Nghiên cứu ứng dụng plc thiết kế chế tạo trung tâm báo cháy tự động

Đặc biệt trong môi trường khí hậu Việt Nam cần được quan tâm đúng mức, hơn nữa để đảm bảo tính mềm dẻo, đa dạng hóa trong báo cháy cho các khu vực và số lượng đầu báo khác nhau cần thiết

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

ĐINH TUẤN ANH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC – THIẾT KẾ CHẾ TẠO

TRUNG TÂM BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2010

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

ĐINH TUẤN ANH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC – THIẾT KẾ CHẾ TẠO TRUNG

TÂM BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn cao học này là công trình nghiên cứu của riêng

cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của Tiến sỹ Nguyễn Chí Tình Các số liệu và tài

liệu nêu ra trong luận văn là trung thực, đảm bảo tính khách quan, khoa học Các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng Các luận điểm và kết quả nghiên cứu chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Đinh Tuấn Anh

LỜI CẢM ƠN

Với tình cảm chân thành, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban Giám hiệu, Phòng Đại học và sau Đại học, các thầy cô trong Khoa Điện, Bộ môn Tự động hóa Trường Đại học Mỏ Địa chất đã trực tiếp giảng dạy, hướng dẫn tác giả trong quá trình học tập và nghiên cứu

Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Trung tâm đo lường, Phòng thí nghiệm – Đại học Phòng cháy chữa cháy Hà Nội, Cục Cảnh sát Phòng cháy Chữa cháy đã tạo điều kiện, cung cấp thông tin để tôi hoàn thành luận văn này

Đặc biệt tác giả xin bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc đến Tiến sỹ

này

Trong quá trình học tập và nghiên cứu, mặc dù bản thân đã có nhiều cố gắng, song không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong các thầy cô và các bạn đồng nghiệp chỉ dẫn và góp ý

Tác giả xin chân thành cám ơn!

Hà Nội, ngày 12 tháng 08 năm 2010

Tác giả luận văn

Đinh Tuấn Anh

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC BẢNG BIỂU 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6

MỞ ĐẦU 7

1 Tính cấp thiết của luận văn 7

2 Mục đích nghiên cứu của luận văn 7

3 Đối tượng nghiên cứu 7

4 Các phương pháp nghiên cứu 8

5 Những đóng góp của luận văn 8

Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ HỎA HOẠN 9

1.1 Tình hình hỏa hoạn các công trình trên thế giới 9

1.2.Tình hình hỏa hoạn các công trình ở Việt Nam 10

1.3 Nguyên nhân gây ra hỏa hoạn và đặc điểm công trình thiết kế 11

1.4 Những vấn đề tồn tại .12

1.5 Xu hướng phát triển của các hệ thống báo cháy tự động 12

Chương 2 : HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG VÀ CÁC THIẾT BỊ ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG 14

2.1 Tổng quan hệ thống báo cháy tự động .14

2.1.1 Khái ni ệm 14

2.1.2 S ơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động các hệ thống báo cháy tự động 14

2.1.3 Nhi ệm vụ từng bộ phận của hệ thống 15

2.1.4 Nguyên lý ho ạt động của hệ thống báo cháy tự động 16

2.2 Các yêu cầu đối với hệ thống báo cháy tự động 17

2.3 Các hệ thống báo cháy tự động đang sử dụng 17

2.4 Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý làm việc của trung tâm báo cháy tư động .17

2.5 Các loại đầu báo cháy 21

2.5.1 Đầu báo cháy nhiệt (Heat detector) 21

2.5.2 Đầu báo cháy khói (Smoke detector) 25

2.5.3 Đầu báo cháy lửa (Flame detector) 30

2.5.4 Đầu báo cháy hỗn hợp (Combine detector) 32

2.6 Hộp nút ấn báo cháy 33

2.7 Đấu nối thiết bị 34

Chương 3 : ỨNG DỤNG PLC VÀ VI ĐIỀU KHIỂN ĐỂ XÂY DỰNG TRUNG TÂM BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG 35

