梁光遠(yuǎn)
(廣西北部灣港能源化工港務(wù)有限公司防城港分公司,廣西 防城港 538000)
隨著城市化進(jìn)程的迅速推進(jìn)和工業(yè)化水平不斷提升,油氣化工碼頭作為重要的產(chǎn)業(yè)基地,火災(zāi)防控問(wèn)題日益凸顯。保障員工人身安全,保證生產(chǎn)設(shè)施的完整性,有效預(yù)防和控制火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn),迫切需要采用先進(jìn)的消防控制系統(tǒng)來(lái)加強(qiáng)管理。
在現(xiàn)代化的油氣化工碼頭,火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和響應(yīng)速度直接影響整體安全運(yùn)行。為提高其性能,該文進(jìn)行深入研究。首先,收集現(xiàn)有系統(tǒng)在不同情境下的響應(yīng)數(shù)據(jù),例如在不同濃度的煙霧及不同速率的溫度上升時(shí)的響應(yīng)時(shí)間。這些數(shù)據(jù)提供一個(gè)關(guān)于系統(tǒng)在各種情境下性能表現(xiàn)的基線[1]。
為了更精確地了解系統(tǒng)的響應(yīng),在實(shí)驗(yàn)室中模擬油氣化工碼頭的環(huán)境。通過(guò)模擬不同的火災(zāi)情景,測(cè)試系統(tǒng)在各種狀況下的響應(yīng)速度。特別關(guān)注光電傳感器的閾值設(shè)置以及使用公式計(jì)算溫度變化率與系統(tǒng)的實(shí)際響應(yīng)間的關(guān)系。感知階段的時(shí)間計(jì)算可以通過(guò)公式(1)來(lái)描述。
式中:T為溫度變化率;ΔT為溫度變化量;Δt為時(shí)間變化量。
火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)功能在緊急情況下至關(guān)重要,可以確保信息及時(shí)傳遞到其他關(guān)鍵系統(tǒng),例如應(yīng)急廣播系統(tǒng)和滅火系統(tǒng)。實(shí)時(shí)響應(yīng)是任意2個(gè)報(bào)警裝置報(bào)警會(huì)同時(shí)觸發(fā)應(yīng)急廣播系統(tǒng)啟動(dòng)。通過(guò)內(nèi)部通信協(xié)議,系統(tǒng)可以在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)完成響應(yīng)。智能化設(shè)計(jì)通過(guò)高度智能化設(shè)計(jì),保證信息精準(zhǔn)傳遞。通過(guò)精確的編程邏輯,系統(tǒng)可以判斷火源位置和潛在風(fēng)險(xiǎn),調(diào)整滅火和疏散策略。
七氟丙烷滅火系統(tǒng)在油氣化工碼頭消防體系中起到至關(guān)重要的作用。該系統(tǒng)采用七氟丙烷作為滅火劑,利用其快速、無(wú)害和高效的特點(diǎn),當(dāng)火源初起時(shí)迅速撲滅火勢(shì)。
自動(dòng)觸發(fā)機(jī)制是由火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)的。當(dāng)同一室內(nèi)的煙感或溫感中的任意2個(gè)報(bào)警裝置被激活后,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)七氟丙烷系統(tǒng)啟動(dòng)滅火。這樣的聯(lián)動(dòng)控制保證滅火過(guò)程及時(shí)和準(zhǔn)確,有效減少了火災(zāi)對(duì)人員和設(shè)備的危害。系統(tǒng)還具有智能化的監(jiān)控功能,能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)滅火劑的壓力、流量以及滅火區(qū)域的溫度,從而調(diào)整滅火策略。通過(guò)該功能進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的滅火效率和可靠性[2]。
應(yīng)急廣播系統(tǒng)作為消防控制體系的核心部分,承擔(dān)著向現(xiàn)場(chǎng)人員提供及時(shí)、準(zhǔn)確疏散指令的重要任務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),該系統(tǒng)采用有線連接以確保信息安全傳輸,并使用256位加密技術(shù)。該系統(tǒng)與火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)有緊密的協(xié)同操作功能。當(dāng)2個(gè)或更多的報(bào)警裝置被激活時(shí),系統(tǒng)的內(nèi)置算法可以在0.5s內(nèi)進(jìn)行判定,并立即啟動(dòng)廣播,確??焖偾覝?zhǔn)確地聯(lián)動(dòng)響應(yīng)。
