基于COMS的消防联动控制电路设计与实现_付喜锦.pdf

第 34 卷第 2 期陇 东 学 院 学 报Vol34No22023 年 3 月Journal of Longdong UniversityMar 2023文章编号:1674-1730(2023)02-0057-06收稿日期:2021-12-26基金项目:庆阳市科技计划项目(QY2021A-F030);陇东学院2021 年度教学改革项目 自主探究实验教学模式在“中学物理实验研究”课程中的应用与实践;陇东学院2023 年大学生创新训练项目 非同品牌火灾报警系统消防水泵集成联动控制装置研发作者简介:付喜锦(1965)，女，甘肃环县人，教授，主要从事物理教学及实验研究。基于 COMS 的消防联动控制电路设计与实现付喜锦1，李本印1，李牧航2(1 陇东学院 电气工程学院，甘肃 庆阳 745000;2 陇东学院 能源工程学院，甘肃 庆阳 745000)摘要:针对具有一定建筑史的区域中，使用不同品牌火灾自动报警控制设备无法实现消防水泵集成联动控制的现状，设计多通道消防水泵集成联动控制电路。采用 COMS 逻辑门电路，对火灾报警信号进行逻辑运算，控制消防水泵运行，实现了不同品牌消防设备共用同一个消防水池的集成联动控制。经测试，在区域内控制 12 通道不同品牌设备，系统反应时间不大于 5 s，工作性能稳定。关键词:COMS 逻辑门;消防水泵;联动控制;设计;实现中图分类号:TN86文献标识码:ADesign and implementation of fire linkage control circuit based on COMSFU Xi-jin1，LI Ben-yin1，LI Mu-hang2(1 Electrical Engineering College，LongDong University，Qingyang 745000，Gansu;2 College of Natural esources，LongDong University，Qingyang 745000，Gansu)Abstract:In view of the current situation that the integrated linkage control of fire pump cannot be realized by u-sing different brands of automatic fire alarm control equipment in areas with certain architectural history，a multi-channel integrated linkage control circuit of fire pump is designed COMS logic gate circuits are used to carry outlogic operation on fire alarm signal in this design，so as to control the operation of fire pump，and realize the inte-grated linkage control of the same fire pool shared by different brands of fire-fighting equipment According to thetest，the circuit can control 12 channels of different brands equipment in the area，the system response time is nomore than 5s，and the working performance is stableKey words:COMS logic gate;Fire pump;Linkage control;Design;Achieve随着经济的发展，区域建筑群中的建筑数量不断增加，由于单个建筑都有独立的消防联动控制系统1，用控制该系统内的消防排烟风机、防火阀、自动挡烟垂壁、门禁系统、应急照明及疏散指示、防火卷帘门降落、消防泵和喷淋泵的启动、消防电梯的联动、气体灭火设备的联动、消防广播系统等相关设备。这些设备出自我国不同的生产厂家，各厂家产品都有一套自主的软件和硬件系统，由于各消防产品生产厂家对于自己生产的设备有着保密的数据信息管理2，使不同消防产品生产厂家和不同品牌的产品软件和硬件都不能兼容3，这使得区域建筑群消防水泵集成联动控制难以实现。为了解决这一问题，虽然我们前期在该领域项目研究中已经设计并制作了一种火灾报警及消防水泵集成联动控制装置4，但其系统控制电路采用了单片机控制技术，是通过软件编程技术进行多幢建筑单体消防水泵集成联动控制，由于该装置受单片机 I/O 口数量的限制5，不能满足区域众多建筑群体消防前端监测设陇 东 学 院 学 报第 34 卷备和消防水泵集成联动控制。本设计选用 CMOS 逻辑门6 设计的多通道消防水泵集成联动控制电路，代替原有火灾报警系统消防水泵集成联动控制装置的单片机控制系统，随意添加控制通道，均能够按逻辑指令顺序对辖区所有消防设备实现集成联动控制，符合现行消防设计规范7 8。1系统设计系统总设计如图 1 所示，由两部分组成:第一部分为原有的建筑群体消防联动控制设备，第二部是消防水泵集成联动控制器，这是本设计的主要内容。图 1系统框图由系统框图可知，第一部分主要包括建筑群体火情信号采集设备、多通道火灾自动报警控制器和多通道输入/输出模块;第二部分的多通道消防水泵集成联动控制器主要由多通道火情信号采集电路、多通道火情信号隔离电路、逻辑控制电路、单体报警显示电路、消防水泵信号反馈电路、消防水泵启动控制电路以及泵起反馈信号控制等电路组成。