uffile-upload-no-title30300

SCIENCE - TECHNOLOGY NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MODULE ĐIỀU KHIỂN PHÒNG CHÁY, CHỮA CHÁY TRONG TÒA NHÀ CAO TẦNG RESEARCH, DESIGNING MODULE FOR CONTROL OF FIRE AND FIRE FIGHTING ROOM IN HIGH-RISE BUILDING Nguyễn Thị Hạnh1, Nguyễn Văn Đại1, Nguyễn Đức Anh1, Nguyễn Văn Hóa1, Phạm Thị Phượng1, Phan Thị Thu Hằng2,* TÓM TẮT Trong sống đại, việc phòng cháy chữa cháy trở thành mối quan tâm hàng đầu quanh ta ln tồn khu vực dễ cháy, gây thiệt hại nặng nề người tài sản Cho nên việc lắp đặt hệ thống báo cháy chữa cháy có vai trị quan trọng, giúp ngăn chặn xử lý kịp thời đám cháy người chưa thể can thiệp Hệ thống giúp người quản lý thường xuyên theo dõi hệ tình trạng hệ thống phát nguy gây cháy từ rò rỉ gas, khí dễ cháy, cố chập điện từ thay đổi nhiệt độ thông qua cảm biến, từ có hướng xử lý phát chng cảnh báo ngắt điện, kích hoạt hệ thống chữa cháy thực chữa cháy giảm thiệt hại người tài sản ABSTRACT In modern life, fire protection is becoming a top concern because there are always flammable areas around us, which can cause serious damage to people and property So the installation of fire and fire alarm system plays a very important role, helping to prevent and timely handle fires when people cannot intervene The system will help managers regularly monitor the system status and detect the risk of fire from gas leaks, flammable gases, electrical shortages or temperature changes through colds turn, then there will be the processing direction such as issuing alarm bells or disconnecting power, activating fire fighting system to reduce fire damage on people and property Lớp Điện tử 6, Khoa Điện tử, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Điện tử, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội * Email: hangphanthithu@gmail.com TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÁO CHÁY, CHỮA CHÁY 1.1 Tầm quan trọng hệ thống báo, chữa cháy Tòa nhà chung cư cao ốc cao tầng nơi sinh sống nhiều hộ dân cư đồng nghĩa với nhiều bếp ăn thiết bị điện sinh hoạt, nguy xảy cháy nổ cao Hơn nữa, xảy cháy nổ khó khăn để phong tỏa tịa nhà có hệ thống ống lạnh dễ lây lan phịng khác, khó đám cháy xảy tầng cao khó cho lực lượng chữa cháy tiếp cận Thời gian vừa qua xảy vụ cháy chung cư đặc biệt chung cư hạng sang cao cấp cao tầng mà hệ thống báo cháy chữa cháy không quan tâm đầu tư cách mức Hệ thống báo cháy làm qua loa gặp nhiều vấn đề kỹ thuật dẫn đến không hoạt động xảy cháy nổ Khi có cháy nhà cao tầng, toàn tầng tầng bị cháy bị đe dọa lửa khói, nóng khí độc bốc lên từ đám cháy ln có xu hướng lan lên dọc theo chiều cao cơng trình, gây ảnh hưởng đến nạn cháy lan lên tồn cơng trình Càng lên cao, tốc độ áp lực gió tăng, nguyên nhân làm cho đám cháy phát triển với tốc độ nhanh Việc triển khai lực lượng, phương tiện chữa cháy, cứu nạn việc cấp nước chữa cháy, lên cao gặp nhiều khó khăn, đặc biệt cơng trình có chiều cao vượt trội khả hoạt động xe thang trang bị lực lượng cảnh sát phòng cháy chữa cháy thấp cao độ cơng trình máy bơm chữa cháy không đủ công suất để bơm đẩy nước chữa cháy lên tầng cao Trong tháng 5/2018, nước