1 引言
火警報警系統(tǒng)是在火災發(fā)生時或火災初起時，通過各種火警探頭探測火災，及時地發(fā)出火災聲光報警信號和控制防火設備信號，引起值班員的注意，指出火災發(fā)生的地點，迅速有效地撲滅火災，保證船舶安全的重要裝置。
目前，船舶上使用的各種類型火警報警產品都是經過不斷完善發(fā)展而來的，根據規(guī)范規(guī)定，客船和大于500總噸的貨船，應在游客和船員起居處所及機器處所裝設手動報警器。此外，載客超過36人的客船起居處所及服務處所和國際航行的干貨船上裝有爆炸物品或易燃物品的艙室及其相臨近的裝貨艙室內設置失火自動報警系統(tǒng)。船上常用的失火自動報警裝置有測溫式和測煙式兩種，完全滿足船舶行業(yè)規(guī)范中的要求。這些產品的主機有的是采用邏輯回路控制，有的則是采用可變程序控制器來實現控制的，還有就是采用微型計算機控制。它們在系統(tǒng)構成上大同小異，主要有主機、遙控顯示器、探測回路、報警控制單元、防火設備回路和電源回路。
根據船舶建造規(guī)范中的相關規(guī)定，船舶火警報警系統(tǒng)適用于以下船舶：
1.所有航行于國內及國外的海上客船
2.總噸位大于1000登記噸的海上機動貨船
3.油船
4.用以裝載棉花、麻、亞麻、火柴以及其他易燃物品的干貨船
2 船舶火警報警系統(tǒng)簡介
2.1 船舶火警系統(tǒng)的基本組成
火警報警系統(tǒng)是通過各種探測器檢測火災前兆所產生的煙霧、不正常的溫度、溫升和火光，并將其轉換為電信號匯集到報警指示器，發(fā)出火災報警信號。其系統(tǒng)的組成：由火災探測器、手動報警按鈕和報警指示器以及聲光報警器等組成，如圖1所示?；鹁綔y器分布于被保護的艙室內。報警指示器安裝于有人值班的駕駛室或消防控制站內，手動報警按鈕裝設在人員經常出入的過道、走廊、控制站、公共艙室等場所的明顯之處。
圖1 火警報警系統(tǒng)基本組成
(1)主機 (2)電源回路 (3)蓄電池 (4)遙控顯示板 (5)感溫探頭 (6)感煙探頭 (7)報警按鈕 (8)感火焰探頭 (9) 24V報警鈴 (10)220V報警笛 (11)故障報警器 (12)自動停止風機 (13)防火閘電磁閥 (14)自動滅火裝置 (15)報警輸出繼電器 (16)終端電阻
2.2 船舶火警系統(tǒng)的功能
1.失火自動報警功能。根據自動探測器或手動報警按鈕從監(jiān)護現場發(fā)來的火災信號，發(fā)出火警聲（間斷警鈴：7短1長）、光（紅色閃光）報警，并顯示火警部位。
2.故障報警功能。對主、副電源故障可以自動切換，對他的輸入輸出線路的斷線故障進行監(jiān)控。故障時發(fā)出故障聲（蜂鳴器）、光（黃色）報警，并顯示故障的部位。
3.火警和故障報警的記憶功能。只有在火警或故障已消除后才能人工復位。
4.手動測試功能。用控制面板上的各報警分路的自檢按鍵隨時對系統(tǒng)功能進行檢驗，同時也利用該按鍵迅速確定斷線故障所在回路。
5.火警優(yōu)先功能。同時發(fā)生斷線故障和火警報警時，真的切換為火災報警。
6.其他聯(lián)動控制功能。如：可以控制關閉風機，防火門；釋放真的滅火劑；發(fā)出火災報警后兩分鐘內若為引起值班人員的注意，則能向船員住所、服務處所、消防控制站和機器處所等發(fā)出顯著的二次聲光報警等。
2.3船舶火警報警系統(tǒng)的一般要求
1.任何要求的帶手動按鈕的固定探測器和報警系統(tǒng)都要能在任何時間立即動作。
2.系統(tǒng)中探測器和手動報警按鈕數量注冊后自動錄入。
3.用于系統(tǒng)操作的電源和電路要有合適的失電保護和故障監(jiān)測，一個故障信號的發(fā)出要能激發(fā)主板上聲光故障信號，且區(qū)別報警信號。