為了增強(qiáng)音質(zhì),采用數(shù)字音效處理,即使在嘈雜的環(huán)境下,廣播信息也能清晰傳達(dá)。應(yīng)急廣播系統(tǒng)能夠與火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào)聯(lián)動(dòng)控制,當(dāng)有2個(gè)火災(zāi)報(bào)警信號(hào)觸發(fā)時(shí),會(huì)連鎖啟動(dòng)應(yīng)急廣播系統(tǒng),火災(zāi)報(bào)警信號(hào)通過(guò)廣播報(bào)警,當(dāng)需要廣播語(yǔ)音時(shí),應(yīng)急廣播系統(tǒng)能夠強(qiáng)制切換到語(yǔ)音模式。
在操作界面方面,應(yīng)急廣播系統(tǒng)通過(guò)麥克風(fēng)和相關(guān)的物理按鈕進(jìn)行操作。系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔實(shí)用,方便操作員快速響應(yīng)緊急情況。為了適應(yīng)不同場(chǎng)合,它還具備夜間模式,以減少對(duì)操作員的視覺(jué)干擾。系統(tǒng)的硬件部分采用模塊化設(shè)計(jì),使其能夠輕松地與各種規(guī)模和類型的報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行集成。應(yīng)急廣播系統(tǒng)不僅在設(shè)計(jì)方面考慮了實(shí)用性和功能性,還對(duì)技術(shù)策略和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,確保在緊急情況下能夠?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)人員提供最準(zhǔn)確、及時(shí)疏散指導(dǎo)。
該研究的目的是針對(duì)化工碼頭特殊環(huán)境設(shè)計(jì)1個(gè)具備高靈敏度、防爆、防腐蝕特點(diǎn)的可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)與消防控制體系的無(wú)縫連接,提高火災(zāi)應(yīng)對(duì)效率[3]。
點(diǎn)型可燃?xì)怏w探測(cè)器采用專用智能傳感器技術(shù)和零點(diǎn)溫度補(bǔ)償技術(shù)精工制造而成。這款探測(cè)器利用氣體對(duì)特定紅外光譜的吸收特性進(jìn)行濃度測(cè)量,具有高度靈敏的響應(yīng)能力。其靈敏度針對(duì)甲烷和乙烷可達(dá)到0.00001,響應(yīng)時(shí)間小于2秒。該設(shè)備排除外部環(huán)境因素,例如受溫度、濕度等的干擾,這得益于先進(jìn)的差分檢測(cè)技術(shù)??紤]到化工碼頭等工業(yè)環(huán)境的特點(diǎn),主體材料選用316L不銹鋼,具有出色的防腐蝕性能。其防護(hù)等級(jí)為IP66/IP67,特別適合于石油、化工、燃?xì)庖约半娏Φ拳h(huán)境復(fù)雜、要求嚴(yán)苛的工業(yè)場(chǎng)所。
基于紅外檢測(cè)原理,點(diǎn)型可燃?xì)怏w探測(cè)器能準(zhǔn)確地檢測(cè)絕大部分常見(jiàn)的可燃烷烴氣體以及石化行業(yè)的特殊氣種。測(cè)量精度為+1%F.S,且響應(yīng)時(shí)間T90小于25s,確保在緊急情況下能迅速、準(zhǔn)確地提供反饋。長(zhǎng)期穩(wěn)定性達(dá)到+1%F.S./月,傳感器壽命在8~10年(實(shí)際壽命受使用環(huán)境影響)。該設(shè)備具有高防爆等級(jí)ExdibIICT6Gb/Ex tD ibD A21 IP66/IP67 T80以及防護(hù)等級(jí)IP66/IP67,保證在各種苛刻環(huán)境下穩(wěn)定地運(yùn)行。在電力方面,工作電壓為24VDC,最大功耗小于3W。通信方式采用4mA~20mA,觸電容量包括2路常開(kāi)繼電器輸出,分別為3A/125VAC或3A/30VDC以及1路常開(kāi)有源觸點(diǎn),為100mA/24VDC。系統(tǒng)內(nèi)置1個(gè)自診斷微控制器,該控制器每隔10min進(jìn)行一次系統(tǒng)自檢,并通過(guò)LED指示燈和聲音報(bào)警的方式,提示操作員系統(tǒng)的工作狀態(tài)。這款探測(cè)器不僅是一個(gè)高性能的可燃?xì)怏w檢測(cè)設(shè)備,還是一個(gè)綜合性的安全管理系統(tǒng)。在探測(cè)到可燃?xì)怏w泄漏的情況下,可燃?xì)怏w探測(cè)器能在25s內(nèi)準(zhǔn)確反應(yīng),并通過(guò)4mA~20mA通信方式,迅速將警報(bào)信息發(fā)送至消防控制中心。該設(shè)備還設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)急廣播模塊,當(dāng)探測(cè)到泄漏時(shí)自動(dòng)啟動(dòng),為現(xiàn)場(chǎng)人員提供疏散指導(dǎo)。
聯(lián)動(dòng)控制是指各個(gè)系統(tǒng)間根據(jù)火源情況和危險(xiǎn)程度自動(dòng)協(xié)同工作的過(guò)程。例如當(dāng)火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)檢測(cè)到異常時(shí),可以自動(dòng)觸發(fā)七氟丙烷滅火系統(tǒng)的啟動(dòng),并同時(shí)通過(guò)應(yīng)急廣播系統(tǒng)發(fā)布警報(bào)和疏散指令。
