1、本校南校区综合楼消防监控系统设计1 绪论1.1 设计背景、目的及意义近年来，随着我国国民经济和科学技术的高速发展，多媒体教室、报告厅等应用的更为广泛，学生们在享受这些设施带来了便利的时候，却也增加了火灾隐患。与此同时消防事业发展迅速，特别是自动化、计算机和现代通讯技术的引入，不断提高了消防配套设施的自动化和智能化水平，做到了火情早发现、早预防，努力将火灾消灭在萌芽状态，保证了生产装置的安全可靠，避免了造成人员伤亡和财产损失，真正做到“防患于未燃”。本次课程设计主要完成本校南校区综合楼的火灾消防监控系统设计。运用已学过的各种火灾探测器、控制器的知识，完成火灾消防监控系统中监测系统、灭火系统、消防
2、电话系统、消防广播系统等各分系统的设计，从而进一步理解火灾探测与控制的基本原理，了解火灾监测监控系统设计的步骤和方法，利用所设计的楼消防监控系统保护学校和学生的安全。1.2 火灾自动报警系统1.2.1 国内外自动报警系统现状及发展状况国外一些发达国家，具有火灾预防、报警、扑救、善后处理等比较完善的消防体系。政府每年都要拨出大量的资金进行消防设备的更新、人员培训以及消防设施维护。德国、日本、美国等国家就采用计算机与用户终端的传感器或者用户终端信号采集器相连，对火灾自动报警设备实时监控以及故障远程传输。例如：美国、加拿大、英国、澳大利亚、日本等国家在建设和应用城市火灾自动报警监控系统方面均有可供借
3、鉴的成功经验。他们将自动火灾报警作为公共报警手段接入监控系统，并有效运行多年，使消防指挥中心能够快速准确判断火灾地点、火灾类型，并调度消防部队迅速到达现场，自动报警监控系统在此起到了很大的作用。此外，这些国家在监控系统管理方面比较规范，专门成立一个监控服务机构，该机构的责任是保证火灾报警数据通信畅通，为用户服务，对用户负责，同时向消防部队传送可靠的火灾报警信息，而消防部门的主要责任是对此类服务机构进行资质审查及监督管理。我国火灾报警系统起步较发达国家晚几十年，从上世纪70年代我国才开始研制生产火灾报警系统产品。进入80年代后，国内主要厂家也多是模仿国外产品，或是引进国外技术进行生产，没有真正意
4、义上的核心技术，并且市场也刚刚开始发育。火灾报警产品真正发展是在90年代以后，随着政府逐渐开放国门，国外企业开始大量进入中国消防市场，带来先进技术的同时也促进了市场的成熟。这时期，我国生产火灾报警产品的企业也得到了快速发展，部分企业进行了合资生产、技术合作，取得了不菲的成绩，也造就了现今市场上许多商家，部分技术已接近或赶上了国际水平。1.2.2 火灾自动报警系统的工作原理火灾自动报警系统工作原理是被保护场所的各类火灾参数由火灾探测器或经由人工发送到火灾报警控制器，控制器将信号放大、分析、处理后以声、光、文字等形式显示或打印出来，同时记录下时间，根据内部设置的逻辑命令自动或人工手动启动相关的火灾
5、警报设备和消防联动设备，进行人员的疏散和火灾的扑救。如图1-1。图1-1 火灾自动报警系统的工作原理1.2.3 火灾自动报警系统的组成火灾自动报警系统由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置、控制装置和电源所组成。消防监控系统能够在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量、光辐射即变化的空气组分等物理量，通过感烟感温、感光及气体浓度等火灾探测信号转换成电信号，传给火灾报警控制器，并显示火灾发生的部位，记录火灾发生的时间。一般火灾自动报警系统、自动喷水灭火系统、室内消防栓系统、放烟排烟系统、防火门、防火卷帘等相关系统联动，通过控制外围联动装置的启停并接受反馈信号。1.3 设计简介1.3.1 设计的主要内容