4.用于火災探測報警系統(tǒng)的電氣設備的電源至少要有兩路，當其中失電另一路能自動轉換上去。
5.探測器和手動按鈕要成組分區(qū)，任何探測器或手動按鈕的動作都要能激發(fā)主板和復試單元的聲光報警。
6.當火災探測系統(tǒng)不包括遠距離鑒別單個探測器的方法時，布置在居住、服務和控制區(qū)域的探測器回來不允許涵蓋超過一層甲板，除非該探測器涵蓋的是一個封閉的樓梯。
7.火災探測系統(tǒng)應能發(fā)出聲光報警信號，而這兩種信號均應不同于非火災系統(tǒng)的報警信號，并且這些報警信號的設置點應足夠的多，以保證駕駛橋樓和輪機員聽到和看到報警信號，當駕駛橋樓無人值班時，應能在負責船員的值班處所發(fā)出報警。
8.第一個被激發(fā)的火警不可以抑制任何其他探測器所激發(fā)的進一步報警。
3 船舶火警報警系統(tǒng)的硬件設計
3.1 火警報警系統(tǒng)元件的選擇
3.1.1 火警探測器的選擇
火警探測器是火警探測回路中最基本、最重要的部件之一。它是根據火災發(fā)生的物理現象，通過感應元件采集到熱、光、煙等信號，再將這些信號轉化為電信號。
1.感溫探測器
感溫探測器是利用火災前兆的熱效應，選用對溫度或者溫升變化率敏感的元件，如雙金屬片、易熔斷元件、熱敏電阻、熱電偶等?；馂陌l(fā)生時機艙艙室的溫度會升高，當溫度達到感溫探測器的設定值時則會引起探頭感溫元件常開觸點動作，自動發(fā)出火災報警信號。圖2為JTY-ZDC-805型溫差式感溫探測器。
圖2 JTY-ZDC-805型溫差式感溫探測器
JTY-ZDC-805型溫差式感溫探測器對相對濕度大于95%、無煙火、粉塵量大的環(huán)境具有較強的適應能力，適用于在正常情況下有煙塵的場所、廚房、發(fā)電機房、烘干房、吸煙室以及其它不適合安裝感煙探測器的場所。
性能參數：供電電源：DC 9V～DC28V 工作電流 ：靜態(tài)電流 ≤800uA
報警電流 :≤35mA 恒溫報警 : 57℃
差溫報警 : 8℃/MIN 工作溫度：-10℃～+50℃
相對濕度：≤95%RH 觸點容量：2A/DC24V
2.感煙探測器
感煙探測器是利用火災發(fā)生之前所出現的煙霧濃度來監(jiān)測火警，當煙霧濃度達到規(guī)定值時引起探測器感煙元件觸頭動作，自動發(fā)出火災報警信號。主要分為感煙管式、光電管式和離子式感煙火警探頭。圖3為RLR1-JTY-LZ-F732型感煙探測器。
圖3 RLR1-JTY-LZ-F732型感煙探測器
RLR1-JTY-LZ-F732型感煙探測器的電子線路為密封式，具有很強的防潮能力，還具有功耗低，可靠性高的優(yōu)勢，對環(huán)境的適應性強，而且物美價廉，所以在駕駛室，生活區(qū)，機艙等地方選用這種型號的探測器。
性能參數:供電電源：DC 20V 工作電流 ：靜態(tài)電流<100uA
報警電流 :≤100mA 恒溫電壓 :7V~10V
靈敏度 : 三級可靠 工作溫度：-10℃～+50℃
相對濕度：≤95%RH
3.1.2火警報警按鈕的選擇
火警手動按鈕屬于手動探頭，當遇到火災時，用小錘敲碎報警器表面的玻璃，使按鈕復位，便可以發(fā)出火災報警信號。這些報警器一般安裝在經常有人出現的場所，如過道、走廊、樓梯口、逃生通道、餐廳等。手動報警按鈕實物如圖4所示：
圖4 SN-911手動報警按鈕
1.正常監(jiān)測狀態(tài)：手動報警按鈕的正常監(jiān)視狀態(tài)可以通過面板外觀觀測到，啟動部件不可以破碎，變形或者是移位。
2.報警狀態(tài)：手動報警按鈕從正常監(jiān)視狀態(tài)進入到的報警狀態(tài)過程：
1)敲碎報警器的啟動部件
2)使報警器的啟動部件移位
3.報警指示燈的確認：報警按鈕設定為紅色報警，當報警按鈕啟動部件動作時，報警確認燈當立即被點亮，并一直保持到報警狀態(tài)復位，
