Nghiên cứu, thiết kế hệ thống báo cháy cho tàu thủy

Bài viết này trình bày việc nghiên cứu, thiết kế một hệ thống báo cháy tàu thủy đa kênh. Nhằm mục đích là thiết kế một hệ thống báo cháy với giá thành thấp, dễ dàng vận hành cũng như sửa chữa, thay thế mà không bị phụ thuộc vào các thiết bị của các hãng cung cấp nước ngoài.

TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA H C - CÔNG NGH JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY NGHIểN C U, THI T K H TH NG BỄO CHỄY CHO TÀU TH Y RESEARCH, DESIGN FIRE ALARM SYSTEM FOR SHIPS NGUY N ÌNH TH CH1*, ỒN H U KHỄNH2 Khoa Hàng h i, Tr ng i h c Hàng h i Vi t Nam Khoa i n - i n t , Tr ng i h c Hàng h i Vi t Nam *Email liên h : thachnd.ddt@vimaru.edu.vn Tóm t t Bài báo trình bày vi c nghiên c u, thi t k m t h th ng báo cháy tàu th y đa kênh Nh m m c đích thi t k m t h th ng báo cháy v i giá thành th p, d dàng v n hành c ng nh s a ch a, thay th mà không b ph thu c vào thi t b c a hãng cung c p n c H th ng đ c thi t k g m m t trung tâm giám sát, u n s d ng m t hình c m ng có th đ nh v phát tín hi u báo đ ng b ng gi ng nói xác v trí x y cháy, hình đ c n i t i v báo cháy đ t t i v trí c n giám sát V i kh n ng m r ng t i đa 31 v báo cháy, m i v h tr lên t i 16 kênh có đ a ch c th Nh v y t i đa h th ng có th giám sát đ c 496 vùng v i đ a ch c th , m i vùng có th m c t i đa 16 c m bi n báo cháy nên v lý thuy t h th ng có th n i đ c t i đa lên đ n 7936 c m bi n nên có th áp d ng l p đ t đ c cho tàu kích th c v a l n T khóa: H th ng báo cháy, Modbus RTU, RS485 Abstract This paper presents the research and design of a fire alarm system with multi zones The purpose of the author is to design a fire alarm system with low cost, easy to operate as well as repair and replace without being dependent on equipment of foreign suppliers The system is designed with a monitoring and control center using a touch screen that can locate and emit an audible alarm signal exactly where the fire is happening, this screen is connected to fire alarm modules which are located at locations to be monitored With a maximum scalability of 31 module, each module supports up to 16 addressspecific channels Thus, the system can monitor up to 496 zones with specific addresses, each zone can have up to 16 fire alarm sensors, so in theory the system can connect up to 7936 sensors and it can be installed for medium and large ships Keywords: Fire alarm system, Modbus RTU, RS485 48 M đ u Cháy n m t v n đ th i s th i gian g n mà ph n nhi u đ n t s ch quan c a ng i v n đ phòng cháy t i nhà , khu dân c , khu công nghi p c ng nh d i tàu th y H u qu c a v cháy th ng r t n ng n t s m t mát tính m ng ng i đ n tài s n, v t ch t Trong nh ng n m qua, có r t nhi u v cháy th ng tâm đ c ghi nh n tàu th y Có th k đ n m t s v cháy nh v cháy tàu ch hàng Xpress Pearl n m 2021 kéo dài 13 ngày gây nh ng thi t h i r t l n v kinh t m t nh ng th m h a sinh thái t i t nh t l ch s Sri Lanka N m 2020 x y m t v cháy tàu ch d u Trung Th o 36BLC t i vùng n c c ng bi n Dung Qu t làm m t th y th thi t m ng r t nhi u tai n n cháy n khác n a phòng ng a v h a ho n đáng ti c x y tàu th y, vi c nâng cao ý th c, trang b k n ng phòng cháy, ch a cháy cho thuy n viên m t h th ng báo cháy làm vi c n đ nh, tin c y, k p th i đ a nh ng c nh