6、本设计主要是以南区综合楼火灾报警联动控制为核心构成的消防自动报警系统。该系统集火灾自动报警、消防联动控制、区域显示功能于一体，通过系统的现场编程功能可以灵活地进行分配，能满足各种大中型消防工程的功能要求。1.3.2 设计对象平面图本次所设计的本校南校区综合楼建筑一到二层平面图如图1-2。图1-2 南区综合楼一到二层平面图 本次所设计的本校南校区综合楼建筑三到五层平面图如图1-3。图1-3 南区综合楼三到五层平面图2 系统总体方案设计 本设计主要运用海湾公司的消防设备实现消防监控系统设计，包括两个主要部分：消防监控系统的硬件设计部分和软件部分设计。硬件部分首先需要通过探测器和变送器监控超市的温度
7、、可燃气体的浓度，烟尘密度，光的强度等物理量，然后进行数据的采集，最后将采集到的数据通过二总线传到消防报警监控联动系统。再由消防联动系统控制联动设备发出警报，喷淋灭火动作。软件部分的设计需要绘制人人乐超市的平面图、探测器和喷头的布局图以及联动编程。2.1 南区综合楼消防情况简介2.1.1 南区综合楼消防要求 1）耐火等级。根据国家有关的消防技术规范规定，教学楼的耐火等级一般不低于二级，室内的吊顶和其他装饰材料，不准使用可燃材料，对原有的建筑中可燃的木构件和耐火极限较低的钢架构件，必须采取措施，提高其耐火等级。2）教学楼应按建筑设计规范和高层民用建筑设计防火规范的规定划分防火分区。多层楼房地上按
8、2500为一个分区，地下按500为一个防火分区；如教学楼装有自动喷水灭火系统，并采用不燃或难燃材料装修时，地上防火分区面积可扩大到4000，地下防火分区面积扩大到2000。2.1.2 重点消防对象南区综合楼的重点消防对象主要有：一楼及二楼的学生食堂区，三楼的图书馆区，三楼的学生自习室区，四楼的学生自习室区及教室区，五楼的活动中心区。一楼有食堂区，在烹饪区使用天然气做饭，容易导致危险；三楼图书馆区，音像图书区也是重点消防对象；电气消防也是教学楼消防的又一重点，有空调机房和配电间等。2.1.3 南区综合楼的系统选型火灾自动报警系统有三种基本形式：区域报警系统，集中报警系统，控制中心报警系统。根据教
9、学楼的保护等级选用区域报警系统，系统的组成见图2-1。区域报警控制器设置在南区综合楼一层的监控室。火灾探测器手动报警按钮火灾报警装置消防联动区域火灾报警控制器电源图2-1 区域报警系统组成2.2 消防系统的初步方案设计 消防监控系统选用海湾公司GSTCRT2001彩色显示系统。该系统是海湾安全技术有限公司最新一代消防控制中心火警监控，管理系统，它用于火灾报警及消防联动设备的管理与控制以及设备的图形化显示。可与海湾安全技术有限公司所生产的GST200，GST500，GST5000，GST9000等系列火灾报警控制器（联动型）组成功能完备的图形化消防中心控制系统，并且CRT之间可以通过局域网，普通
10、电话线（通过调制解调器）RS-232等方式进行联网，接受，发送，显示设备异常信息湖主机信息，从而实现了火灾报警系统的远程中央监控。所以本次设计将全部选用该公司的设备。系统示意图如图2-2，图2-3。图2-2 消防监控系统示意图2.3 系统功能 1）火灾探测报警模块 教学楼内共每个房间都有一个感烟感温火灾探测器，每层楼走廊中都有一个消火栓按钮和一个火灾声光警报器，这三类设备都有一个电子编码地址，全部串在一条无极性二总线上接入火灾报警控制器(联动型)。各个楼层的火灾显示盘也都串在一条有极性二总线上接入火灾报警控制器，唯一不同的是还有伴有两根电源线。发现火灾有两种情况，一是各个房间感烟感温火灾探测器