4.復位：報警按鈕動作后應僅能使用工具通過下述方法進行復位：
1)對于啟動部件不可以重復使用的，應更換新的啟動部件；
2) 對于啟動部件可以重復使用的，應使啟動部件復位
性能參數: 工作電壓：24VDC 工作電流：≤8A
觸點電阻：≤0.1歐姆 外殼材料：ABS等級
連接方式：常閉或常開 工作溫度：-10℃～+50℃
這種型號的手動報警按鈕防護等級高，工作可靠，環(huán)境適應性強，易于緊急情況下操作，價格適中，適合船上各個場所。
3.1.3 PLC的選擇
對于45噸的小型拖輪，由于它的體積小，噸位小，船體的結構設計比較簡單，艙室較少，火警報警設備安裝的數量也相對較少，所以對PLC的輸入輸出端口的數量要求較少，因而選用S7—200系列的PLC產品。
本次設計采用西門子S7—200系列CPU224型PLC。該型號的PLC屬于S7—200系列中的微型，擁有14個輸入、10個輸出共24個數字量I/O點。最多可連接7個擴展模塊，最大擴展到168路數字量I/O點或35路模擬量I/O點。
該型號的PLC具有強大的CPU功能：
1.脈沖捕捉功能：每個CPU內置的數字量輸入點均可獨立的設置脈沖捕捉功能
2.高速的計數功能：224型CPU具有6個高速計數器，使用單相編碼器時，CPU最高計數頻率為30HZ。使用雙相編碼器時，CPU最高計數頻率為20HZ
3.高速脈沖輸出功能：224CPU具有2個高速脈沖輸出，輸出頻率為20HZ。同時具有脈寬調制和脈沖序列輸出兩種模式。
4.數字量，模擬量濾波功能：CPU內置的數字量輸入點設置0.2ms—12.8ms的濾波時間，降低噪音干擾。
5.數據記錄功能：新一代的S7-200PLC提供指令在存儲卡上存儲數據記錄，存儲卡一般為64K或256K
6.新一代的S7-200PLC具有多功能診斷LED:診斷LED由操作系統(tǒng)控制，或者由用戶程序通過診斷指令控制，當某個值被強制或者某個I/O錯誤發(fā)生時，診斷LED發(fā)光。
3.2 火警探測回路示意圖
圖5 火警探測回路示意圖
（1）防火型感煙探測器 （2）防火型手動報警按鈕 （3）普通感煙探測器 （4）通手報警按鈕 （5）防火型感溫探測器 （6）終端電阻 （7）蜂鳴器 （8）報警指示燈
火警控制面板左側為輸入電路，一共有4條回路，每條回路由各種類型的探測器和手動報警按鈕串聯(lián)組成，根據實際情況的需要選擇不同類型的探測器和報警按鈕。如回路3從火警控制面板出來第一個接左甲板倉庫中的感煙探測器，因為倉庫中可能會存放易燃物品，所以對探測器的防火等級要求比較高，因而選用防火型探測器，下一個接船用休息室內安裝在天花板上的探測器，像休息室，過道，餐廳沒有重要設備和易燃易爆物品，因而選用普通探測器，廚房有很多易燃物品，對探測器的靈敏度和防火等級要求都很高，所以一般在廚房安裝感溫探測器。接下來的3個普通探測器分別安裝在樓梯，餐廳和船長休息室中，之后的兩個報警按鈕分別安裝在餐廳和過道中，最后一個是安裝在右甲板倉庫的防火型探測器。火警控制面板右側為繼電輸出，接聲光報警設備，并且要即時切斷風機，關閉防火門，啟動滅火裝置，這里的滅火裝置選擇CO2。
4 船舶火警報警系統(tǒng)的軟件設計
4.1 火警報警系統(tǒng)框圖
火警報警系統(tǒng)功能如圖6所示：
圖6 火警報警系統(tǒng)框圖
當探測器探測到煙（報警按鈕動作）時，將火災信號傳送到火警控制裝置中，火警控制面板上將會顯示出現故障的回路，并會發(fā)出蜂鳴聲，同時將火警信號傳送到各個繼電器中，使繼電器觸點動作，發(fā)出聲光報警，并且切斷風機電源，關閉防火門，這些動作同時發(fā)生，經過20S延時，啟動CO2滅火裝置。按下火警面板上的聲光報警復位按鈕，聲光消失，故障回路指示燈依然亮。當火災消除后，按下故障報警復位按鈕，故障報警指示燈滅（如果是誤報警，直接按復位按鈕，如果不是誤報警，按故障報警復位按鈕，故障回路指示燈不會滅，除非火災消除），恢復正常狀態(tài)。