連鎖控制是一種更嚴(yán)格的安全保障機(jī)制,確保在特定情況下,某些關(guān)鍵操作必須按照預(yù)定的順序和條件進(jìn)行。例如當(dāng)檢測(cè)到可燃?xì)怏w泄露時(shí),必須先啟動(dòng)滅火系統(tǒng),再關(guān)閉相關(guān)的電氣設(shè)備,最后通知現(xiàn)場(chǎng)人員疏散。
可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)在現(xiàn)代消防控制系統(tǒng)中起核心作用。PLC控制原理結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù),提供強(qiáng)大的實(shí)時(shí)控制能力。
基本原理與結(jié)構(gòu):PLC通過(guò)讀取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)(例如傳感器、開(kāi)關(guān)等),執(zhí)行預(yù)先設(shè)定的控制程序,然后控制現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行元件(例如馬達(dá)、閥門(mén)等)。常見(jiàn)的PLC結(jié)構(gòu)包括中央處理器(CPU)、輸入/輸出接口(I/O)和存儲(chǔ)器等。
消防系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例:PLC在消防系統(tǒng)中負(fù)責(zé)聯(lián)合各個(gè)子系統(tǒng),如火災(zāi)報(bào)警、滅火以及疏散等,形成統(tǒng)一、智能的響應(yīng)。例如當(dāng)火災(zāi)報(bào)警探測(cè)到火源時(shí),PLC即時(shí)解析數(shù)據(jù),根據(jù)預(yù)設(shè)邏輯控制滅火裝置和疏散導(dǎo)向。
數(shù)學(xué)模型與控制算法:在PLC控制程序中,系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為和交互通??梢杂脦讉€(gè)核心變量和參數(shù)來(lái)描述,包括系統(tǒng)狀態(tài)、控制輸入和系統(tǒng)輸出。
PLC編程與仿真:PLC控制程序通常通過(guò)梯形圖、指令列表或高級(jí)編程語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)?,F(xiàn)代的PLC編程工具還提供仿真功能,允許在投入使用前對(duì)整個(gè)消防控制邏輯進(jìn)行虛擬測(cè)試。
現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試與監(jiān)控:PLC還提供豐富的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和監(jiān)控功能,使工程師可以實(shí)時(shí)觀察系統(tǒng)狀態(tài),快速定位并解決問(wèn)題。例如通過(guò)人機(jī)界面(HMI),操作員可以直觀地了解火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的工作狀態(tài),并進(jìn)行必要的手動(dòng)干預(yù)。
Modbus通信協(xié)議是一種常用的工業(yè)通信協(xié)議,應(yīng)用廣泛,尤其在自動(dòng)化控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中具有重要作用。
2.2.1 協(xié)議簡(jiǎn)介
2.2.1.1 協(xié)議特性
Modbus協(xié)議以其開(kāi)放、簡(jiǎn)單、健壯的特點(diǎn)而廣受歡迎。該協(xié)議基于主從結(jié)構(gòu),可以支持多種通信模式,例如RS-485、TCP/IP等。
2.2.1.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
Modbus協(xié)議主要通過(guò)寄存器和線圈來(lái)表示數(shù)據(jù)。其中,寄存器用于存儲(chǔ)16位的數(shù)值型數(shù)據(jù),線圈用于存儲(chǔ)1位的布爾型數(shù)據(jù)。
2.2.1.3 通信模式
Modbus協(xié)議支持RTU(Remote Terminal Unit)和ASCII兩種模式。RTU模式以二進(jìn)制格式傳輸數(shù)據(jù),效率較高;ASCII模式則以ASCII字符格式傳輸,便于人工識(shí)讀。
2.2.2 在消防系統(tǒng)中的具體應(yīng)用
2.2.2.1 系統(tǒng)集成
在消防系統(tǒng)中,需要集成各類設(shè)備,例如報(bào)警探測(cè)器、滅火器材和通風(fēng)設(shè)備等。Modbus協(xié)議提供統(tǒng)一的通信接口,使來(lái)自不同供應(yīng)商的設(shè)備可以無(wú)縫連接。
2.2.2.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與控制
