基于电气自动化控制的消防工程设计

李 乐

（新疆维吾尔自治区特克斯县消防救援大队，新疆维吾尔自治区 伊犁 835500）

出现火灾会导致人们生命财产造成损失，所以要结合现代先进科学技术，对消防工程进行完善，在短时间内对火灾灾情进行控制。电气自动化控制技术发展能够使消防工程结合此技术，尤其是应用在自动灭火、控制和报警方面，具有良好的效果。

1 电气自动化控制的优势和特征

基于社会各领域的适用范围，电气自动化控制系统不仅仅只是对硬件设计，还要和软件的设计结合，使两者能够统筹兼备，根据实践中的生产技术进行设计。统一性为电气自动化的主要优势，电气工程自动化系统中的控制对象也各有不同。对比传统自动化，电气自动化的保持统一性优势明显。使用电气自动化能够提高电气系统操控效果，传统自动化控制技术对控制系统反应时间缩短，不仅能够远程操控电子信息技术，还能够实现现实情况的自我调控。也说明电气工程控制能够随时随地地提高各工作操作速度，充分展现先进技术特有的鲜明特点。

2 基于电气自动化控制的消防工程设计

2.1 消防工程的设计方案

基于电气自动化控制的消防工程通过电动窗、检测与控制模块、智能消防控制模块构成，利用智能消防控制模块外设按钮能够控制电动窗的开启和停止；在风雨光满足设置阈值的时候，高精度风雨传感器能够使开关量转变成为电平信号，对STM32主控板发送，从而关窗；MCGS组态触摸屏能够实时监控主控板，实现可视化楼宇消防状态；在烟雾传感器对烟雾浓度感测时，如果达到门限值，就会改变电离平衡状态，对STM32主控板发送电平信号，从而实现声光报警和开窗，并且发送紧急短信。

2.2 硬件的设计

（1）驱动控制电路。TM1639芯片指的是键盘扫描接口LED驱动控制主要电路，抗干扰能力比较强，并且稳定性良好，能够降低成本，连接MCU和串行接口，实现键盘与LED的扫描，降低了外围电路软件、硬件成本。

（2）时钟驱动电路。利用涓细电流充电能力低功耗的实时时钟芯片作为DS1302芯片，时钟驱动电路的设计详见图1。系统供电通过Vcc1实现，纽扣电池供电通过Vcc2，导致系统断电时不会中断运行，设置晶振为32.768 kHz。

图1 时钟驱动电路的设计

（3）继电器输出电路。74HC595D为8位并行、串行的输出位移寄存器，能够实现标准串行、高移位时钟频率。但是，因为降低了输出电流，继电器能力无法得到实现，串联大电流与后级电路。ULN2003为大电流、高耐压的复合晶体管阵列，500 mA为最大的输出电流，被广泛应用到高速大功率驱动电路中。继电器输出电路利用I/O口控制级联电路，上位电阻能够提高芯片传输信号的噪声容限，增强抗干扰能力。利用ULN2003电路驱动14组继电器，使电路设计得到简化，从而使硬件设计成本得到降低。

（4）RS485通信。利用MAX485芯片设计RS485通信低功耗收发器，利用Modbus_RTU协议使上位机的通信进行交互，提高传输速率。此模块还能够避免长距离传输过程中信号因为阻抗不匹配导致的反射情况，使信号稳定性得到保证。另外，避免出现干扰。GPIO指的是功能发送与接收的引脚，利用高电平进行发送，低电平进行接收，低电平接收状态为默认状态。

（5）主控板硬件。主控板CPU使用ARM的Cortex-M3处理器，降低成本和系统功耗，使引脚数目缩减，还能够提供优秀计算性能与高级中断系统响应，主控板外部利用电源变送器对直流电机电流进行检测。

通过KCQN和KCQP使遥控开关电路输入24 v，有效控制两个继电器。通过单片机KCQIN1下降沿实现开窗操作，利用单片机KCQIN2下降沿实现关窗操作，停止操作通过KCQIN1或者KCQIN2上升沿实现。在进行延时过程中，要判断两者是否能够同时为1。在火灾出现时，要求通过语音进行报警，使人们能够及时地得到危险信息。STM32单片机使信息对C-S9561发送，通过晶闸管到S9561语音报警信芯片，通过转换警报信息实现功放电路的输出，从而实现语音报警。