3.1 Ưu điểm của việc sử dụng PLC trong các hệ thống tự động 35

3.1.1 Nh ững ứng dụng thành công của PLC ở Việt Nam 35

3.1.2 Ưu điểm của việc sử dụng PLC trong lĩnh vực phòng cháy chữa cháy 36

3.2 Các thông số kỹ thuật của đầu báo cháy và các trung tâm báo cháy 36

3.2.1 Gi ới thiệu thông số các thiết bị theo lý thuyết 36

3.2.1.1 Gi ới thiệu thông số của một số đầu báo cháy 36

3.2.1.2 Gi ới thiệu thông số của trung tâm báo cháy 38

3.2.2 Xác định thông số bằng thí nghiệm 40

3.2.2.1 Thí nghi ệm xác định dòng điện lúc bình thường và khi tác động của các đầu báo cháy 40

3.2.2.2 Thí nghi ệm xác định thông số tủ trung tâm báo cháy 41

3.2.3 L ựa chọn thông số kỹ thuật để thiết kế trung tâm báo cháy 42

3.3 Thiết kế trung tâm báo cháy tự động .42

3.3.1 Thi ết kế phần cứng 42

3.3.1.1 S ơ đồ công nghệ trung tâm báo cháy tự động 42

3.3.1.2 L ựa chọn PLC 44

3.3.1.3 Thi ết kế mạch cấp nguồn cho trung tâm 45

3.3.1.4 Thi ết kế mạch ghép nối, kiểm tra và theo dõi tình trạng mạch điện 46

3.3.1.5 Thi ết kế mạch đệm đầu ra 51

3.3.1.6 Thi ết kế mạch báo động 52

3.3.1.7 Thi ết kế hộp điều khiển và theo dõi trung tâm 54

3.3.1.8 Ứng dụng vi điều khiển thiết kế đèn chỉ dẫn thoát hiểm cho trung tâm báo cháy t ự động 57

3.3.2 Gi ới thiệu phần cứng của trung tâm báo cháy tự động đã hoàn thiện 63

3.3.3 Ứng dụng PLC xây dựng hệ thống giám sát điều khiển hệ thống báo cháy tự động 8 kênh 63

3.3.3.1 Các ch ức năng của chương trình 63

3.3.3.2 L ưu đồ thuật toán chương trình điều khiển 65

3.3.4 Thi ết kế chương trình giám sát và điều khiển bằng phần mềm Protool 68

3.3.5 Quy trình v ận hành 70

3.3.6 V ận hành thử 76

Chương 4 : ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG (TA – 8K) 78

4.1 Đánh giá chất lượng sản phẩm 78

4.1.1 Ph ương pháp đánh giá 78

4.1.2 Các ch ỉ tiêu kỹ thuật 78

4.1.2.1 Các tính n ăng kỹ thuật cơ bản 79

4.1.2.2 Độ tin cậy của thiết bị 80

4.1.3 Ch ỉ tiêu kinh tế 81

KẾT LUẬN CHUNG ……… ……… 82

1 Nh ững kết quả đạt được 82

2 H ướng phát triển của đề tài 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

PHỤ LỤC 1: Mã nguồn chương trình điều khiển S7 - 200 85

PHỤ LỤC 2 : Phần mềm hiển thị đèn LED 93

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật của đầu báo cháy nhiệt 25

Bảng 2.2: Các thông số kỹ thuật của đầu báo khói 29

Bảng 2.3: Các thông số kỹ thuật của đầu báo cháy lửa 32

Bảng 3.1: Đặc tính kỹ thuật của tủ trung tâm báo cháy Nittan Model 2 PDO-5L 38

Bảng 3.2: Đặc tính kỹ thuật của tủ trung tâm báo cháy Nohmi ModelFAP128N 39

Bảng 3.3: Đặc tính kỹ thuật của tủ trung tâm báo cháy Nohmi Model FAP129N 39

Bảng 3.4: Các kết quả thí nghiệm của đầu báo nhiệt cố định DFJ – 60E 40

Bảng 3.5: Các kết quả thí nghiệm của đầu báo khói FDK229 40

Bảng 3.6: Các thông số kỹ thuật của trung tâm báo cháy tự động 42

Bảng 3.7: Bảng tín hiệu đầu vào, đầu ra PLC .42

Bảng 3.8 Các chỉ tiêu kỹ thuật của trung tâm báo cháy tự động 8 kênh (TA - 8K) 79

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống báo cháy 15

Hình 2.2 Sơ đồ khối trung tâm báo cháy 18

Hình 2.3 Đầu báo cháy nhiệt (Heat detector) 21

Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo đầu báo cháy nhiệt 22

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý điện của thiết bị cảm biến nhiệt 24

Hình 2.6 Đầu báo cháy khói (Smoke detector) 26

Hình 2.7 Sơ đồ cấu tạo đầu báo cháy khói 27

Hình 2.8 Sơ đồ thiết bị cảm nhận khói 27

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý điện của thiết bị cảm biến khói 28