11、检测到，这时与之相接的门灯会自行点亮，二是各层大厅中的消火栓按钮被人为按下。火灾报警控制器在检测到任一种报警信号后，由报警设备的电子编码地址就会知道火灾发生的位置，然后火灾报警控制器按照预定联动控制程序的触发全部或任意几个（由联动控制程序决定）火灾声光警报器进行报警。由同时各楼层或该楼层（由联动控制程序决定）的火灾显示盘就会显示火灾发生的准确位置，便于人们选择正确的逃生路线。 2）消防电话模块 消防电话系统十分必要，它对能否及时报警，消防指挥系统是否畅通起着关键作用。它是一种消防专用的通讯系统，通过这个系统可迅速实现对火灾的人工确认，并可及时掌握火灾现场情况及进行其它必要的通讯联络，便于指挥灭
12、火及恢复工作。系统在每一层走廊都设有一个消防电话分机，由于消防电话分机和消防电话主机通过火灾报警控制器相接，所以主机可通过火灾报警控制器呼叫固定分机；分机摘机即直接呼叫主机，这时，主机振铃直至主机摘机；分机与分机之间不能通信。主机分机在通话开始时，主机上请求录音灯闪烁提示录音，按放音/录音键后开始录音，并自动记下录音时的时间；录音最多可分两段，总录音时间长度200秒钟；放音时自动显示所放录音段的录制时间，放音结束自动恢复显示实时时间。录音段最长保存时间为3天，超过保存时间的录音段将被自动抹去以备下次录音。抹音期间，录音指示灯常亮。另外主机设有音频输出插孔，供外部保存录音使用。 3）消防广播模块
13、 消防广播有正常广播和紧急广播两路信号。正常广播信号由录放机、碟机等设备产生，例如播放轻音乐、通知、新闻等。紧急广播信号由话筒或警报器播放火警或个人喊话等。两路信号都接入广播分配盘，未启动广播分配盘时，正常广播输入与输出相连。启动后广播分配盘将输出切换到紧急广播输入。广播分配盘有一路正常广播输入信号和五路紧急广播输入信号，有二十路输出信号。广播分配盘切换方式除手动控制外，还具有联动控制方式，广播分配盘接收火灾报警控制器发出的动作命令，发出切换命令。系统有自动和手动两种方式。 4）自动喷水灭火模块楼内共安装有一套自动喷水灭火系统，包括消防水泵、电磁阀、水箱、喷淋头等。安装在楼顶的消防水泵负责给水
14、箱中供水，每层楼有一个电磁阀控制着该层所有房间中的喷淋头。当该层楼的任一个感烟感温火灾探测器发出火警信号给火灾报警控制器(联动型)后，火灾报警控制器会按照预定的联动控制程序先启动消防水泵给水箱供水，同时火灾报警控制器也会打开该层的电磁阀，这时整个楼层的喷淋头都会喷水灭火。由于消防水泵和电磁阀等设备的电气特性与二总线设备不同，所以对其控制必须通过多线制CPU控制卡、多线制控制卡、多线制转换接口模块进行转换。 图2-3 水喷淋和广播模块示意图 5）GSTCRT2001彩色显示系统 GSTCRT2001彩色显示系统是海湾安全技术股份有限公司设计的最新一代消防控制中心火警监控、管理系统，它用于火灾报警
15、及消防联动设备的管理与控制。该系统功能完备,人机界面友好,可与海湾集团公司所生产的GST200、GST5000、GST8000等系列火灾报警控制器(联动型)组成功能完备的图形化消防中心监控系统。并且CRT之间可以通过局域网、普通电话线(通过调制解调器)、RS232等方式进行联网，接收、发送、显示设备的异常信息及主机信息，从而实现了火灾报警系统的远程中央监控。系统可以同时管理多台不同类型的控制器。开机时系统自动加载通信模块，自动维护系统的数据通信，且用户可以通过通讯测试功能随时测试系统数据通信状态，保证系统可靠运行。简单、直观、完整的用户图形监控界面,可在不同监视区的设备布置图上切换显示，并通过