消防系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)采集溫度、煙霧等數(shù)據(jù),并做出快速響應(yīng)。通過(guò)Modbus協(xié)議,消防控制中心可以迅速讀取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài),并發(fā)送控制命令。
2.2.2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷
通過(guò)Modbus協(xié)議,消防系統(tǒng)還可以與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心連接,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和診斷。這不僅便于運(yùn)維人員的工作,還提高了系統(tǒng)的可靠性和及時(shí)性[4]。
Modbus通信協(xié)議通過(guò)其開(kāi)放、簡(jiǎn)單和可靠的特性,在消防系統(tǒng)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。從系統(tǒng)集成到實(shí)時(shí)控制,再到遠(yuǎn)程監(jiān)控,Modbus協(xié)議都為消防系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化提供強(qiáng)有力的支撐。
消防控制系統(tǒng)強(qiáng)烈依賴于電源的持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng),因?yàn)槿魏坞娏χ袛喽伎赡苁够馂?zāi)報(bào)警、滅火和通風(fēng)等關(guān)鍵系統(tǒng)失效,所以會(huì)導(dǎo)致無(wú)法預(yù)測(cè)的危險(xiǎn)后果。幸運(yùn)的是,當(dāng)斷電時(shí),UPS可以為關(guān)鍵設(shè)備提供短暫的電源,確保其無(wú)縫運(yùn)行,從而為人員和財(cái)產(chǎn)安全提供一層額外的保障。除了持續(xù)供電的功能,UPS還對(duì)電源的質(zhì)量有至關(guān)重要的作用。由于UPS能夠有效地濾除電網(wǎng)中可能損害消防設(shè)備的電壓波動(dòng)和電磁干擾,因此,它確保設(shè)備得到清潔、穩(wěn)定的電源,從而保證其正常且高效地運(yùn)行。
3.2.1 選擇合適類型
消防系統(tǒng)對(duì)電源的穩(wěn)定性要求極高,因此需要選擇高性能的在線式UPS。與離線式UPS相比,在線式UPS能夠提供連續(xù)不間斷的電源供應(yīng),更能保證電源的穩(wěn)定性。
3.2.2 容量配置
3.2.2.1 計(jì)算總功耗
消防系統(tǒng)的每個(gè)部件都需要電源供應(yīng),因此,首先需要計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)的總功耗,如公式(2)所示。
式中:n為設(shè)備數(shù)量。
3.2.2.2 考慮安全系數(shù)
為防止超負(fù)荷運(yùn)行,還需要乘以一個(gè)安全系數(shù)。
通常情況下,安全系數(shù)為1.2~1.5。
3.2.3 其他參數(shù)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)備電時(shí)間時(shí),要結(jié)合關(guān)鍵部件的運(yùn)行時(shí)間需求、本地電網(wǎng)的可靠性以及備用發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間。系統(tǒng)關(guān)鍵部件的運(yùn)行時(shí)間需求決定了在市電中斷后,系統(tǒng)至少需要多長(zhǎng)時(shí)間的電源來(lái)維持其基本功能,如果關(guān)鍵部件的持續(xù)運(yùn)行時(shí)間至少需要1h,那么備電至少要提供1h的電量。考慮到本地電網(wǎng)的可靠性,如果本地電網(wǎng)經(jīng)常出現(xiàn)中斷,可能需要更長(zhǎng)時(shí)間的備電。例如一個(gè)電網(wǎng)月平均中斷2次,每次中斷平均30min,為了確保系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行,備電時(shí)間至少應(yīng)為30min。備用發(fā)電機(jī)啟動(dòng)所需時(shí)間也是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。如果發(fā)電機(jī)啟動(dòng)需要5min,那么備電至少要能提供這5min的緩沖時(shí)間。
UPS設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量。必須考慮合理的散熱設(shè)計(jì)。設(shè)備間距要保持足夠的空間,確保熱量散發(fā)。如有需要,可以配備專門(mén)的冷卻設(shè)備。除此之外,UPS不僅要與消防系統(tǒng)集成,還需要與樓宇自動(dòng)化、安全監(jiān)控等其他系統(tǒng)協(xié)同工作,實(shí)現(xiàn)全面的智能化控制。