xảy 309 vụ cháy nổ, làm người chết 13 người bị thương, thiệt hại ước tính 314 tỷ đồng Đây số liệu vừa Tổng cục Thống kê công bố Như vậy, tính bình qn tháng 5/2018, ngày xảy 10 vụ cháy, mức thiệt hại 10 tỷ đồng Cịn tính bình qn tháng đầu năm 2018, ngày xảy 11 vụ cháy nổ với thiệt hại khoảng 7,7 tỷ đồng Cũng theo số liệu Tổng cục Thống kê, năm 2017, địa bàn nước xảy 4.114 vụ cháy, nổ, làm 119 người chết 270 người bị thương, thiệt hại ước tính khoảng 2.000 tỷ đồng… Chung cư tái định cư tiềm ẩn nguy cháy cao Trong tổng số 117 chung cư tái định cư cao tầng Hà Nội, có tới 116 chung cư khơng bảo đảm yêu cầu trang bị, phương tiện PCCC Ðó chưa kể nhà tập thể cũ, cao từ hai đến năm tầng, xây dựng từ hàng chục năm trước, khơng có hệ thống PCCC: hệ thống điện cũ, nát Nếu cố xảy việc hiểm, cứu hộ, cứu nạn khó khăn, hầu hết ban công đằng trước, đằng sau hộ bị hộ dân quây kín để làm "chuồng cọp", lồng sắt Ðường khu tập thể bị hàng quán bủa vây, xe cứu hỏa khó tiếp cận để dập lửa Hiện nay, Hà Nội tồn 1.579 Số 9.2019 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 15 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ tịa chung cư cũ xây dựng từ năm 1954 đến 1990, TP Hồ Chí Minh có 474 tịa xây dựng trước năm 1975 Từ thực trạng nhà nước ta cần tăng cường cơng tác phịng cháy, chữa cháy, tun truyền cho người dân ý thức, kiến thức phịng chống cháy nổ Bên cạnh người dân cần có cảnh giác cao phịng cháy, chữa cháy, huy động lực lượng, phương tiện triển khai đồng hệ thống phòng cháy chữa cháy nơi có nguy cháy cao như: khu cơng nghiệp, trung tâm thương mại, nhà cao tầng Người dân cần trang bị đầy đủ phương tiện phòng cháy, chữa cháy để kịp thời xử lí nhanh có cố xảy Chỉ có hệ thống báo cháy, chữa cháy thiết kế kỹ thuật, đầy đủ chức năng, ổn định đạt tiêu chuẩn đảm bảo cho cao ốc, nhà xưởng, nhà hàng, khách sạn, nhà thân yêu cách chắn khỏi rủi ro hỏa hoạn gây 1.3 Sơ đồ khối hệ thống báo cháy chữa cháy Với yêu cầu hệ thống, nhóm tác giả vào xây dựng sơ đồ khối cho hệ thống gồm có khối hình 1.2 Quy định chung hệ thống báo cháy Việc thiết kế hệ thống báo chữa cháy phải thỏa thuận quan phòng cháy, chữa cháy phải thỏa mãn yêu cầu, quy định tiêu chuẩn, quy phạm hành có liên quan Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5738 - 2001 “Hệ thống báo cháy tự động - Yêu cầu thiết kế” có quy định hệ thống báo cháy tự động phải đáp ứng yêu cầu sau: - Phát cháy nhanh chóng theo chức đề - Chuyển tín hiệu cháy thành tín hiệu báo động rõ ràng để người xung quanh thực biện pháp thích hợp - Có khả chống nhiễu tốt (nhiễu thường xảy dây dẫn tín hiệu nằm vùng có điện trường mạnh dây dẫn đặt cạnh dây điện) Như để chống nhiễu sử dụng dây tín hiệu chống nhiễu dây tín hiệu thơng thường phải ống kim loại - Báo hiệu nhanh chóng rõ ràng trường hợp cố hệ thống - Khơng bị tê liệt phần hay tồn cháy gây trước phát cháy - Hệ thống phải hoạt động liên tục điều kiện (nguồn AC, DC) - Việc lắp đặt đầu báo cháy với trung tâm báo cháy phải ý đến phù hợp hệ thống (Điện áp cấp cho đầu báo cháy, dạng tín hiệu báo cháy, phương pháp phát cố…) - Hệ thống báo cháy phải đảm bảo độ tin cậy Hệ thống phải thực đầy