16、不同的颜色显示现场设备的报警及动作、故障、隔离等异常信息，对于指挥现场灭火十分有益。图2-4 消防监控系统示意图3 硬件系统设备选型3.1 报警与警报装置选用清单1）JB-QG-GST200型火灾报警控制器（联动型）；2）ZF-GST8903型火灾显示盘；3）JTF-GOM-GST601型点型复合式感烟感温火灾探测器；4）LD-8403型消火栓按钮；5）GST-HX-M8501火灾声/声光警报器；6）GST-LD-8314型火灾探测器门灯。3.2 火灾报警控制器的选用 火灾报警控制器选用JB-QG-GST200型火灾报警控制器(联动型)，该型火灾报警控制器是海湾公司推出的新一代火灾报警控制器。
17、为适应工程设计的需要，控制器兼有联动控制功能，可与海湾公司的其它产品配套使用组成配置灵活的报警联动一体化控制系统，具有较高的性能价格比，特别适合中小型火灾报警及消防联动一体化控制系统的应用。如图3-1。JB-QG-GST200型火灾报警控制器(联动型)采用柜式结构，主要指标如下： 1）控制器最大容量为242个地址编码点，本项目中用到点数： a. 点型复合式感烟感温火灾探测器：66*1=66，编码地址：1-66； b. 消火栓按钮： 每层一个，5*1=15，编码地址：67-71； c. 火灾声光警报器：每层一个，5*1=5，编码地址：72-76； d. 总线制固定式消防电话分机：每层一个，5*1
18、=5，编码地址：77-81； e. 广播分配盘：每个广播分配盘占用20个地址编码点，编码地址：82-101。2）控制器最大可外接64台火灾显示盘，本项目中火灾显示盘个数：火灾显示盘：每层一个，5*1=5。3）控制器最大可配置14个多线制控制点，本项目中多线制控制点个数： a. 消防水泵：1个； b. 电磁阀：每层一个，5*1=5。4）接线 a. 控制器与探测器间采用无极性信号二总线连接 b. 多线制控制点与模块(GST-LD-8302C)之间采用有极性二总线连接 c. 控制器与各类编码模块采用四总线连接(无极性信号二总线、无极性DC24V电源线)； d. 控制器与火灾显示盘采用四总线连接(有极
19、性通讯二总线、无极性DC24V电源线)； e. 与彩色CRT系统通过RS-232标准接口连接，最大连接线长度不宜超过15m。5）电源：主电：交流220V；控制器备电：直流12V/10Ah密封铅电池；联动备用电：直流24V/24Ah密封铅电池。图3-1 JB-QG-GST200型火灾报警控制器(联动型) 3.3 火灾显示盘的选用火灾显示盘选用ZF-GST8903型火灾显示盘，该盘是一种用于楼层内的火灾报警显示装置。当消防控制中心的主机接收到建筑物内发生的火灾后，产生报警，同时把报警信号传输到发生火警区域的火灾显示盘上，火灾显示盘将产生报警的探测器的位置显示出来并发出报警声响，以通知发生相关人员。
20、火灾显示盘与火灾报警控制器间采用有极性二总线连接，另需两根DC24V电源供电线。如图3-2。主要技术指标如下： a. 显示范围：1100组编码点，编码支持通配符方式；b. 显示容量：最多不超过100个报警信息；c. 线制：与火灾报警控制器间采用有极性二总线连接，另需两根DC24V电源供电线（不分极性）；d. 工作电流：监视电流25mA；报警电流100mA；e. 使用环境：温度：040；相对湿度95%，不结露；f. 电源：采用DC24V电源集中供电，静态功耗0.7W，最大功耗3W； g. 外形尺寸：480mm380mm70mm。 图3-2 ZF-GST8903型火灾显示盘3.4 探测器的选用3.
