防火卷帘智能控制装置的设计

倪金荣

（杭州威武设计安装工程有限公司，浙江 杭州 310015）

随着科技的进步和生产的发展，电子技术、检测技术、自动控制技术和计算机技术的迅猛发展，并广泛应用到消防领域，使消防系统从过去的、简单被动的消防体系演变为今天的自动化、智能化的消防体系。大型宾馆、商场、娱乐场所，往往是火灾的重灾区。要避免尽量减少火灾发生时的造成严重生命财产损失，关键是在火灾发生时进行区间隔离，把火势限制在一个局部范围内。要达到这一目标，可以采用的有效措施之一便是防火卷帘门。当火灾发生时，火源附近的防火卷帘门感知系统探测到有火患，马上自动报警，并迅速关闭防火卷帘门，切断火势蔓延的通路。因此本文根据防火卷帘门在平时及火灾发生时工作流程，采用单片机控制系统，设计了具有一定智能的防火卷帘门控制系统。其系统简单，成本适中，易于系统维护和升级。

1 智能控制装置组成及功能

该防火卷帘门智能控制装置在火灾发生时，能自动控制防火卷帘门下降，感烟探测器控制降半，感温探测器控制降底。同时具有手动控制上、中、下、停止等功能。主要技术指标有：控制卷帘门的电动机有正反转功能，并要使用三相电压；控制面板有声光报警指示，有卷帘门上、中、下、停止按钮及卷帘门位置状态指示；有感烟、感温探测器的开关量输入接口；卷帘门位置状态来自限位开关；消防控制接口有卷帘门位置的开关量即无源触头输出，有作为中位、底位控制的开关量输入。

1.1 系统硬件原理图如图1所示：

图1 系统硬件原理图

1 为火灾探测器，包括感温火灾探测器和感烟火灾探测器，实现对现场火灾信号的采集。2 为CPU 最小控制系统，实现逻辑判断和控制。3 为系统电源，提供5V、24V 直流电源，220V 交流电源，及为电动机提供380V 三相电压。4 为控制显示面板，能够准确地显示出报警的类型、防火卷帘门的位置状态及设有控制按钮。5 为声光报警电路，发出报警信号。6 为控制卷帘门的电动机，用来控制卷帘门的上升和下降。

1.2 系统工作原理

火灾发生初期，一般都会有大量烟雾产生，感烟火灾探测器先检测到火灾信号，先发出报警信号；此时，被检测现场的温度不会有异常变化，感温火灾探测器不会发出报警信号，即防火卷帘门附近的温度还处在正常范围内。所以当感烟火灾探测器报警时，防火卷帘门先下降到中位，并在中位停下来，以便人员逃生。火灾继续发生，防火卷帘门附近的温度上升到一定的温度，感温火灾探测器将会动作，发出报警信号，防火卷帘门从中位开始下降，降至底部，即把整个防火卷帘门关闭。因为只有温度达到一定的高度，才说明火将蔓延过来，需迅速彻底关闭防火卷帘门。并且可通过自动、手动来控制防火卷帘门的动作。在手动时，可通过上、中、下、停按钮控制防火卷帘门的位置状态。报警部分是通过CPU 最小控制系统不断的接收到火灾探测器发出的探测信号，经过CPU 最小控制系统识别是否有异常（烟警、温警）情况，如有异常，发出声光报警信号。

2 火灾探测器的介绍及选择

2.1 感温探测器

感温探测器采用机械差定温探测器。这种探测器结构简单，灵活度高，适于温度变化小的场合。它是膨胀系数不同的双金属片组成，当温度变化时，两种金属片会产生弯曲，因而使触电接通。温感探测器信号探测工作原理如图2。

图2 温度探测器等效原理图

温度探测器K 有三个接线端子，1 是检查线，检查探测器是否有故障；2 是电源线；3 是信号线，如温度探测器动作，信号可以从此线发出。在探测周期1 端无电压，如温感未动作（K未闭合），则信号线3 端也应无电平输出，此时为正常，当有温度变化时温感动作K 触头闭合，即使1 端无电平输入，3 端信号线也有电平输出，此电平就是电源电压，故在探测周期可根据3 端的电压来判断温感是否动作。故根据检查线上不同周期，信号线3 上是否输出电平来判断探测器是否丢失或断线，及室内温度是否异常。

2.2 感烟探测器

烟感探测器采用离子式感烟传感器。工作原理如图3所示：1 检查电离室，2 补偿电离室，3信号放大电路，4 开关转换电路，5 火灾模拟检查电路以及6 故障自动监测电路等组成。当无烟时，补偿室和检查室的电压几乎相等；而当有烟时，烟进入检查室，使电离电荷迁移速度降低，电离电流减少，监测室的等效阻抗增加，而补偿室内阻抗保持不变，因而引起电离室分压比的变化，在信号放大回路输入端产生电压ΔV，此电压增加到一定值时，开关转换电路即动作，发出报警信号并使确认灯亮。

图3 感烟探测器原理图

3 智能控制装置芯片的选取

3.1 CPU的选取

系统软件部分选用MCS-51 系列单片机，MCS-51 系列单片机是美国Intel 公司于80年代推出的一种高性能8 位单片机，本文选用8031 芯片。

3.2 时钟电路

时钟电路用来产生时钟信号供单片机使用，单片机将时钟信号加工成各种它所需要的工作信号。时钟可以由两种方式产生：内部时钟方式和外部时钟方式。本设计采用内部时钟方式。外部振荡器和单片机内部的时钟电路一起构成了单片机的内部时钟方式，见图4。单片机内部有一个高增益反相放大器，引脚XTAL1 和XTAL2 分别是这个放大器的输入端和输出端。放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成一个自激振荡器。

图4 时钟电路原理图

4 电源的设计

本设计的电源是采用直流稳压电源。直流稳压电源是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的波纹，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动（一般有±10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。

[1]姜文源.建筑灭火设计手册[M].中国建筑工业出版社.

[2]梁延东.建筑消防系统[M].中国建筑工业出版社.

[3]李东明.自动消防系统设计安装手册[M].中国计划出版社.

[4]赖麒文.8051 单片机嵌入式系统应用[M].中国科学出版社.