、消防电源联动控制台、水流指示器、电动蝶阀及一些水路配件组成。
4.1 消防炮水泵
水泵主副两套,并能自动替换,必须保证有一台水泵能及时启动。水泵规格型号参考设计要求。
4.2 自动寻的智能消防炮
自动寻的消防炮具有定位精确、灭火效率高、保护面积大、响应速度快等特点;同时对非火灾区域所造成的损失可降至最低。消防炮体主要有以下3部分组成。
1)启动探测器:其属于消防炮的I级启动装置,一般同消防炮一体安装。其主要作用是对火源的感知和信号处理,采用双波段的启动探测方式,可以提高探测的灵敏度。
2)定位探测:其由定位传感器、传感器狭缝、信号处理电路、功率驱动装置、运转电机组成,定位组件完成对火源的二维定位,实现定点准确灭火。
3)彩色微型摄像机:摄像机负责采集现场的彩色图像信号,以传回消控室的监视器,便于消控室人员结合图像信号,进行有线的远程控制。摄像机安装在消防炮内。
4.3 现场应急控制器
现场人员发现着火后,可通过操纵现场控制箱面板左、右、上、下、柱雾、开阀、开泵等按键来操纵灭火装置实施灭火。并自动向主控台报警。
4.4 电源控制箱
现场电源控制箱是为方便工程的调试、日后维护及为消防炮提供DC 24 V电源而开发的。分区内的装置选用DC 24 V、控制阀选用AC 220 V等供电电源进行现场控制。
4.5 消防电源联动控制台
由主控台通过图像监控CCD视频系统和远程操作系统,从主控台对灭火装置实施“电动远控”,操纵进行灭火。其还具有图像监控功能,结合现场图像信号,值班人员可通过消防控制中心的联动控制台,手动控制现场消防炮,使消防炮能达到自动和人工手动干预相结合,大大提高灭火装置的可靠性。
4.6 集中控制器
在集中控制系统中,为了实时监视各消防炮的工作状态,在消防中心或值班室各设置1台火灾报警控制器。
4.7 水流指示器
水流指示器安装在消防炮前的水平管道上,可将水流动信号转换为电信号,再将电信号传送到电控箱,通过模块将信号反馈到主机。
5 结束语
近年来,随着我国经济的飞速发展,各类大型建筑如雨后春笋,比比皆是,如机场、火车站、会展中心、剧院、博物馆、文化艺术中心、体育馆、物流中心、汽车站、码头等大空间构筑物的防火灭火显得尤为重要。自动寻的消防炮灭火系统因其准确的探火性能、强大的喷水强度、快速的灭火能力很好地解决了各类高大空间的探火、灭火问题,其将在今以后的大型建筑中得到广泛的应用。
参考文献
移动式消防炮 篇7
消防炮灭火系统, 具有的优点是:灭火剂的喷射强度十分高, 射程远, 并且还可以进行远程控制、手动现场控制、自动定位的方式控制进行火灾扑救, 这个也是当前石化工程中一般使用的灭火系统。
1 扑救案例分析
河北某一个煤化工工程, 占地的总面积大概为两百万平方米, 它的核心装置为:空分装置、备煤装置、煤气化装置, 备煤装置是工程当中装置最高的, 它的高度可以达到八十五米。试验生产时, 在备煤装置的四十八米的地方, 煤粉仓软的连接位置发生了一部分的破裂, 这使得煤粉发生泄漏, 接着发生了爆燃现象, 煤粉不断地扩散, 火灾发生的范围也在不断地扩大, 火焰向装置的顶部蔓延。消防队在接到火警时, 就派出了2辆高喷车、4辆罐泡沫车、1辆指挥车、1辆干粉车奔赴现场, 并且通知了车间的人员开启消防泵。在装置的周围被管廊给阻挡住了, 而固定的消防水炮, 距离着火点很远, 对于着火点无法实施灭火作业, 并且, 装置边缘距离着火点也有的一定的距离, 来自高喷消防车的水柱不能够到达着火点, 仅仅只能够对着火点附近的一些框架进行冷却保护。等到工作人员把输送煤粉的阀门关闭了之后, 火势才一点点地变小, 最后只能由消防队员分成了两组, 进行内攻, 不断向火宅楼层推进, 运用消防水枪进行扑救。