21、4.1 火灾探测器介绍由于监控场所为教学楼的教室及图书馆，而且有自动联动灭火系统，应该把感烟、感温、火焰探测器结合使用。综合考虑，选用JTF-GOM-GST601型点型复合式感烟感温火灾探测器（如图3-3），既可以减少探测器的个数，又可以减少误报率，降低误报损失。该型火灾探测器是由烟雾传感器件和半导体温度传感器件从工艺结构和电路结构上共同构成的多元复合探测器。它不仅具有点型光电感烟火灾探测器的性能，而且兼有点型定温、差定温感温火灾探测器的性能。正是由于感烟与感温的复合技术，使得该款复合探测器能够可靠响应国家标准试验火SH3(聚氨酯塑料火)和SH4(正庚烷火)；同时，该款复合探测器也能对酒精燃烧
22、等有明显温升的明火探测报警，扩大了点型光电感烟火灾探测器的应用范围。探测器为无极性信号二总线制，可接入海湾公司生产的各类火灾报警控制器的报警总线。而且本探测器与海湾公司生产的其他探测器完全兼容，可混合安装在同一总线上。编码方式采用十进制电子编码。手动报警按钮的选用LD-8403型消火栓按钮，该按钮为编码型，可直接接入控制器总线。它采用拔插式结构，安装简单方便；可电子编码，可现场改写；采用微处理器实现信号处理，用数字信号与控制器进行通信，工作稳定可靠，对电磁干扰有良好的抑制能力；带有一对常开输出控制触点，可用来做直接启泵开关；有机玻璃片在按下后可用专用工具复位。3.4.2 火灾探测器特点复合探测
23、技术是目前国际上流行的新型多功能高可靠性的火灾探测技术。JTF-GOM-GST601型点型复合式感烟感温火灾探测器是由烟雾传感器件和半导体温度传感器件从工艺结构和电路结构上共同构成的多元复合探测器。它不仅具有点型光电感烟火灾探测器的性能，而且兼有点型定温、差定温感温火灾探测器的性能。正是由于感烟与感温的复合技术，使得该款复合探测器能够可靠响应国家标准试验火SH3（聚氨酯塑料火）和SH4（正庚烷火）；同时，该款复合探测器也能对酒精燃烧等有明显温升的明火探测报警，扩大了点型光电感烟火灾探测器的应用范围。本探测器为无极性信号二总线制，可接入海湾公司生产的各类火灾报警控制器的报警总线。而且本探测器与海
24、湾公司生产的其它探测器完全兼容，可混合安装在同一总线上。3.4.3 主要技术指标 a. 工作电压：总线24V ；b. 监视电流0.6mA；c. 报警电流1.8mA ；d. 报警确认灯：红色，巡检时闪烁，报警时常亮；e. 使用环境：温度：-10+50，相对湿度95%，不结露；f. 编码方式：十进制电子编码；g. 外形尺寸：直径：100mm，高:56.2mm(带底座)。图3-3 JTF-GOM-GST601型点型复合式感烟感温火灾探测器3.5 消防栓按钮的选用1）特点LD-8403型消防栓按钮，该按钮为编码型，可直接接入控制器总线，它采用拔插式结构，安装简单方便，可电子编码，可现场改写，采用微处理
25、器实现信号处理，用数字信号与控制器通信，工作稳定可靠，对电子干扰有良好的抑制能力，带有一对常开输出控制输出点，可来做直接启泵开关，有机玻璃在按下后可用专用工具复位。2）主要技术指标a. 工作电压：总线24V；b. 监视电流0.6mA；c. 报警电流1.8mA；d. 线制：消火栓按钮与控制器信号二总线连接，若需实现直接启泵控制及由泵控制箱动作点亮泵运行指示灯，需将消火栓按钮与泵控制箱采用三总线连接；e. 动作指示灯：红色：消火栓按钮按下时此灯亮，绿色：消防水泵运行时此灯亮；f. 无源输出触点容量：DC60V/100mA；g. 使用环境：温度：-10+50，相对湿度95%，不结露；h. 外形尺寸：
26、90mm122mm48.5mm。图3-4 LD-8403型消防栓按钮3.6 火灾报警器的选用在每层走廊布置一个GST-HX-M8501火灾声光警报器，该警报器具有两种报警模式(模式、模式)，可用于区分预警状态和火警状态。光显示采用多只超高亮红色发光二极管作为光源，显示醒目、寿命长、功耗低。可通过短路外控端子启动警报器，不受信号总线掉电的影响。与信号总线及电源总线分别采用无极性二总线连接，接线方便；具有电源总线掉电检测功能，若电源总线掉电，可将故障信息传到控制器。在每个实验室门口布置一个GST-LD-8314型火灾探测器门灯。该门灯可与对应的探测器并联使用，并与该探测器编码一致。当探测器报警时，
