引言

　　火警報警系統(tǒng)是在火災(zāi)發(fā)生時或火災(zāi)初起時，通過各種火警探頭探測火災(zāi)，及時地發(fā)出火災(zāi)聲光報警信號和控制防火設(shè)備信號，引起值班員的注意，指出火災(zāi)發(fā)生的地點，迅速有效地?fù)錅缁馂?zāi)，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(chǎn)品都是經(jīng)過不斷完善發(fā)展而來的，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，客船和大于500總噸的貨船，應(yīng)在游客和船員起居處所及機(jī)器處所裝設(shè)手動報警器。

　　此外，載客超過36人的客船起居處所及服務(wù)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(nèi)設(shè)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(chǎn)品的主機(jī)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(xiàn)控制的，還有就是采用微型計算機(jī)控制。

　　它們在系統(tǒng)構(gòu)成上大同小異，主要有主機(jī)、遙控顯示器、探測回路、報警控制單元、防火設(shè)備回路和電源回路。

　　根據(jù)船舶建造規(guī)范中的相關(guān)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(nèi)及國外的海上客船

　　2.總噸位大于1000登記噸的海上機(jī)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

　　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(zāi)前兆所產(chǎn)生的煙霧、不正常的溫度、溫升和火光，并將其轉(zhuǎn)換為電信號匯集到報警指示器，發(fā)出火災(zāi)報警信號。

　　其系統(tǒng)的組成：由火災(zāi)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。

　　火警探測器分布于被保護(hù)的艙室內(nèi)。

　　報警指示器安裝于有人值班的駕駛室或消防控制站內(nèi)，手動報警按鈕裝設(shè)在人員經(jīng)常出入的過道、走廊、控制站、公共艙室等場所的明顯之處。

　　(1)主機(jī)

　　(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(fēng)機(jī)

　　(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(jù)自動探測器或手動報警按鈕從監(jiān)護(hù)現(xiàn)場發(fā)來的火災(zāi)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(jìn)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(fù)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(jìn)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(zāi)報警。

　　6.其他聯(lián)動控制功能。

　　如：可以控制關(guān)閉風(fēng)機(jī)，防火門;

　　釋放真的滅火劑;

　　發(fā)出火災(zāi)報警后兩分鐘內(nèi)若為引起值班人員的注意，則能向船員住所、服務(wù)處所、消防控制站和機(jī)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(shù)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(hù)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(zāi)探測報警系統(tǒng)的電氣設(shè)備的電源至少要有兩路，當(dāng)其中失電另一路能自動轉(zhuǎn)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(fù)試單元的聲光報警。

　　6.當(dāng)火災(zāi)探測系統(tǒng)不包括遠(yuǎn)距離鑒別單個探測器的方法時，布置在居住、服務(wù)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(zāi)探測系統(tǒng)應(yīng)能發(fā)出聲光報警信號，而這兩種信號均應(yīng)不同于非火災(zāi)系統(tǒng)的報警信號，并且這些報警信號的設(shè)置點應(yīng)足夠的多，以保證駕駛橋樓和輪機(jī)員聽到和看到報警信號，當(dāng)駕駛橋樓無人值班時，應(yīng)能在負(fù)責(zé)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(jìn)一步報警。

　　船舶火警報警系統(tǒng)的硬件設(shè)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(jù)火災(zāi)發(fā)生的物理現(xiàn)象，通過感應(yīng)元件采集到熱、光、煙等信號，再將這些信號轉(zhuǎn)化為電信號。

　　1.感溫探測器

　　感溫探測器是利用火災(zāi)前兆的熱效應(yīng)，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。

　　火災(zāi)發(fā)生時機(jī)艙艙室的溫度會升高，當(dāng)溫度達(dá)到感溫探測器的設(shè)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(zāi)報警信號。

　　圖2為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(qiáng)的適應(yīng)能力，適用于在正常情況下有煙塵的場所、廚房、發(fā)電機(jī)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(shù)：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(zāi)發(fā)生之前所出現(xiàn)的煙霧濃度來監(jiān)測火警，當(dāng)煙霧濃度達(dá)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(zāi)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。

　　RLR1-JTY-LZ-F732型感煙探測器的電子線路為密封式，具有很強(qiáng)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(yīng)性強(qiáng)，而且物美價廉，所以在駕駛室，生活區(qū)，機(jī)艙等地方選用這種型號的探測器。

　　性能參數(shù):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(dāng)遇到火災(zāi)時，用小錘敲碎報警器表面的玻璃，使按鈕復(fù)位，便可以發(fā)出火災(zāi)報警信號。

　　這些報警器一般安裝在經(jīng)常有人出現(xiàn)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：

　　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(jìn)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(rèn)：報警按鈕設(shè)定為紅色報警，當(dāng)報警按鈕啟動部件動作時，報警確認(rèn)燈當(dāng)立即被點亮，并一直保持到報警狀態(tài)復(fù)位，