人機(jī)界面在消防控制系統(tǒng)中的研發(fā)與應(yīng)用至關(guān)重要。該文將詳細(xì)論述觸摸式大液晶屏、多重電路保護(hù)技術(shù)和故障智能診斷功能的具體技術(shù)和應(yīng)用。
觸摸式大液晶屏作為人機(jī)交互的核心,提供了直觀、友好的圖形界面,使操作更簡(jiǎn)單、高效。該界面集成各個(gè)子系統(tǒng)的控制和監(jiān)控功能,具有直觀操作、靈活配置、一覽無(wú)余的特點(diǎn)[5]。
多重電路保護(hù)技術(shù)為消防控制系統(tǒng)提供了可靠的電路保護(hù),確保系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。該技術(shù)包括電流保護(hù)和電壓保護(hù)。通過(guò)監(jiān)測(cè)電路的電流,一旦電流異常超過(guò)閾值,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切斷電源,避免電路短路或過(guò)載引發(fā)火災(zāi)。監(jiān)測(cè)電路的電壓波動(dòng),當(dāng)電壓超過(guò)規(guī)定范圍時(shí),系統(tǒng)會(huì)立即采取措施,防止設(shè)備受損。
故障智能診斷功能能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)消防控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),識(shí)別并定位故障,提供快速準(zhǔn)確的診斷報(bào)告,從而提高系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)診斷,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),一旦發(fā)現(xiàn)異常,會(huì)自動(dòng)觸發(fā)診斷過(guò)程。診斷結(jié)果會(huì)以圖文形式顯示在界面上,操作人員可以快速了解故障原因和解決方案。
該文深入探討消防控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)以及這些技術(shù)在保障火災(zāi)安全和控制效率方面的設(shè)計(jì)策略。從火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)到七氟丙烷滅火系統(tǒng),再到應(yīng)急廣播系統(tǒng)和可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng),每個(gè)子系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和聯(lián)動(dòng)功能進(jìn)一步提升,從而在化工碼頭等重要場(chǎng)所的火災(zāi)防范和控制方面發(fā)揮了重要作用。同時(shí),PLC控制原理、Modbus通信協(xié)議以及UPS技術(shù)的應(yīng)用,使整個(gè)消防系統(tǒng)更智能化、自動(dòng)化,并提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。人機(jī)界面的研發(fā)與應(yīng)用,使操作人員能夠更便捷地監(jiān)控和控制系統(tǒng),為消防安全保駕護(hù)航。
隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展,可能會(huì)在消防控制系統(tǒng)中引入智能分析算法,實(shí)現(xiàn)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、自動(dòng)判斷火源、優(yōu)化聯(lián)動(dòng)控制等功能,提前預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。未來(lái)的消防控制系統(tǒng)可能會(huì)更網(wǎng)絡(luò)化,通過(guò)云端管理,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、維護(hù)和數(shù)據(jù)分析,從而提高管理的效率和響應(yīng)速度。自動(dòng)化的故障智能診斷功能有望進(jìn)一步發(fā)展,實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)故障定位以及自動(dòng)維護(hù)等功能,減少人工干預(yù)。在UPS技術(shù)方面,隨著新能源技術(shù)的發(fā)展,可能會(huì)采用更多的可再生能源,如太陽(yáng)能、風(fēng)能等,為消防控制系統(tǒng)提供綠色、可持續(xù)的電源。未來(lái)的人機(jī)界面可能會(huì)進(jìn)一步創(chuàng)新,引入增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)或虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù),使操作界面更直觀、交互性更強(qiáng)。