Hình 2.10 Đầu báo cháy lửa (Flame detector) 30

Hình 2.11 Sơ đồ cấu tạo của đầu báo cháy lửa 31

Hình 2.12 Đầu báo cháy hỗn hợp (Combine detector) 33

Hình 2.13 Sơ đồ đầu nối thiết bị 34

Hình 3.1 Các sơ đồ thí nghiệm xác định các thông số của trung tâm báo cháy tự động .41

Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ trung tâm báo cháy tự động 43

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch tự động chuyển nguồn 45

Hình 3.4: Sơ đồ đấu nối đơn giản đầu báo cháy với PLC 48

Hình 3.5: Sơ đồ mạch nối và mạch kiểm tra tình trạng đứt mạch 50

Hình 3.6: Mạch tạo nguồn 12VDC 51

Hình 3.7: Mạch nguyên lý bộ đệm đầu ra 52

Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý mạch dao động phát âm thanh 53

Hình 3.9: Sơ đồ nối chuông báo động với bộ đệm đầu ra 54

Hình 3.10: Sơ đồ nối các nút bấm ở hộp điều khiển trung tâm với PLC 55

Hình 3.11: Mạch theo dõi tình trạng mạch điện trên hộp giám sát trung tâm 56

Hình 3.12: Sơ đồ mạch điện theo dõi tình trạng báo động trong hộp báo theo dõi trung tâm 57

Hình 3.13 : Sơ đồ nguyên lý hiển thị đèn LED 60

Hình 3.14 Sơ đồ mạch in của đèn chỉ dẫn 61

Hình 3.15 : Các trạng thái của đèn chỉ dẫn 62

Hình 3.16: Lưu đồ chương trình chính 65

Hình 3.17: Lưu đồ chương trình kiểm tra độ tin cậy 66

Hình 3.18: Lưu đồ chương trình phát tín hiệu báo động 67

Hình 3.19: Bảng định nghĩa các Tags truyền thông 68

Hình 3.20: Màn hình giao diện chính 68

Hình 3.21: Màn hình giao diện cài đặt chức năng kiểm tra độ tin cậy 69

Hình 4.1 Trung tâm báo cháy tự động TA – 8K 78

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận văn

Hiện nay ở trong nước việc sử dụng các trang thiết bị báo cháy tự động hầu hết phải nhập ngoại Trong một số công trình hiện đại chúng ta phải thuê chuyên gia nước ngoài giúp đỡ về mặt kỹ thuật

Để tiến tới làm chủ công nghệ trong lĩnh vực báo cháy tự động, tác giả mạnh dạn nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu ứng dụng PLC – Thiết kế chế tạo trung tâm báo cháy tự động”

2 Mục đích nghiên cứu của luận văn

Bộ điều khiển khả trình trong tiếng Anh là Programmable Logic Controler (viết tắt là PLC) hiện nay gọi là Programmable Controler (bỏ từ Logic nhưng vẫn được ký hiệu là PLC) Đó là một thiết bị rất phổ biến trong lĩnh vực công nghệ tự động hóa nói chung, nó cũng từng được áp dụng trong cá hệ thống phòng chống cháy nổ (Fire and Gas System)

Do điều kiện nghiên cứu hạn chế nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu ứng dụng của bộ điều khiển khả trình để chế tạo một trung tâm báo cháy tự động theo vùng với nhiều tính năng đặc biệt Sản phẩm của đề tài bao gồm cả phần cứng và phần mềm Trong đó phần cứng sử dụng bộ CPU224 thuộc họ Simatic S7-200 của hãng Siemens cùng với một số bộ phận khác tự thiết kế chế tạo, phần mềm tự thiết kê

3 Đối tượng nghiên cứu

Các hệ thống báo cháy trung tâm cần thiết phải đảm bảo độ tin cậy, chính xác

và ổn định Đặc biệt trong môi trường khí hậu Việt Nam cần được quan tâm đúng mức, hơn nữa để đảm bảo tính mềm dẻo, đa dạng hóa trong báo cháy cho các khu vực

và số lượng đầu báo khác nhau cần thiết phải sử dụng thiết bị điều khiển khả trình có khả năng kết nối mạng bảo vệ trong hệ thống điều khiển chữa cháy Đề tài có ý nghĩa khoa học và có tính thực tiễn cao

- Để tiết kiệm điện năng làm cho hệ thống có tính mềm dẻo và linh hoạt

- Để tự động hóa giám sát, cảnh báo, phòng chống cháy nổ

- Dùng phần mềm S7 – 200 tích hợp với các hệ thống phòng chống cháy nổ

4 Các phương pháp nghiên cứu

Tìm hiểu sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các trung tâm báo cháy tự động