báo cháy v trí đám cháy có m t ý ngh a quan tr ng nh m gi m thi u nh ng thi t h i v ng i tài s n [2] Hi n th tr ng có nhi u h th ng báo cháy c a hãng khác nh Hochiki, Bosch, Horing,… Các hãng đ u xây d ng chu n truy n thông m ng c a riêng Khách hàng mu n s a ch a, thay th thi t b h th ng ph i liên h v i hãng s m t r t nhi u th i gian, ch a k kinh phí c ng cao Vì v y, vi c ch đ ng nghiên c u, thi t k m t h th ng báo cháy v i chu n giao ti p công nghi p thông d ng Modbus RTU thi t b kèm r t ph bi n th tr ng s c s cho vi c ch t o m t s n ph m báo cháy th ng m i t ng lai Khái qt chung cơng trình liên quan 2.1 Khái quát chung M t h th ng báo cháy th ng có c u trúc nh Hình H th ng bao g m c m bi n báo cháy lo i nhi t hay lo i khói, nút n báo cháy lo i thơng th ng ho c lo i có đ a ch Các tín hi u đóng vai S 70 (04-2022) TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA H C - CƠNG NGH KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY trị tín hi u đ u vào s đ c g i đ n t u n trung tâm T u n trung tâm s x lý tín hi u thu th p v , đ a tín hi u c nh báo, báo đ ng nh c nh báo cháy t i khu v c c th , c nh báo đ t dây c m bi n, m t ngu n chính,… Hình C u trúc m t h th ng báo cháy đ n gi n Tín hi u c nh báo, báo đ ng th đèn, còi h th ng ch a cháy ng đ cg it i V i h th ng báo cháy thơng th ng s có kho ng t kênh đ n 60 kênh (zone) M i zone có th ch a nhi u c m bi n nút n báo cháy Khi x y s c s khơng th bi t xác c m bi n kích ho t báo cháy zone [1], v i tính n ng đ n gi n, giá thành r , nh ng thi t b ch áp d ng v i tàu nh V i h th ng báo cháy đ a ch , dung l ng đ a ch s đ c xác đ nh b i s m ch tín hi u (loop) M t h th ng báo cháy đ a ch th ng có kho ng loop, m i loop th ng h tr kho ng 100 thi t b đ a ch , thi t b th ng đ c h tr l p trình m m d o ph n m m c a hãng cho phù h p v i t ng yêu c u th c t Tuy nhiên h th ng th ng có giá thành cao, trình s a ch a, thay th v sau b ph thu c nhi u vào hãng m i hàng s d ng m t công ngh chu n truy n thông riêng s s d ng c m bi n báo cháy không dây, m i t ng, m i khu v c s d ng m t máy tính b l p Repeater đ thu th p tín hi u t c m bi n đ g i v m t máy tính trung tâm Trong báo [1] Hussam Elbehiery thi t k m t h th ng kh i u n trung tâm (Master Unit) kh i tr m t (Slave Units) ch a nút n báo cháy, c m bi n báo cháy đ c truy n thông không dây v i qua m ch vi x lý s d ng chip Wifi không dây Các cơng trình ch phù h p áp d ng b cho tòa nhà h dân c ch s không hi u qu áp d ng d i tàu th y v i m t u ki n làm vi c kh c nghi t, c u trúc ph c t p, ch t h p, nhi u nhi u lo n có th nh h ng t i h th ng m ng không dây H n n a, h th ng l p đ t tàu bi n đòi h i s ho t đ ng tin c y, d dàng s a ch a, thay th x y s c Vì v y, nhóm tác gi đ xu t vi c nghiên c u, xây d ng m t h th ng báo cháy có c u trúc đ n gi n, làm vi c tin c y, d dàng v n hành, s a ch a c ng nh thay th giá thành h p lý đ ti n t i áp d ng vào th c t cho đ i tàu t i Vi t Nam Thi t k h th ng báo cháy đ a ch s d ng m ng Modbus 3.1 Thi t k s đ kh i ch c n ng S đ kh i ch c n ng cho h th ng đ c nhóm tác gi xây d ng nh Hình Trên s đ bao g m m t hình c m ng HMI Delta Dop-100 v a đóng vai trị m t u n trung tâm, m t khác hình cịn đóng vai trị giám sát toàn b h th ng nh hi n th khu v c cháy, hi n th danh sách báo đ ng, l u l i l ch s báo đ ng,… m t