BTL Môn Chuyên đề TĐh trong tòa nhà, Đại học Công nghiệp Hà NộiĐề tài 4: Tìm hiểu hệ thống báo cháy fire alarm và hệ thống bơm cứu hỏa trong nhàPHẦN THUYẾT MINH Giới thiệu chung Sơ đồ cấu tạo, sơ đồ mạch, nguyên lý hoạt động Các đầu vàora và đặc tính của các bộ điều khiển số trực tiếp. Các thiết bị và cơ cấu được sử dụng trong hệ thống Các phương thức kết nối, phân tầng kỹ thuật Thông số kỹ thuật, các chế độ làm việc. Đặc tính điều khiển, đặc tính cơ. Các tham số cài đặt Sơ đồ cấu trúc mạng hệ thống và Mô phỏng Lĩnh vực ứng dụng Hướng phát triển Kết luận
Trang 1KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA
-o0o -
BÀI TẬP LỚN MÔN CHUYÊN ĐỀ
TỰ ĐỘNG HÓA TRONG TÒA NHÀ
GVHD:
SVTH:
NGUYỄN SƠN TÙNG TRẦN VIỆT HOÀNG
VŨ VĂN ĐIỀU NGUYỄN XUÂN LONG PHẠM VĂN LỢI
HÀ NỘI 2015-2016
Trang 2ĐỀ TÀI 5: Tìm hiểu về hệ báo cháy Fire Alarm trong hệ thống PCCC và
phương thức định địa chỉ kết nối với BMS
1 Sơ đồ nguyên lý A3 1
PHẦN THUYẾT MINH
- Giới thiệu chung
- Sơ đồ cấu tạo, sơ đồ mạch, nguyên lý hoạt động
- Các đầu vào/ra và đặc tính của các bộ điều khiển số trực tiếp
- Các thiết bị và cơ cấu được sử dụng trong hệ thống
- Các phương thức kết nối, phân tầng kỹ thuật
- Thông số kỹ thuật, các chế độ làm việc
- Đặc tính điều khiển, đặc tính cơ
Trang 3Mục Lục
1 Giới thiệu chung về hệ thống báo cháy tự động 1
1.1 Khái niệm hệ thống báo cháy tự động 1
1.2 Các thành phần của hệ thống báo cháy tự động 1
1.2.1 Trung tâm báo cháy 1
1.2.2 Các thiết bị đầu vào 1
1.2.3 Các thiết bị đầu ra 1
1.3 Hệ thống BMS 1
2 Sơ đồ cấu tạo và Nguyên lý hoạt động của hệ thống báo cháy tự động 3
3 Phân loại hệ thống báo cháy tự động 5
3.1 Hệ thống báo cháy thông thường 5
3.2 Hệ thống báo cháy địa chỉ 6
4 Các thiết bị đầu ra/vào và cơ cấu sử dụng của chúng trong hệ thống 8
4.1 Trung tâm báo cháy 8
4.2 Các thiết bị đầu vào 9
4.3 Các thiết bị đầu ra 13
5 Các phương thức định địa chỉ kết nối với BMS 16
6 Các yêu cầu về thông số kỹ thuật trong hệ thống 20
7 Các chế độ làm việc của hệ thống báo cháy tự động 22
8 Lĩnh vực ứng dụng và hướng phát triển 23
9 Sơ đồ cấu trúc mạng hệ thống và mô phỏng 24
Kết luận 25
Trang 41 Giới thiệu chung về hệ thống báo cháy tự động
1.1 Khái niệm hệ thống báo cháy tự động
Hệ thống báo cháy tự động là hệ thống gồm tập hợp các thiết bị có nhiệm
vụ phát hiện và báo động khi có cháy xảy ra Việc phát hiện ra các tín hiệu cháy
có thể được thực hiện tự động bởi các thiết bị hoặc bởi con người và nhất thiết phải hoạt động liên tục trong 24/24 giờ kể cả khi mất điện thì hệ thống vẫn phải hoạt động dựa vào nguồn điện dự phòng
1.2 Các thành phần của hệ thống báo cháy tự động
Một hệ thống báo cháy tự động thì gồm có 3 thành phần chính như sau:
1.2.1 Trung tâm báo cháy
Được thiết kế dạng tủ ,bao gồm các thiết bị chính như: Bo mạch, biến thế, pin/ắc quy
1.2.2 Các thiết bị đầu vào
Thiết bị đầu vào trong hệ thống thì có loại tự động và có loại được tác động bởi con người
Đầu báo cháy : đầu báo khói, đầu báo nhiệt, đầu báo gas, đầu báo lửa
Công tắc khẩn
1.2.3 Các thiết bị đầu ra
Thiết bị đầu ra có trong hệ thống báo cháy tự động gồm: Chuông, còi, đèn báo động Bảng hiển thị phụ và bộ quay số điện thoại tự động
1.3 Hệ thống BMS