27、门灯上的指示灯闪亮，在不进入室内的情况下就可知道室内的探测器已触发报警。 由于超市面积大，并且高立的货架挡住了人们的视线，所以将GST-HX-M8501/2火灾声光报警器安装在超市一、二、三层各个出口并且高处可见的地方。GST-HX-M8501/2火灾声光报警器具有两种报警模式（模式、模式），可用于区分预警状态和报警状态，光显示采用多只超高亮红色发光二极管作为光源，显示醒目，寿命长、功耗低。可通过短路外控端子启动报警器，不受信号总线掉线的影响。与信号总线及电源总线分别采用无极二总线连接，接线方便，具有电源总线掉电检测功能，若电源总线掉电，可将故障信息传到控制器。主要技术指标如下：a. 工作电压
28、：总线电压：总线24V，电源电压：DC24V；b. 监视电流：总线电流1mA，电源电流3mA； c. 动作电流：总线电流5mA，电源电流50mA； d. 模式（用于预警状态）： 声压级：75dB85dB（正前方3m水平处（A计权）， 变调周期：1.4(120%) s闪光频率：0.7（120%）Hz； e. 模式（用于火警状态）： 声压级：85dB115dB（正前方3m水平处（A计权）， 变调周期：0.7(120%) s闪光频率：1.4（120%）Hz；f. 线制：四线制；g. 使用环境：温度：-10+50，相对湿度95%，不结露；h. 外形尺寸：直径：110mm，高：95.9mm。图3-5 G
29、ST-HX-M8501/2型火灾声/声光警报器3.7 火灾探测器门灯的选用 1）特点火灾光警报器一般安装在巡视观察方便的地方，如会议室、餐厅、房间等门口上方，便于从外部了解内部的火灾探测器是否报警。此部件可与对应的探测器并联使用，并与该探测器编码一致。当探测器报警时，火灾光警报器上的指示灯闪亮，在不进入室内的情况下就可知道室内的探测器已触发报警。火灾光警报器也可单独使用，占用独立的总线编码点，可通过GST-BMQ-1B电子编码器更改设置。2）主要技术指标 a. 工作电压：总线24V； b. 监视电流0.8mA；c. 动作电流16mA； d. 线制：直接接入火灾报警控制器信号二总线； e. 使用
30、环境：温度：-10+50，相对湿度95%，不结露； f. 外形尺寸： 80mm120mm49mm。图3-6 GST-LD-8314型火灾探测器门灯3.8 其他设备的选型3.8.1 消防电话的选用消防电话系统选用的主要设备如下：GST-TS-Z01A智能型总线制消防电话主机，GST-TS- 100A总线制固定式消防电话分机和GST-LD-8304总线制编码消防电话专用模块。通过这个系统可搭建一种消防专用的通讯系统，实现对火灾的人工确认，并可及时掌握火灾现场情况及进行其它必要的通讯联络，便于指挥灭火及恢复工作。 1）消防电话模块的组成 消防电话模块由电话主机、总线制消防电话模块、电话分机、火灾报警
31、控制器搭建成一种消防专用的通讯系统，如图3.6所示。通过这个系统可迅速实现对火灾的人工确认，并可及时掌握火灾现场情况及进行其他必要的通讯联络，便于指挥灭火及恢复工作。 2）消防电话模块的工作原理消防电话模块的工作原理是: 在每一层都设有一个电话分机，消防电话分机和消防电话主机通过火灾报警控制器相接，主机可以通过主机可以通过火灾报警控制器呼叫固定分机，分机摘机即可直接呼叫主机，主机振铃直至主机摘机，分机之间不能进行通信。主机分机在通话开始时，主机上请求录音灯闪烁提示录音开始，按放音/录音键开始后录音，并自动记录录音时的时间：录音最多可分为两段，总录音时间长度200秒，放音时自动显示所放录音时段的录制时间。录音段最多可以保存时间为3天，超过保存时间的录音段的录音段将自动被抹去以备下次录音。抹音期间，录音指示灯亮。另外主机设有音频输出插孔，供外部保存录音使用。3.8.1.1 GST-TS-Z01A型总线制消防电话主机GST-TS-Z01A型总线制消防电话主机是为消防专用而设计开发的总线制通讯系统，通过它可实现对火灾的人工确认，并可及时掌握火灾现场情