s t ng tác khác v i ng i s d ng nh s a tên cho khu v c cháy đ thu n ti n cho vi c giám sát 2.2 Các cơng trình liên quan đóng góp c a báo Trên th c t hi n vi c s d ng h th ng báo cháy truy n th ng theo vùng báo cháy đ a ch c a hãng n c nh Hochiki, Horing,… Các hãng l n đ u xây d ng chu n truy n thông c a riêng h đ gi b n quy n công ngh nên s gây nhi u khó kh n cho khách hàng x y nh ng s c trình s d ng không làm ch đ c công ngh , ph thu c r t nhi u vào hãng s n xu t Có m t s cơng trình s d ng cơng ngh khơng dây nh cơng trình [2], Lei Zhang c ng S 70 (04-2022) Hình S đ kh i ch c n ng S đ kh i ch c n ng cho h th ng đ c nhóm tác gi xây d ng nh Hình Trên s đ bao g m 49 TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA H C - CÔNG NGH JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY m t hình c m ng HMI Delta Dop-100 v a đóng vai trị m t u n trung tâm, m t khác hình cịn đóng vai trị giám sát toàn b h th ng nh hi n th khu v c cháy, hi n th danh sách báo đ ng, l u l i l ch s báo đ ng,… m t s t ng tác khác v i ng i s d ng nh s a tên cho khu v c cháy đ thu n ti n cho vi c giám sát H th ng đ c thi t k v i kh n ng h tr k t n i t i đa t i 31 v báo cháy đ giám sát cháy t ng ng v i m ng Modbus RTU có th h tr t i đa t i 32 thi t b [3] M i v báo cháy tác gi thi t k (đ c trình bày m c 3.2) g m zones, nh ng h tr ghép ch ng v lên nên t i đa h tr 16 zones M i zone l i có th n i t i 16 thi t b c m bi n ho c nút n báo cháy Các zone đ u đ c đ nh ngh a đ a ch Modbus nên b u n trung tâm có th xác đ nh đ c xác v trí cháy có s c Ngồi b u n trung tâm s g i tín hi u đ n thi t b ngo i vi bao g m: èn, còi báo đ ng, g i tín hi u đ n h th ng ch a cháy g i tín hi u gi ng nói đ n loa thơng báo B u n trung tâm đ c l p trình đ phát gi ng nói thơng báo xác v trí x y cháy [4] giúp ng i nhanh chóng xác đ nh m cháy đ d p l a c ng nh s tán 3.2 Thi t k v báo cháy V báo cháy đ c ch t o có zone, h tr ghép zone ch ng lên đ có đ c v 16 zone M i zone đ c đ nh ngh a m t đ a ch Modbus t ng ng Hình hình nh v báo cháy đ c ch t o Trên Hình thu t gi i u n tác gi xây d ng cho v báo cháy th j Nó s đ c coi ch ng trình thu t gi i u n h báo cháy tồn tàu Hình B tđ u + Nh n l nh quét v th j + Nh n s sensor c a v th j (nji) + Gán i:= i := i + Zji = 1 i > nji + Ghi l i Zji =1 + Phát l nh báo cháy vùng Zji =1 K t thúc Hình Thu t gi i u n c a v báo cháy th j V báo cháy đ c nhóm tác gi thi t k s d ng b u n vi u n ATmega32 nh công b chi ti t công trình [4] V báo cháy đ c ch t o bao g m m t s module là: Module m ch c m bi n báo cháy; Module m ch c u hình cho vi u n; Module truy n thơng v i hình c m ng; Module ngu n, m ch báo đ ng test ch c n ng V i nguyên lý thi t k v u n s b m m t giá tr dòng n đ u c a m i zone, m i zone s n i t i c m bi n ho c nút n báo cháy, d a giá tr dòng n đo v u n s bi t đ c zone x y cháy hay l i đ t dây c m bi n B tđ u + C p ngu n U = + Khai báo s v (m c đ nh: 31) + Nh n s sensor c a v th j + Gán j := j := j + j > 31 Ch ng trình (Hình 4) j := U=0 K t thúc Hình Thu t gi i báo cháy c a h Ký hi u: j - S th t c a v báo cháy h (t i đa theo m c đ nh j=31); i - S th t c a sensor đ u vào v th j; nji - S l ng sensor đ u vào v th j; Zji - Vùng cháy th i c a v j Hình V báo cháy đ 50 c ch t o Trong thu t gi i này, ban đ u b u n s nh n l nh quét nh n s sensor