BMS (Building Management System) là một hệ thống đồng bộ cho phép điều khiển và quản lý mọi hệ thống kỹ thuật trong tòa nhà như hệ thống điện, hệ thống cung cấp nước sinh hoạt, điều hòa thông gió, cảnh báo môi trường, an ninh, báo cháy – chữa cháy, Đảm bảo việc vận hành các thiết bị trong tòa nhà
Trang 5được chính xác, kịp thời Với các yêu cầu như vậy hệ thống BMS có các tính năng chính như:
Quản lý tín hiệu cảnh báo
Giám sát & điều khiển toàn bộ toà nhà
Đặt lịch hoạt động cho thiết bị
Quản lý dữ liệu gồm soạn thảo chương trình, quản lý cơ sở dữ liệu, chương trình soạn thảo đồ hoạ, lưu trữ và sao lưu dữ liệu
Báo cáo, tổng hợp thông tin
Với nhiệm vụ như vậy, hệ thống BMS bao gồm:
Các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành: đặt tại các thiết bị trường như : AHU, FCU, Chillers, Pump, Fan, làm nhiệm vụ thu thập các thông
số : trạng thái hoạt động, nhiệt độ, áp suất, mức, lưu lượng, công suất, dòng, áp, Và thực thi các lệnh điều khiển : đóng/cắt, quay, xoay các cơ cấu cơ khí, điều khiển các biến tần,
Các bộ điều khiển số DDC: các bộ này có thể nằm tại nhiều phân lớp mạng khác nhau trong hệ thống: FLN : mạng tầng tòa nhà, BLN : mạng tổng tòa nhà Có thể giao tiếp qua các chuẩn TCP/IP, Bacnet/IP, Bacnet MS/TP, làm nhiệm vụ điều khiển cho các hệ thống ( các chương trình điều khiển nằm ở đây), thu thập và lưu trữ dữ liệu hoạt động
Hệ thống quản lý và thu thập dữ liệu: hệ thống máy chủ, phần mềm: làm nhiệm vụ thu thập dữ liệu từ các DDC lên hệ thống BMS Tạo ra giao diện đồ họa người sử dụng, tạo ra công cụ lập trình từ xa, tạo ra công cụ giám sát, thu thập và xử lý dữ liệu, các tính năng diều khiển nâng cao : PID số, tối ưu, bền vững, remote,
Trang 62 Sơ đồ cấu tạo và Nguyên lý hoạt động của hệ thống báo cháy tự động
Hình 1:Sơ đồ hệ thống báo cháy tự động
Quy trình hoạt động của hệ thống báo cháy tự động là một quy trình khép kín Khi có sự cố về cháy xảy ra lúc này sự biến đổi về ánh sáng, nhiệt độ, thành phần (gas trong không khí) sẽ được các bộ cảm biến đầu vào tự động tiếp nhận hoặc khi các bộ cảm biến này chưa kịp nhận biết nhưng có người phát hiện ra sự
cố và nhấn nút công tắc khẩn thì các tín hiệu này sẽ được đưa về Trung tâm báo cháy
Tại đây Trung tâm báo cháy sẽ xử lý các thông tin vừa tiếp nhận được, xác định vị trí nơi xảy ra sự cố ( thông qua các zone hoặc loop) và truyền thông tin đến các thiết bị đầu ra ( bảng hiển thị phụ, chuông, còi, đèn báo cháy) Các thiết bị sẽ phát ra âm thanh, ánh sáng để mọi người nhận biết khu vực đang xảy
ra sự cố và có các biện pháp xử lý kịp thời
Bình thường toàn bộ hệ thống ở chế độ trực, ở chế độ này trung tâm báo cháy luôn có tín hiệu kiểm tra sự làm việc đến các thiết bị trong hệ thống đồng thời các đầu báo cháy địa chỉ, modul… cũng có tín hiệu hồi đáp về trung tâm
Trang 7theo định kỳ (tuỳ đặt) Trung tâm sẽ in tình trạng của hệ thống và thông tin về các thiết bị cần bảo dưỡng Trong mạch luôn có dòng điện I0 chạy qua
Trong chế độ thường trực nếu trung tâm nhận được tín hiệu báo lỗi từ các thiết bị hoặc không nhận được tín hiệu hồi đáp từ các thiết bị thì trung tâm sẽ chuyển sang chế độ sự cố Mọi thông tin về sự cố sẽ được hiển thị trên màn hình tinh thể lỏng LCD Khi lỗi được khắc phục chế độ sự cố sẽ kết thúc và tự đưa hệ thống về chế độ thường trực bình thường