đủ chức đề mà khơng xảy sai sót - Những tác động bên gây cố cho phận hệ thống không gây cố tiếp hệ thống - Hệ thống báo cháy tự động đáp ứng yêu cầu phận hệ thống cần phải đáp ứng yêu cầu riêng theo tiêu chuẩn đề Hình Sơ đồ khối tổng quát hệ thống - Khối nguồn: Có nhiệm vụ cung cấp nguồn điện cho toàn hệ thống Do đó, khối nguồn u cầu phải có cơng suất đủ lớn độ ổn định cao - Khối cảm biến (sensor): Phát nguồn gốc ban đầu cháy Cảm biến nhiệt độ mơi trường LM35, dịng điện ACS712, chất lượng khơng khí MQ135, nồng độ khí gas khơng khí đưa tới đầu vào vi điều khiển, thu thập thông tin để gửi tới khối điều khiển - Khối vi điều khiển: Khối có nhiệm vụ lấy liệu từ khối cảm biến để xử lý liệu từ đưa định, tín hiệu điều khiển cho động - Khối thực thi: Có nhiệm vụ kích hoạt hệ thống phòng ngừa, thay đổi tốc độ chiều quay động chữa cháy tạm thời, tránh thiệt hại người - Khối giao tiếp sever: Dữ liệu lên Webserver xử lý liệu cung cấp thông tin đến người quản lý thông qua máy tính cá nhân, smartphone mơi trường Internet cho người sử dụng - Khối hiển thị: Nhiệm vụ hiển thị trạng thái hệ thống Do lấy tín hiệu điều khiển từ khối điều khiển gửi lên LCD Phương pháp nghiên cứu sử dụng xây dựng lưu đồ thuật tốn, tính tốn thiết kế mạch, viết code thi cơng lắp ráp để kiểm chứng tính đắn phần thiết kế, code lưu đồ thuật toán vừa xây dựng 16 Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 9.2019 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Nhiệm vụ thiết kế Khi có cố cháy nổ xảy ra, hệ thống phải tự động phát cháy cách nhanh chóng, xác xác định địa đám cháy Tự động phát tín hiệu báo động, thị tín hiệu điều khiển thiết bị ngoại vi hệ thống báo cháy tự động nhằm thực nhiệm vụ cụ thể Đặc biệt, với hệ thống báo cháy tự động sử dụng đầu báo cháy khói cịn có nhiệm vụ quan trọng “cảnh báo”, tức phát thông báo cháy, cháy âm ỉ chưa có lửa SCIENCE - TECHNOLOGY Bình thường tồn hệ thống chế độ trực Ở chế độ trung tâm báo cháy ln có tín hiệu kiểm tra làm việc đến thiết bị hệ thống đồng thời đầu báo cháy địa chỉ, module… có tín hiệu hồi đáp trung tâm Định kỳ, theo thời gian (tuỳ đặt) trung tâm in tình trạng hệ thống thơng tin thiết bị cần bảo dưỡng lên hình hiển thị LCD Trong mạch ln có dịng điện chạy qua Trong chế độ giám sát trung tâm nhận tín hiệu báo lỗi từ thiết bị không nhận tín hiệu hồi đáp từ thiết bị trung tâm chuyển sang chế độ cố Mọi thông tin cố hiển thị hình LCD Khi lỗi khắc phục chế độ cố kết thúc tự đưa hệ thống chế độ giám sát bình thường Khi cháy xảy khu vực bảo vệ, yếu tố mơi trường cháy (nhiệt độ, khói, ánh sáng) thay đổi tác động lên đầu báo cháy Khi yếu tố đạt tới ngưỡng làm việc đầu báo cháy làm việc tạo tín hiệu truyền trung tâm (gồm tín hiệu báo cháy tín hiệu báo địa thiết bị báo cháy) Tại trung tâm báo cháy diễn hoạt động xử lý tín hiệu truyền theo chương trình cài đặt để đưa tín hiệu thơng báo khu vực xảy cháy qua còi báo cháy hình LCD Đồng thời thiết bị ngoại vi tương ứng kích hoạt để phát tín hiệu báo động cháy thực nhiệm vụ đề Trong trường hợp trung tâm báo cháy có cài đặt thêm chức giám sát thiết bị khác có có thay đổi trạng thái thiết bị (Ví dụ: bơm chữa