c a v th j i s đ c gán giá tr b ng t ng ng v i c m bi n (sensor) đ u tiên n i vào v j s đ c quét, n u v trí i đ u tiên có cháy x y vùng i Zji=1 giá tr s đ c ghi l i phát l nh báo cháy vùng Zji ng th i S 70 (04-2022) TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA H C - CƠNG NGH KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY giá tr c a i l i t ng lên đ n v t ng ng v i b u n s quét sang sensor ti p theo, q trình sau hồn tồn t ng t nh v i sensor đ u tiên s k t thúc quét h t t t c s sensor n i vào v (i>nji) 3.3 Thi t k , l p trình b u n trung tâm c L p trình cho h th ng b ng ngôn ng Marco Ngôn ng l p trình cho b u n trung tâm (HMI) ngôn ng Marco, m t đo n code l nh đ c th hi n nh Hình B u n trung tâm nhóm tác gi s d ng hình c m ng HMI c u hình cao c a hãng Delta v i model DOP-110WS a Xây d ng thu t gi i u n cho b u n trung tâm Thu t gi i báo cháy c a h m t thu t gi i c a h th ng, đ c th hi n nh Hình V i thi t k m c đ nh có th m c t i đa 31 v B u n trung tâm s quét l n l t t t c v t j=1 cho đ n j=31, quét đ n v th j s g i ch ng trình nh đ c trình bày Hình Khi j=32 n u ngu n ng t s k t thúc ch ng trình, n u ngu n v n b t ch ng trình l i quét t v th nh t ng v i j=1 Khi x y s c v trí i đó, HMI s g i tín hi u t ng ng b ng gi ng nói báo xác v trí có cháy cho thuy n viên ng th i tín hi u s đ c g i t i c còi, đèn h th ng ch a cháy b Thi t k giao di n u n cho hình c m ng Hình L p trình cho b u n trung tâm Hi n th c t h th ng báo cháy tàu h u h t ch đ a báo đ ng b ng còi đèn s c x y mà khơng thơng báo đ c xác v trí cháy b ng loa Nhóm tác gi t o file gi ng nói thơng báo cho t ng v trí d ng *.mp3 đ a vào hình Các file mp3 s đ c l p trình t đ ng b t t t theo Bit d li u t ng ng nh Hình M i file gi ng nói s đ c b t/t t b i bit u n Bit s đ c b t lên có cháy x y v trí t ng ng Giao di n giám sát h th ng đ c thi t k b ng ph n m m DOPSoft Version 4.0 bao g m giao di n trang ch , hình giám sát Zones, hình cài đ t, danh sách báo đ ng, l ch s báo đ ng m t s nút n, hình ph khác Hình m t giao di n đ c nhóm tác gi thi t k cho vùng s Boong xu ng c u sinh Có 14 bu ng 14 đèn báo đ ng có cháy x y t ng ng v i m i bu ng Các đèn đ c l p trình s sang nh p nháy có cháy x y nh minh h a KHO MT Hình có cháy x y Ngồi h th ng đ c thi t k trang hình có kh n ng hi n th báo đ ng x y ra, l u l i l ch s báo đ ng k t n i máy in Hình L p trình gi ng nói thơng báo Th nghi m h th ng Sau thi t k giao di n xây d ng xong ch ng trình ph n m m, tác gi ti n hành th nghi m s ho t đ ng c a ph n m m u n v i v báo cháy phịng thí nghi m nh Hình 10 đ Hình Giao di n Zone S 70 (04-2022) Boong c u sinh B u n trung tâm (màn hình c m ng HMI) c k t n i th nghi m v i tr ng h p: + Tr ng h p 1: K t n i b u n trung tâm v i v báo cháy; + Tr ng h p 2: K t n i đ ng th i v i v báo 51 TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA H C - CÔNG NGH JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY B ng B n ghi th nghi m (Test Record) B N GHI TH Tên khu v c Zone (gi thi t) S l NGHI M (TEST RECORD) ng lo i thi t b CB CB Nút n khói nhi t BC i n tr cu i Ki m tra i n áp ng n m ch, h m ch Ki m tra Ki m tra báo đ ng l i Zone Bu ng SM(H) 1 10 kOhm 24VDC OK OK OK Zone Bu ng SM(G) 1 10 kOhm 24VDC OK OK OK Zone Bu ng phó III 1 10 kOhm 24VDC OK OK OK Zone Bu ng SM(F) 1 