4.2 I/O地址表
圖7是火警報警系統(tǒng)的PLC外圍接線圖，采用S7-200型PLC,本次設計共使用了4個輸入、8個輸出。
圖7 基于PLC的火警報警系統(tǒng) PLC接線圖
4.4 PLC 控制的火警報警系統(tǒng)程序
圖8基于PLC的船舶火警控制程序圖。本次設計主要運用了中間繼電器M0.0和3個定時器T37，T38，T39。T37和T38兩個定時器實現了故障回路指示燈的閃爍，T39實現了聲光報警20秒后自動啟動滅火裝置。
當報警按鈕或探測器動作時M0.0得電，觸點閉合：
Q0.0聲光報警回路繼電器1動作，發(fā)出聲光報警；
Q0.1聲光報警回路繼電器2動作，發(fā)出聲光報警；
Q0.2聲光報警回路繼電器3動作，發(fā)出聲光報警；
Q0.5故障回路指示燈閃爍，間隔0.5秒（只有火災消失后才能將其復位）
Q0.6蜂鳴器響（復位按鈕I0.2將其復位）
Q0.3風機繼電器4動作，切斷風機電源；
Q0.4防火門繼電器5動作，關閉防火門
以上2動作完成后經20秒延時，CO2 滅火裝置繼電器KM6動作，啟動滅火裝置，準備救火。
圖8基于PLC的船舶火警控制程序圖
小結
本系統(tǒng)主控制器采用了西門子S7-200 PLC，其緊湊的結構，良好的擴展性能，強大的指令功能， 并自行設計相應接口而組成的船舶火警報警系統(tǒng)充分應用了該微型PLC的硬件資源，發(fā)揮了其軟件優(yōu)勢。輸入輸出采用差動方式，提高了抗干擾能力，同時，主機和多臺終端可以全部并聯(lián)在一對雙絞線上進行多機通訊，節(jié)省了傳輸線，所以本系統(tǒng)小但功能齊全，穩(wěn)定性好。為用戶帶來極大的方便;在近兩年的實際運行中未出現故障，為船舶的安全、可靠的航運起到了非常重要的作用，同時也為航運公司帶來了巨大經濟效益。通過PLC程序的控制使得火警報警器的工作過程更加的可靠。同時利用PLC程序的控制能夠大大的節(jié)約機械繼電裝置的應用，從而使的火警報警器的形狀更加小繼而節(jié)約船舶的空間。
采用PLC控制則PLC采用了計算機技術，其控制邏輯是以程序的方式存放在存儲器中，要改變控制邏輯只需改變程序，因而很容易改變或增加系統(tǒng)功能。系統(tǒng)連線少、體積小、功耗小，而且PLC所謂“軟繼電器”實質上是存儲器單元的狀態(tài)，所以“軟繼電器”的觸點數量是無限的，PLC系統(tǒng)的靈活性和可擴展性好,PLC的用戶程序是按一定順序循環(huán)執(zhí)行，所以各軟繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通中，受同一條件制約的各個繼電器的動作次序決定于程序掃描順序，這種工作方式稱為串行工作。
PLC采用半導體集成電路作定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產生，精度高，定時范圍寬，用戶可根據需要在程序中設定定時值，修改方便，不受環(huán)境的影響，且PLC具有計數功能，而電器控制系統(tǒng)一般不具備計數功能。PLC大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，其壽命長、可靠性高，PLC還具有自診斷功能，能查出自身的故障，隨時顯示給操作人員，并能動態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現場調試和維護提供了方便。
來源：船舶講武堂
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