cháy hoạt động, cơng tắc dịng chảy hoạt động…) hệ thống chuyển sang thông báo thiết bị cần giám sát thay đổi trạng thái Thông tin thay đổi hiển thị hình LCD trung tâm Chế độ tự kết thúc thiết bị cần giám sát trở vị trí bình thường 2.2 Sơ đồ tổng quan hệ thống Sơ đồ tổng thể tồn hệ thống phịng chữa cháy hình Hình Sơ đồ tổng quan toàn hệ thống phong cháy chữa cháy 2.3 Xây dựng thuật tốn Lưu đồ thuật tốn tồn hệ thống báo chữa cháy hình Hình Lưu đồ hệ thống báo chữa cháy Nguyên lí hoạt động hệ thống: Khối vi xử lý trung tâm nhận tín hiệu từ cảm biến phân tích, tính tốn, xuất tín hiệu để điều khiển thiết bị ngoại vi phù với trường hợp đề Mạch bao gồm khối sau:  Khối nguồn Biến đổi nguồn điện từ 12V xuống 5V để nuôi mạch Bộ chuyển nguồn dùng module LM2596 Mạch chuyển nguồn DC nhỏ gọn từ 30V xuống 5V mà đạt hiệu suất cao, công suất nguồn đầu 5V 2A, dùng để nuôi cảm biến, vi điều khiển Node MCU  Khối cảm biến - Cảm biến LM35: Cảm biến hoạt động dựa chênh lệch điện áp để tính tốn giá trị trả theo công thức nhà sản xuất đưa LM35 cảm biến nhiệt Analog, nhiệt độ xác định việc đo điện áp chân đầu LM35 Cảm biến LM35 kết nối với Arduino cách cấp nguồn 5V đưa chân tín hiệu (chân cảm biến LM35) vào chân Analog Arduino Arduino đọc nhiệt độ cách đọc tín hiệu trả chân Analog, so sánh giá trị đọc đưa tín hiệu điều khiển thiết bị ngoại vi hoạt động - Cảm biến dòng ACS712: Cảm biến dòng điện ACS712 IC cảm biến dịng tuyến tính dựa hiệu ứng Hall ACS xuất tín hiệu analog, Vout biến đổi tuyến tính theo thay đổi dịng điện lấy mẫu thứ cấp DC (hoặc AC), phạm vi cho Arduino đọc giá trị dòng điện, so sánh với điều kiện lập trình đưa tín hiệu xử lí Số 9.2019 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 17 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ - Cảm biến chất lượng khơng khí MQ135: Cảm biến nhận biết chất khí NH3, NOx, Ancol, Benzen, Khói, gas, CO2… Đầu cảm biến kết nối với chân số Arduino Khi phát nồng độ khí vượt mức quy định, khối xử lí trung tâm xuất tín hiệu xử lí điều khiển thiết bị ngoại vi mở cửa, bật quạt,…  Khối vi điều khiển: Hệ thống báo cháy hệ thống hoạt động theo nguyên tắc thu thập liệu từ cảm biến Arduino Uno lắng nghe thông tin từ cảm biến cảm biến nhiệt LM35, cảm biến khơng khí MQ135 cảm biến dịng ACS712, nhận tín hiệu từ cảm biến phân tích, tính tốn đưa tín hiệu điều khiển Hai cảm biến LM35 MQ135 làm nhiệm vụ kiểm tra liên tục nhiệt độ khơng khí Đồng thời gửi liệu liên tục cho Arduino Giả sử mức “0” trạng thái đóng relay mức “1” trạng thái mở relay Hệ thống hoạt động trạng thái: - Trạng thái ổn định Nếu nhiệt độ nhỏ 350C, nồng độ khí nhỏ 50ppm cường độ dịng điện nhỏ 0,6A hệ thống trạng thái trực thiết bị ngoại vi không hoạt động Tại Blynk người quản lý điều khiển thiết bị ngoại vi quạt, máy bơm, cửa sổ, đóng ngắt điện - Trạng thái báo cháy Nếu nhiệt độ tăng cao đột ngột lớn 350C nồng độ khí gas CO2 đo lớn ngưỡng an tồn 50ppm Arduino xuất tín hiệu “1” để relay chuyển đổi từ mức “1” mức “0” cửa sổ mở, bật quạt nhằm giảm nhiệt độ, nồng độ khí - Trạng thái chữa cháy Nếu nhiệt độ lớn 400C nhiệt độ tăng cao đột ngột lớn 400C đồng thời nồng độ khí vượt