2 消防设置分析
根据案例分析, 在装置区设置的消防炮, 根本不能够达到迅速有效进行火灾扑救的效果, 其中存在着以下的问题:
第一, 装置区周围的工艺装置十分复杂, 附近的管廊分布密集, 加上高大的装置、框架和管廊对于消防炮的灭火剂的喷射造成了阻挡, 最后使得消防炮只能在远离框架、装置的地方安置, 如此, 来自消防炮射流不能够进行有效地火灾扑救。
第二, 处于对生产工艺需求的满足, 工艺装置之间的距离比较近, 装置相互之间所安装的消防炮遭受装置垂直面的阻挡, 对于装置高区内部, 消防炮的灭火剂不能够到达。
第三, 面对体积相对比较庞大的装置群, 在装置相互之间的距离很小, 装置群的水平方向内部的跨度很大, 在装置附近所安装的消防炮, 对于装置内部所发生的火灾几乎无计可施。
第四, 有些消防炮安置仅仅出于对火灾进行抢救的目的, 就在靠近装置的位置进行消防炮的安装设置。因为靠近装置会导致流动的着火物降落在水泡周围, 对于消防人员的人身安全造成威胁。
第五, 对于扑救一些高大型的装置高区的火灾需求, 就要对消防炮的扬程进行必要的增大。可是消防炮扬程一增大, 就会使得消防泵机组的功率相应增大、消防炮的供水管网所受的承压能力相应的增大, 也会提高工程造价。
3 关于对消防炮灭火系统优化设计的建议
3.1 关于供水管网的设置
对于那些装置、框架较高的消防炮的保护, 因装置、框架的高度不断攀升, 消防炮的扬程自然跟着增大。根据有关的规定“消防水泡与所保护对象之间的距离不应小于十五米, 消防水炮的出水量应该在30-50升每秒”。大型的煤化工项目工程当中, 因为装置区的面积很大, 附近所设置的消防灭火系统, 它的供水管网可以达到几十公里的长度。管网供水压力的提高, 对供水管网在维护管理和承压能力上面提出了更高一层的要求, 因而, 工程的造价也自然提高。为了实现消防炮系统中供水管网的合理布置安排, 可以采用以下的设计方式:
依据消防炮系统的不同保护高度, 可以把供水管网划分作高低区供水管网。对于高处的系统设置, 应该使用承压能力较高的管材。
对于装置、框架大的区域附近设置加压的泵房, 而加压的消防泵经过常规设置的消防炮系统的供水管网中吸水加压, 然后给高处装置、框架大的消防炮区使用。
3.2 消防炮位置的安装
在煤化工工程发生火灾时, 为得到及时有效处理, 就需要在装置区设立火灾工艺装置。可是, 工艺装置的外形很复杂, 又易变, 附近的管网分布密集, 使得那些突出的结构对消防炮的灭火起到阻碍作用, 此外, 对于高大装置和框架的那些部位不能进行有效的扑救。面对以上问题, 设计时应考虑以下的解决方式:
装置和框架密集的地区, 应该在每个装置、每个框架的高城区中的每个层都进行消防炮的安装, 消防炮需要有水雾、直流这两种方式。一旦某个装置、框架发生了火灾, 消防人员都可以利用较近的资源进行火灾的抢救, 并且同时使用水雾式的方式对附近的装置和框架进行有效的防护。
在高大的装置、高大框架附近设置架空的管道, 以及其他必要的阻挡设施。在设施的上架、架空的管道上安装一些消防炮, 对于高大的装置和框架进行有效直接的火灾扑救。
3.3 关于消防炮的控制方式
发生火灾时, 在化工装置的周围, 容易发生流淌物散落的现象, 这样就会对消防员和火灾扑救人员的人身安全构成威胁。所以, 需要设置自动控制系统和远程控制系统。
4 结语
为了提高火灾的扑救的效率, 消防炮灭火系统在设计的时候, 需要采取有效的措施, 把消防炮灭火系统的作用全方位发挥出来。
参考文献
[1]王伟, 李孝.论城市建设中的消防安全问题与对策[J].沈阳建筑大学学报, 2009, (4) :11-12.