Khi cháy xảy ra ở các khu vực bảo vệ, các yếu tố môi trường sự cháy (nhiệt độ, khói, ánh sáng) thay đổi sẽ tác động lên các đầu báo cháy Khi các yếu tố này đạt tới ngưỡng làm việc thì các đầu báo cháy sẽ làm việc tạo ra tín hiệu truyền về trung tâm (gồm tín hiệu báo cháy và tín hiệu báo địa chỉ của thiết
bị báo cháy) Tại trung tâm báo cháy sẽ diễn ra các hoạt động xử lý tín hiệu truyền về theo chương trình đã cài đặt để đưa ra tín hiệu thông báo khu vực xảy
ra cháy qua loa trung tâm và màn hình tinh thể lỏng LCD Đồng thời các thiết bị ngoại vi tương ứng sẽ kích hoạt để phát tín hiệu báo động cháy và thực hiện các nhiệm vụ đã đề ra
Trong trường hợp trung tâm báo cháy có cài đặt thêm chức năng giám sát các thiết bị khác thì khi có sự có thay đổi về trạng thái của thiết bị (Ví dụ: bơm chữa cháy hoạt động, công tắc dòng chảy hoạt động…) thì hệ thống sẽ chuyển sang thông báo thiết bị cần giám sát thay đổi trạng thái Thông tin về sự thay đổi này sẽ hiển thị trên màn hình tinh thể lòng của trung tâm Chế độ này cũng sẽ tự kết thúc nếu các thiết bị cần giám sát trở về vị trí bình thường
Trang 83 Phân loại hệ thống báo cháy tự động
Hệ thống báo cháy sử dụng 2 loại điện thế khác nhau: 12V và 24V
Về mặt lý thuyết cả hai loại này đều có tính năng kỹ thuật như nhau Nhưng, so với hệ thống báo cháy 24V thì hệ thống báo cháy 12V không mang tính chuyên nghiệp, trung tâm của hệ báo cháy 12V chủ yếu dùng trong hệ thống báo trộm,ngoài ra hệ thống còn buộc phải có bàn phím lập trình.Trong khi
hệ thống báo cháy sử dụng nguồn 24V lại là một hệ thống báo cháy chuyên nghiệp, khả năng truyền tải tín hiệu đi xa hơn và còn không bắt buộc phải có bàn phím lập trình
Hệ thống báo cháy tự động được chia là 2 loại chính:
3.1 Hệ thống báo cháy thông thường
Hình 2:Sơ đồ mẫu hệ thống báo cháy thông thường
Với tính năng đơn giản, giá thành không cao, hệ thống báo cháy thông thường chỉ thích hợp lắp đặt tại các công trình có diện tích vừa và nhỏ, số lượng các phòng ban không nhiều Các thiết bị trong hệ thống được mắc nối tiếp với nhau nối với trung tâm báo cháy, nên khi xảy ra sự cố, trung tâm chỉ có thể nhận biết khái quát và hiển thị toàn bộ khu vực mà hệ thống giám sát chứ không nhận biết được sự cố xảy ra cụ thể ở vị trí nào Điều này làm hạn chế khả năng xử lý của nhân viên giám sát
Trang 9Hệ thống báo cháy thông thường trong nhiều hình thức khác nhau đã tồn tại trong một thời gian dài Mặc dù ít thay đỏi về căn bản trong thời đại kỹ thuật nhưng theo thời gian, dặc điểm thiết kế và độ tin cậy của nó đã được nâng cao rất nhiều
Chính hệ thống báo cháy thông thường là lựa chọn của các công trình nhỏ hoặc những nơi có ngân sách hạn hẹp
Trong hệ thống báo cháy thông thường, tính chất thông minh của hệ thống chỉ tập trung vào tủ điều khiển hệ thống báo cháy (control panel), nơi nhận những tín hiệu tạo ra bởi những đầu báo cháy hoặc công tắc khẩn và truyền tín hiệu đến các đầu ra để báo động
Những đầu báo cháy thông thường được kết nối với tủ điều khiển bằng những mạch dây, mỗi mạch dây bảo vệ cho mỗi khu vực khác nhau Và thường thì sẽ có nhiều mạch zone và 2 mạch chuông riêng biệt
3.2 Hệ thống báo cháy địa chỉ
Hình 3:Sơ đồ mẫu hệ thống báo cháy địa chỉ