q ngưỡng an tồn (nồng độ khí lớn 50ppm), nhận biết có cháy, Arduino thực xuất tín hiệu mức “1” để relay chuyển trạng thái để mở cửa sổ, bật quạt, còi báo, máy bơm thang dây - Trạng thái chập điện Cảm biến ACS712 làm nhiệm vụ kiểm tra dịng điện, thấy tượng q dịng tự ngắt tránh chập, cháy nổ điện Nếu dòng điện ổn định lớn ngưỡng Max_Ampe (lớn 0,6A) hệ thống điện bị ngắt Arduino liên tục gửi liệu hiển thị liệu từ cảm biến thơng báo tình trạng lên LCD, giữ vai trị quan trọng việc gửi liệu cho giao tiếp thông qua NodeMCU liệu cập nhật liên tục lên web server để người quản lý nắm bắt tình trạng cháy tình hình hoạt động hệ thống chữa cháy để có biện pháp can thiệp điều khiển tay trường hợp hệ thống chữa cháy có cố 18 Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 9.2019  Khối thực thi: Khối thực thi relay dùng để điều khiển tắt /mở thiết bị Khi nhận tín hiệu “1” từ chân vi điều khiển transistor thơng làm cho relay đóng chuyển trạng thái từ “1” “0” hệ thống báo cháy chưa cháy hoạt động tránh thiệt hại người  Khối hiển thị: Hiển thị tình trạng hệ thống lên hình LCD  Khối giao tiếp ESP8266: Các giá trị cảm biến mức độ cảnh báo truyền từ vi điều khiển tới ESP8266 Tại liệu lưu trữ Server hiển thị Blynk Đồng thời kiểm tra mức cảnh báo để đưa tình trạng cảnh báo phù hợp hiển thị Blynk Nếu mức cảnh báo “0” cập nhật trạng thái thiết bị từ Blynk gửi xuống để điều khiển thiết bị ngoại vi 2.4 Kết Hình Hình ảnh sản phẩm sau hồn thành Hình Dữ Liệu Blynk hình LCD Hình Dữ liệu ThingSpeaks SCIENCE - TECHNOLOGY Dữ liệu nhiệt độ nồng độ khí, cường độ dịng điện trạng thái hệ thống đc cập nhật Blynk hình LCD, đơng thời lưu trữ ThinkSpeaks KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Sau hồn thiện mơ hình hệ thống nhóm nghiên cứu tiến hành chạy thực nghiệm nhiều lần cho kết bảng Bảng Đánh giá kết chạy thực nghiệm sản phẩm Tiêu chí Nhiệt độ Xây dựng Yêu cầu Đánh giá ≥ 350C Báo cháy ( mở cửa, bật quạt) Đạt ≥ 400C Đạt Khí gas ≥ 50ppm Chữa cháy (mở cửa, bật quạt, thả thang dây, bật máy bơm) Báo cháy ( mở cửa, bật quạt) Nhiệt độ + khí gas T ≥ 350C & P ≥ 50ppm Chữa cháy (mở cửa, bật quạt, thả thang dây, bật máy bơm) Đạt Dòng điện I ≥ 0,6A Ngắt nguồn điện Đạt 5VDC Cấp cho vi điều khiển cảm biến Đạt 12VDC Cấp cho thiết bị ngoại vi hoạt động Đạt Nhiệt độ, gas, dòng điện Đạt Nguồn điện Hiển thị lên LCD Sai số cảm biến : ±5% KẾT LUẬN Nghiên cứu giải yêu cầu đặt ban đầu thiết bị báo cháy phần ứng dụng giải công việc thực tiễn Thời gian thực cập nhập truyền nhận liệu lên Blynk phút ổn định Nhiệt độ, nồng độ khí gas, cường độ dịng điện tình trạng hệ thống thể xác Khi xảy cố, thiết bị ngoại vi kích hoạt tương ứng với thời gian trễ giây đảm bảo khả khắc phục phát cố sớm Đạt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://pccchochiminh.com/ban-can-biet/66-kien-thuc-co-ban-ve-hethong-bao-chay.html [2] http://vneconomy.vn/trung-binh-moi-ngay-co-10-vu-chay-no-thiethai-hon-10-ty-dong-20180530103942921.htm [3] http://www.nhandan.com.vn/nation_news/item/36051302-nganchan-nguy-co-chay-no-tai-cac-do-thi-lon-ky-1.html Đạt Số 9.2019 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 19