10 kOhm 24VDC OK OK OK Zone LAV (CO) 2 10 kOhm 24VDC OK OK OK Zone Bu ng ng 10 kOhm 24VDC OK OK OK Zone Bu ng l/vi c P 2 10 kOhm 24VDC OK OK OK Zone Bu ng 1 10 kOhm 24VDC OK OK OK Zone Kho Máy tr 3 10 kOhm 24VDC OK OK OK Zone 10 Bu ng khách MT 2 10 kOhm 24VDC OK OK OK Zone 11 Bu ng ng MT 2 10 kOhm 24VDC OK OK OK Zone 12 LAV (CE) 1 10 kOhm 24VDC OK OK OK Zone 13 Bu ng 2/O 1 10 kOhm 24VDC OK OK OK Zone 14 Bu ng máy II 1 10 kOhm 24VDC OK OK OK Zone 15 Bu ng MPSC 3 10 kOhm 24VDC OK OK OK Zone 16 D phòng 1 10 kOhm 24VDC OK OK OK P máy III ng cháy đ ki m tra kh n ng n i t i nhi u v báo cháy c a b u n trung tâm Ngoài nhóm tác gi cịn th c hi n b n ghi trình th nghi m (Test Record) tr ng h p theo m t m u c a hãng SIGMA chuyên cung c p thi t b báo cháy nh B ng Trong c tr ng h p, kênh đ u đ c th nghi m v i lo i c m bi n nút n g m: Th đ u khói: AH-0311-2 (Horing lih); Th đ u nhi t: AHR871 (Horing lih); Th nút n: AH-0817 (Horing lih), thi t b đ c k t n i đ n kênh ng u nhiên theo yêu c u đ t Màn hình giám sát hi n th xác khu v c x y cháy nh Hình Gi ng nói thơng báo c ng ho t đ ng r t t t thơng báo xác v trí x y cháy Trong c ch đ th nghi m, b x lý đ u cho th i gian x lý r t nhanh, hồn tồn có th đáp ng t t m c thêm nhi u v báo cháy khác tùy vào nhu c u s d ng Hình 10 Th nghi m h th ng v i v báo cháy Hình Giao di n giám sát HMI Khi th nút n, đ u khói ho c đ u nhi t, h th ng đ u đ a báo đ ng b ng gi ng nói ánh sáng 52 K t lu n Bài báo trình bày vi c nghiên c u, thi t k m t h th ng báo cháy nhi u kênh cho tàu th y v i m c S 70 (04-2022) TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA H C - CÔNG NGH KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY đích thi t k m t h th ng s d ng thi t b , chu n truy n thông ph bi n, d dàng s a ch a, thay th x y h ng hóc v i giá thành th p K t qu th nghi m ban đ u cho th y h th ng ho t đ ng r t t t, đáp ng đ c yêu c u đ t s ti n đ đ ch t o m t s n ph m báo cháy th ng m i l p đ t cho tàu th y TÀI LI U THAM KH O [1] Hussam Elbehiery, Developed Intelligent Fire alarm system, Journal of American Science, October 2012 [2] Lei Zhang, Gaofeng Wang, Design and Implementation of Automatic Fire Alarm System based on Wireless Sensor Networks, Proceedings of the 2009 International Symposium on Information Processing, 2009 S 70 (04-2022) [3] PGS.TS inh Anh Tu n, PGS.TS Minh Quân, M ng truy n thông công nghi p, NXB Hàng h i, 2017 [4] oàn H u Khánh, L u V n Th y, Nguy n V n Hùng, Bùi Thành t, Nguy n Xuân Th nh, Ph m Minh Th o, Thi t k h th ng báo cháy xây d ng ng d ng giám sát, u n, T p chí Khoa h c Công ngh Hàng h i, S 55, tr.37-42, 2018 Ngày nh n bài: Ngày nh n b n s a: Ngày t đ ng: 17/02/2022 28/02/2022 14/03/2022 53 ... Phát l nh báo cháy vùng Zji =1 K t thúc Hình Thu t gi i u n c a v báo cháy th j V báo cháy đ c nhóm tác gi thi t k s d ng b u n vi u n ATmega32 nh công b chi ti t công trình [4] V báo cháy đ c... tâm Hi n th c t h th ng báo cháy tàu h u h t ch đ a báo đ ng b ng còi đèn s c x y mà khơng thơng báo đ c xác v trí cháy b ng loa Nhóm tác gi t o file gi ng nói thơng báo cho t ng v trí d ng *.mp3... nh c nh báo cháy t i khu v c c th , c nh báo đ t dây c m bi n, m t ngu n chính,… Hình C u trúc m t h th ng báo cháy đ n gi n Tín hi u c nh báo, báo đ ng th đèn, còi h th ng ch a cháy ng đ cg