　　4.復(fù)位：報警按鈕動作后應(yīng)僅能使用工具通過下述方法進(jìn)行復(fù)位：

　　1)對于啟動部件不可以重復(fù)使用的，應(yīng)更換新的啟動部件;

　　2) 對于啟動部件可以重復(fù)使用的，應(yīng)使啟動部件復(fù)位

　　性能參數(shù): 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(hù)等級高，工作可靠，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，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(jié)構(gòu)設(shè)計比較簡單，艙室較少，火警報警設(shè)備安裝的數(shù)量也相對較少，所以對PLC的輸入輸出端口的數(shù)量要求較少，因而選用S7—200系列的PLC產(chǎn)品。

　　本次設(shè)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(shù)字量I/O點。

　　最多可連接7個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展到168路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點。

　　該型號的PLC具有強(qiáng)大的CPU功能：

　　1.脈沖捕捉功能：每個CPU內(nèi)置的數(shù)字量輸入點均可獨立的設(shè)置脈沖捕捉功能

　　2.高速的計數(shù)功能：224型CPU具有6個高速計數(shù)器，使用單相編碼器時，CPU最高計數(shù)頻率為30HZ。

　　使用雙相編碼器時，CPU最高計數(shù)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(diào)制和脈沖序列輸出兩種模式。

　　4.數(shù)字量，模擬量濾波功能：CPU內(nèi)置的數(shù)字量輸入點設(shè)置0.2ms—12.8ms的濾波時間，降低噪音干擾。

　　5.數(shù)據(jù)記錄功能：新一代的S7-200PLC提供指令在存儲卡上存儲數(shù)據(jù)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(dāng)某個值被強(qiáng)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

　　(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(cè)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(jù)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(nèi)安裝在天花板上的探測器，像休息室，過道，餐廳沒有重要設(shè)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(cè)為繼電輸出，接聲光報警設(shè)備，并且要即時切斷風(fēng)機(jī)，關(guān)閉防火門，啟動滅火裝置，這里的滅火裝置選擇CO2。

　　船舶火警報警系統(tǒng)的軟件設(shè)計

　　4.1 火警報警系統(tǒng)框圖

　　當(dāng)探測器探測到煙(報警按鈕動作)時，將火災(zāi)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(xiàn)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(fēng)機(jī)電源，關(guān)閉防火門，這些動作同時發(fā)生，經(jīng)過20S延時，啟動CO2滅火裝置。

　　按下火警面板上的聲光報警復(fù)位按鈕，聲光消失，故障回路指示燈依然亮。

　　當(dāng)火災(zāi)消除后，按下故障報警復(fù)位按鈕，故障報警指示燈滅(如果是誤報警，直接按復(fù)位按鈕，如果不是誤報警，按故障報警復(fù)位按鈕，故障回路指示燈不會滅，除非火災(zāi)消除)，恢復(fù)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(shè)計共使用了4個輸入、8個輸出。

　　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(shè)計主要運(yùn)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(xiàn)了故障回路指示燈的閃爍，T39實現(xiàn)了聲光報警20秒后自動啟動滅火裝置。

　　當(dāng)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(zāi)消失后才能將其復(fù)位)

　　Q0.6蜂鳴器響(復(fù)位按鈕I0.2將其復(fù)位)

　　Q0.3風(fēng)機(jī)繼電器4動作，切斷風(fēng)機(jī)電源;

　　Q0.4防火門繼電器5動作，關(guān)閉防火門

　　以上2動作完成后經(jīng)20秒延時，CO2 滅火裝置繼電器KM6動作，啟動滅火裝置，準(zhǔn)備救火。

　　小結(jié)

　　本系統(tǒng)主控制器采用了西門子S7-200 PLC，其緊湊的結(jié)構(gòu)，良好的擴(kuò)展性能，強(qiáng)大的指令功能， 并自行設(shè)計相應(yīng)接口而組成的船舶火警報警系統(tǒng)充分應(yīng)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(jī)和多臺終端可以全部并聯(lián)在一對雙絞線上進(jìn)行多機(jī)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(yùn)行中未出現(xiàn)故障，為船舶的安全、可靠的航運(yùn)起到了非常重要的作用，同時也為航運(yùn)公司帶來了巨大經(jīng)濟(jì)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(jī)械繼電裝置的應(yīng)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(jī)技術(shù)，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(zhì)上是存儲器單元的狀態(tài)，所以“軟繼電器”的觸點數(shù)量是無限的，PLC系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)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(dǎo)體集成電路作定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，定時范圍寬，用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時值，修改方便，不受環(huán)境的影響，且PLC具有計數(shù)功能，而電器控制系統(tǒng)一般不具備計數(shù)功能。

　　PLC大量的開關(guān)動作由無觸點的半導(dǎo)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(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便。