Với tính năng kỹ thuật cao, hệ thống báo cháy địa chỉ dùng để lắp đặt tại các công trình mà mặt bằng sử dụng rộng lớn, chia ra làm nhiều khu vực độc lập, các phòng ban trong từng khu vực riêng biệt với nhau Từng thiết bị trong
hệ thống được mắc trực tiếp vào trung tâm báo cháy giúp trung tâm báo cháy
Trang 10nhận tín hiệu riêng biệt của từng khu vực,từng địa điểm một cách rõ ràng,chính xác Từ đó trung tâm có thể nhận biết thông tin sự cố một cách chi tiết và được hiển thị trên bảng hiển thị phụ giúp nhân viên giám sát có thể xử lý sự cố một cách nhanh chóng
Hệ thống báo cháy địa chỉ khác với hệ thống báo cháy thông thường ở phương pháp xử lý tín hiệu, có tốc độ nhận dạng linh hoạt hơn, thông minh hơn
và phạm vi kiểm soát lớn hơn
Nó kết hợp kỹ thuật vi tính và kỹ thuật truyền dữ liệu hiện đại để giám sát
và điều khiển hệ thống – xứng đáng là hệ thống thông minh, được chọn áp dụng
ở quy mô vừa hoặc lớn, hoặc cho những hiện trường phức tạp
Trong một hệ thống báo cháy địa chỉ, những đầu báo cháy nối kết với nhau, được chạy thành Loop chung quang hiện trường, mỗi đầu báo được gắn một địa chỉ riêng Hệ thống có thể có một hoặc nhiều Loop, tùy kích cỡ hệ thống và yêu cầu thiết kế
Tủ điều khiển liên lạc với từng đầu báo một cách độc lập và liên tục nhận báo cáo về trạng thái hoạt động của đàu báo: trạng thái bình thường và trạng thái báo động hoặc trạng thái lỗi kỹ thuật
Vì mỗi đầu báo có một địa chỉ độc lập, nên tủ điều khiển báo cháy có thể hiển thị chính xác vị trí của thiết bị khi có vấn đề, nhờ đó nhanh chóng xác định
Trang 114 Các thiết bị đầu ra/vào và cơ cấu sử dụng của chúng trong hệ thống 4.1 Trung tâm báo cháy
Hình 4: Tủ báo cháy địa chỉ ( trái ) và tủ báo cháy thường
Đây là thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống và quyết định chất lượng của hệ thống Là thiết bị cung cấp năng lượng cho các đầu báo cháy tự động Có khả năng nhận và xử lý các tín hiệu báo cháy từ đầu báo cháy hoặc các tín hiệu
sự cố kỹ thuật, hiện thị các thông tin về hệ thống và phát lệnh báo động, chỉ thị nơi xảy ra cháy Trong trường hợp cần thiết có thể truyền tín hiệu đến nơi nhận tin báo cháy Có khả năng tự kiểm tra hoạt động bình thường của hệ thống, chỉ thị sự cố của hệ thống như đứt dây, chập mạch
Tủ báo cháy nhận tín hiệu ngõ vào từ các thiết bị khởi báo ( đầu báo khói, đầu báo nhiệt, công tắc khẩn, ) và phát các tín hiệu tới các ngõ ra
Nhiều thiết bị khởi báo có thể nối chung vào 1 mạch dây Mỗi mạch dây chạy về tủ báo cháy gọi là một zone
Đối với báo cháy địa chỉ hàng trăm thiết bị khởi báo có thể nối chung 1 mạch dây và chạy về tủ trung tâm tạo thành 1 loop Tủ báo cháy trung tâm có thể kết nối với nhiều tủ trung tâm khác
Trang 124.2 Các thiết bị đầu vào
A Đầu báo
a) Đầu báo khói: (smoke detector )
Là thiết bị giám sát trực tiếp, phát hiện ra dấu hiệu của khói để chuyển các tín hiệu về trung tâm xử lý Thời gian các đầu báo khói nhận và truyền thông tin đến trung tâm báo cháy không quá 30s Mật độ môi trường từ 15% đến 20% Nếu nồng độ của khói trong môi trường tại khu vực vượt quá ngưỡng cho phép ( 10% đến 20% ) thì thiết bị sẽ phát tín hiệu báo động về trung tâm để
xử lý
Đối với mỗi đầu báo khói địa chỉ xác lập một địa chỉ riêng, nhờ đó khi có