2.3 自动报警模块的设计

消防工程的核心就是及时发现火灾。传统消防工程单纯根据人力观察，无法保证及时发现问题。使用电动自动控制系统，能够在消防工程中实现预警。消防自动报警系统包括触发装置、火灾报警装置、火灾警报装置、其他辅助功能装置，工作原理为：在刚发生火灾的时候，通过触发装置感应到物理变化，包括温度、火焰、烟雾等，转变为电信号，传输到火灾报警装置中，报告火灾发生的位置和时间，实现火灾的预警。其次，在自动灭火消防系统中传递信号，将初期火灾消灭工作进行启动。

（1）触发装置。利用手动报警和火灾探测器实现触发装置的设计，将其设置到公共场所中，在出现火灾的时候按下按钮，实现报警信号的发送。火灾探测器属于自动消防报警系统的核心，能够触发自动检测报警。对发生火灾时候的物理现象进行检测，不断的探测和监视。火灾探测器类型包括：其一，感烟式火灾探测器。对燃烧烟雾进行检测，设置在高要求区域中；其二，可燃气体火灾探测器。对空气中可燃气体浓度进行监测，从而判断是否出现火灾，一般应用到可燃气体多的场景中，包括燃料化工、仓库、石油等建筑物中；其三，感光式火灾探测器。通过光敏感反应检测火灾，应用到易燃物多的场所中；其四，感温式火灾探测器。对室内异常温度变化检测，利用温度异常的变化对是否发生火灾进行判断；其五，复合式火灾探测器。结合上述探测器功能的探测器。

（2）火灾报警控制器。此为消防自动报警控制系统核心，能够将稳定的直流电源提供给火灾探测器中，监视相互之间传输导线的故障情况。一般火灾自动报警控制系统的方式主要为：其一，集中报警系统。在大规模住宅、商用办公楼中使用； 其二，区域报警系统。对建筑物某区域进行检测和保护，设置到保卫室等场所中；其三，消防控制中心报警系统。应用在高防火等级要求建筑中。

2.4 消防工程中的设备设置

（1）固定水压供水设备。固定水压供水设备使用变频技术控制水泵，保证管道网络水压能够稳定地运行。主要功能为：固定水压供水设备能够稳定水压，通过压力表的连接对水压进行测量。假如管道水压比正常水平要低，要求及时开展水泵补水作业。如果管道水压高于普通的水平，就要将水泵供水的工作停止；对固定水压供水设备自动检测，避免水泵长时间的为停止运行状态中，导致故障的出现。智能消防系统能够避免水压起伏过大对灭火工作开展造成阻碍，此设备还能够模拟灾情，及时监测供水设备供水。

（2）临时高压消防栓供水。在消防水电气自动化控制系统创建过程中，临时高压消防栓系统为核心内容，使后续的消防功能有序开展。结合临时高压消防泵系统电气自动化控制，重视消防泵启动程序，保证消防泵能够稳定、及时的启动，避免因为启动问题对供水效果造成影响。在启动此消防泵的过程中，和火灾报警系统密切相关，在火灾报警系统实现警报与指令发送之后，实现消防栓的自动化运行。

（3）自动化监控系统。为了使消防供水电气自动化控制系统使用价值得到提高，还要设计自动化监控系统的设置和使用，对整体消防供水系统构成有效监督，保证其能够正常的运行，避免明显异常故障。和自动化监控系统结合，对消防栓给水系统运行状态和消防水箱、消火栓泵进行重视，避免出现自身控制运行和液位偏差等问题。对消防刷泵电源实时监督管理，避免供电过程中存在偏差。另外，还要重视自动喷水系统，使自动喷水灭火系统运行更加稳定，保证消防供水系统运行的价值。

3 单片机软件设计和测试

STM32单片机利用C语言实现软件编程，编程思路为程序调用子程序，系统实现上电执行复位操作，利用控制面板中的按钮对电动窗的开关、停止进行控制，风雨传感器与烟雾传感器对风雨、烟雾进行检测，自动实现开关窗，在触摸屏中显示主控板，图2为消防控制系统的软件设计流程。

为了对组态触摸屏软件设计验证，实现STM32单片机通信，创建串口调试仿真实验平台，表1为触摸屏和串行通信参数的设置。

表1 触摸屏和串行通信参数的设置

以设置的通信参数之后，STM32单片机中的RS串口转USB连接PC端，使用奇校验，串口调试收发数据帧测试03功能码数据帧，读取设备主控板寄存器所有状态信息，STM会返回1帧相应03功能码ADU。以此表示，通过触摸屏发送指令到STM32单片机响应指令通信成功，系统控制与监测性能良好。

图2 消防控制系统的软件设计流程

4 结束语

在消防工程中使用电气自动化控制技术能够缓解压力，实现灭火、警报发送的自动化，要及时维护保养，保证自动化消防设施正常使用。以此，使火灾得到降低，保证人民的生活环境。