其中，逻辑控制电路主要接收区域每个建筑单体内的火情信号，并将火情信号进行逻辑运算，输出逻辑电平，控制消防水泵驱动电路使继电器动作，达到控制消防水泵的目的;同时，系统控制电路将泵运行状态信号送入消防水泵状态反馈电路，再在通过泵运行反馈控制电路传输到相应通道的输入/输出模块，使火灾报警控制器的主机显示消防泵运行情况。单体火情情况则由系统控制电路控制单体报警显示电路，用来显示火情位置。2电路设计2 1输入/输出模块在各建筑单体的火灾自动报警控制器数据总线上，设置品牌与之应的输入/输出模块，每个建筑单体就对应如图 1 所示的一个通道输入/输出模块，通过多通道消防水泵集成联动控制器4，将不同品牌的输入输出模块进行连接。例如:海湾 GST-LD 8301 输入/输出模块2 无源常开接线如图 2 所示:D1(D2)接+24V 电源，D2(D1)接地，与 DC24V 电源采用无极性电源二总线连接，为模块供电;Z1、Z2通过总线与火灾自动报警器的主机连接，连接方式为无极性的 485 数据总线。GST-LD 8301 输入/输出模内有一对无源常开触点，一个用于反馈信号连接，一个用于用输出+24V 受控电源。其工作原理:当有火情发生时，区域某幢建筑单体的相关设备启动时，多通道火情报警控制器通过总线发出火情信号，火灾信号通过总线传输到输入/输出模块，内部一对无源常开触点吸合，其中“NO”与“COM”为火灾报警信号采集电路提供+24V 直流电，该电压作为火情高电平开关量信号，送入后级的多通道火情信号隔离电路，控制消防水泵运行;“Kn”与“G”的无源触点接通，将火灾自动报警控制器发出的总线巡查信号反馈到其内部，由逻辑电路通过总线发送给主机，在火灾自动报警控制器的 CT 上显示消防水泵运信息;当无火情时，I 和 G 常开触点断开，在火灾自动报警控制器的 CT 上不显示消防水泵状态信息。图 2一路火灾报警控制器2 2火情信号采集电路火灾报警信号采集电路采用光电隔离电路和信号调理电路，对不同品牌输入/输出模块输出的开关控制信号进行调理，为多通道消防水泵集成联动控制电路提供火情检测信号。火情信号采集主要由输入电路、开关稳压电路、调整电路、输出电路四部分组成，两通道火灾报警信号采集电路如图 3 所示。其中，输入电路为整流滤波电路，可以将工频交流电转为具有滞留点成分的脉动直流电，并将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。每个通道的开关稳压电路主要由集成稳压芯片 U、二极管 ZD 和电阻 等器件组成，图 3 所示为两个通道火情信号采集电路原理图，器件序号用下标区分，十二通道火情信号采集电路组成完全一样，只是下标序号不同。开关稳压芯片选择。本设计开关稳压选择85第 2 期付喜锦，等:基于 COMS 的消防联动控制电路设计与实现图 3火情信号采集电路LM2596S-ADJ 芯片，它是电流输出降压开关型集成稳压芯片，内部主要由 150KHz 固定频率振荡器和基准稳压器组成，其内部电子器件具有保护电路、电流限制、热关断电路等作用。相对于其他稳压芯片，LM2596S-ADJ 稳压芯片可以简化电路设计，外围只需较少的器件便可构成高效稳压电路。LM2596S-ADJ 正常工作时，其输入电压范围为 3 2V 46V，输出电压范围为 1 25V 35V，输出电流为 3A，输出效率为 92%，输出波纹小于 30mV，工作温度范围为 45 +85，完全能够胜任火情信号采集电路输入 24V 火情信号的全部设计要求。开关二极管选择。LM2596S-ADJ 稳压芯片工作在开关状态，要求整流二极管 ZD 的正向压降小，对于150KHz 固定开关振荡频率，由于二极管 PN 结的结电容存在，高频工作环境下二极管的单向导电性将变差，所以，只有反向恢复时间短的肖特基二极管才能够胜任。本设计选择肖特基二极管 SS34 作为开关二极管，其正向压降为 0 5V，平均工作电流为 3A，反向恢复时间在 8 15nS 内，工作温度范围为 55+125，极其适用本电路的小电流瞬间整流使用。另外，SS34 为贴片封装，体积小，安装方便。2 3火情信号隔离电路该电路的作用是当某一幢建筑出现火灾时，能够接收相应火情采集电路提供的火灾报警电压信号，隔离后独立输出火情信号。具体设计是将火情信号采集电路输入的火灾报警电信号，通过调理驱动光电隔离器 10，输出火情隔离电平信号，同时驱动对应通道的 LED，警告工作人员该幢单体火情检测现状。为了实现多通道单体中不同消防设备之间的隔离，增加安全性，减小其他通道火灾信号对隔离信号和泵起反馈信号的干扰，本设计采用两个独立的“地”，即:单体与单体之间独立的“地”，用 INiGND表示(i=1，2，312);采集信号输出的“地”，用AGNG 表示，如图 4 所示。选择 PC817 线性光电耦合器实现“电 光 图 4火情隔离电路电”转换。PC817 内部由发光二极管和光敏三极管组成。其工作原理是:当有火灾报警电信号时，输入至 INOUTi(i=1，2，312)端的电压信号，经限流电阻 送入光电耦合器内部发光二极管而发光，光敏元件受到光照后产生电流使光敏三极管 CE 导通，输出端路为低电平“0”;当输入端无信号，发光二极不发光，光敏三极管 CE 截止，输出为高电平“1”。PC817 的最小值电流传输比为 50%，正向电流极限值为 50mA，峰值正向电流为 1A，集电极发射极电压为 35V，反向电压为 6V，功耗 70mW，工作温度为 30 +100，电 流 传 输 比 为 50%600%，隔离电压有效值为 5000V。PC817 光电耦合器集射极电压是随着发光二极管正向电流的增大而逐渐下降的，并趋近于零，合理选择限流电阻，能够满足本电路的设计要求。限流电阻 值的选择。经测试:当发光二极管正向电流为 0 29mA，其集射极电压为 2 82V;当发光二极管正向电流在 0 29mA 0 53mA 时，集射极电压下降趋势较快，从2 82V 降到0 15V;当发光二极管正向电流在 0 53mA 8mA 时，集射极电压下降趋势比较平缓，从0 15V 降到0 04V;当发光二极管正向电流 8mA 以后，