sự cố xảy ra nó sẽ báo cho trung tâm báo cháy biết chính xác vị trí của nó được lắp đặt trong hệ thống Ví dụ như đầu báo khói được lắp đặt tại phòng số 99 thì khi phòng 99 có sự cố và đầu báo khói tiếp nhận được sự cố thì trung tâm sẽ biết được tại phòng 99 đang có sự cố và sẽ đưa các thông báo để xử lý kịp thời
và chính xác
Các đầu báo khói thường được lắp đặt tại các phòng làm việc, hội trường, các kho quỹ, các khu vực có không gian kín và các chất gây cháy dễ tạo khói trước
Đầu báo khói được chia làm 2 loại:
Đầu báo khói dạng điểm: được lắp đặt tại các khu vực mà phạm vi giám sát nhỏ, trần nhà thấp( văn phòng, chung cư , )
Đầu báo khói Ion: thiết bị tạo ra dòng ion dương và ion âm chuyển
động, khi có khói, khói sẽ làm cản trở chuyển động của các ion dương
và ion âm, từ đó thiết bị sẽ gửi các tín hiệu báo cháy tới trung tâm xử
lý
Đầu báo khói quang điện: đầu báo cháy khói nhạy cảm với các sản
phẩm được sinh ra khi có cháy có khả năng tác động đến các dòng ion hóa bên trong đầu báo cháy
Trang 13 Đầu báo khói dạng tia chiều:
Gồm một cặp thiết bị được lắp ở hai đầu của khu vực cần giám sát Thiết bị phát chiếu một chùm tia hồng ngoại, qua khu vực thuộc phạm vi giám sát rồi tới một thiết bị nhận có chứa một tế bào cảm quang có nhiệm vụ theo dõi
sự cân bằng tín hiệu của chùm tia sáng Đầu báo này hoạt động trên nguyên lý làm mờ ánh sáng đối nghịch với nguyên lý tán xạ ánh sáng
Đầu báo khói loại tia chiếu có tầm hoạt động rất rộng ( 15m x 100m), sử dụng thích hợp tại những khu vực mà các loại đầu báo khói quang điện tỏ ra không thích hợp, chẳng hạn như tại những nơi mà đám khói có màu đen
Hơn nữa đầu báo loại tia chiếu có thể đương đầu với tình trạng khắc nghiệt về nhiệt độ , bụi bặm, độ ẩm quá mức, nhiều tạp chất Do đầu báo dạng tia chiêu có thể đặt đằng sau cửa sổ có kiếng trong, nên rất dễ lau chùi và bảo quản
Đầu báo dạng tia chiếu thường được lắp đặt trong khu vực có phạm
vi giám sat lớn, trần nhà quá cao không thể lắp các đầu báo điểm
Trong thực tế thì người ta dùng chủ yếu là đầu báo khói quang điện và đầu báo khói tia chiếu
Hình 5: Đầu báo khói quang điện (trái) , dạng ion(giữa) và dạng tia chiếu
Trang 14b) Đầu báo nhiệt ( heat detector )
Đầu báo nhiệt là loại dùng để dò nhiệt độ của môi trường trong phạm vi bảo vệ, khi nhiệt độ của môi trường không thỏa mãn những quy định của các đầu báo nhiệt do nhà sản xuất quy định, thì nó sẽ phát tín hiệu báo động gửi về trung tâm xử lý
Các đầu báo nhiệt được lắp đặt ở những nơi không thể lắp được đầu báo khói ( nơi chứa các thiết bị máy móc, garege, các buông điện động lực, nhà máy )
Đặt trên trần nhà, tại những nơi mà tiên liệu rằng hơi nóng xuất hiện trong bầu không khí chung quang như là dấu hiệu đầu tiên khi có cháy xảy ra
Nhiệt phát ra từ nguồn cháy, kích hoạt bộ phận cảm biến của đầu báo và kích hoạt tín hiệu báo động, truyền về tủ báo cháy
Có hai loại đầu báo nhiệt:
Đầu báo nhiệt cố định: Kích hoạt tín hiệu báo động khi nhiệt độ chung
quanh nó tăng lên tới một ngưỡng đã xác định trước, thí dụ như 68 độC hay 108 độ C chẳng hạn
Đầu báo nhiệt gia tăng: Là loại đàu báo bị kích hoạt và phát tín hiệu báo
động khi cảm ứng hiện tượng bầu không khí chung quang đầu báo gia tăng nhiệt đột ngột khoảng 9 độ/phút
Hình 6: Đầu báo nhiệt cố định (trái) và đầu báo nhiệt gia tăng