Các yêu cầu, tiêu chuẩn của Việt Nam (TCVN) về trung tâm báo cháy tự động

Bộ điều khiển khả trình là một thiết bị rất phổ biến trong lĩnh vực công nghệ tự động hóa nói chung, nó cũng từng được áp dụng trong cá hệ thống phòng chống cháy

nổ (Fire and Gas System) Dùng phần mềm S7 -200 tích hợp với các hệ thống giám sát phòng chống cháy nổ

5 Những đóng góp của luận văn

Nghiên cứu, phân tích, cấu tạo nguyên lý hoạt động của các trung tâm báo cháy

tự động

Ứng dụng PLC để xây dựng trung tâm báo cháy tự động Cấu hình cứng của các PLC ta thấy nó có các đầu vào digital và analog cho phép kết nối với các loại sensor, các đầu báo cháy Các loại đầu báo cháy có tín hiệu ngưỡng (ON/OFF) có thể kết nối với các đầu vào digital, còn các loại sensor truyền tín hiệu liên tục có thể kết nối với các đầu vào analog Các dữ liệu từ các sensor, đầu báo cháy được truyền về CPU của PLC và được xử lý bởi chương trình do ta lập Sau khi xử lý các dữ liệu, PLC sẽ nhận biết được các sự cố và phát tín hiệu qua các đầu ra (output) tới các thiết

bị chấp hành (chuông, còi, các loại van điện, bơm nước …) Chế tạo mô hình trung tâm báo cháy tự động (8 kênh)

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỎA HOẠN 1.1 Tình hình hỏa hoạn các công trình trên thế giới

Hỏa hoạn được coi là một trong những thảm họa lớn nhất đối với con người Trong lịch sử đã từng xảy ra rất nhiều vụ cháy lớn, gây thiệt hại nặng cả về người và của Đặc biệt ngày nay, cùng với sự phát triển của kinh tế xã hội, nguy cơ cháy nổ xảy

ra ngày một tăng và mức độ thiệt hại ngày một lớn Do vậy việc phòng cháy chữa cháy (PCCC) đặc biệt là việc thiết kế những hệ thống giám sát PCCC để giảm thiệt hại cháy

nổ và nhanh chóng có biện pháp chữa cháy kịp thời là trách nhiệm của các nhà thiết kế xây dựng

Khi tốc độ đô thị hóa diễn ra nhanh, việc xây dựng các tòa nhà cao ốc để ở là một tất yếu Và cùng với các tòa nhà được xây dựng thì tiềm ẩn trong đó là các vụ cháy có thể xảy ra bất cứ lúc nào nếu không có sự cảnh giác và đề phòng của con người

Trên thế giới các khu đô thị sầm uất đã từng xảy ra nhiều vụ cháy nổ Đa phần nguyên nhân cháy nổ do con người gây ra Trong đó có nhiều vụ cháy nổ do ném bom, khủng bố dẫn đến cháy nổ Chúng ta có thể kể ra đây một số vụ cháy tiêu biểu trong thời gian gần đây

Tháng 5 – 2004 tại phía đông thủ đô Moscow (Nga), một đám cháy đã phát ra tại tầng 6 của một tòa nhà chín tầng làm bảy người chết, năm người bị thương, phá hủy hai căn hộ Cơ quan điều tra cho rằng đó là bất cẩn của con người gây ra Nhân viên cứu hỏa đã dùng thang sơ tán các cư dân trong tòa nhà từ tầng 6 sang các tầng lận cận

để thoát ra ngoài Mặc dù vậy, nhiều người đã hoảng loạn từ trèo ra ngoài bằng cửa sổ Lực lượng cứu hộ đã tìm thấy ba thi thể trên đường phố trong khi bốn người khác tử vong trong căn hộ do ngộ độc khí độc phát ra từ đám cháy

Ngày 20-10-2004 đã xảy ra cháy lớn tại một trong những tòa nhà cao nhất ở Venezuela Tòa nhà cao 56 tầng, cao 221 mét tại thủ đô Caracas nằm trong khu phức hợp trung tầm Parque Vụ cháy xảy ra vào thứ bảy từ tầng 34 Đến trưa chủ nhật ngọn lửa đã hoành hành hơn 17 giờ và lan sang hơn 26 tầng, chạm đến mái tòa nhà, 100 nhân viên cứu hỏa và các máy bay lên thẳng quân sự đã được huy động để dập tắt lửa,

40 nhân viên cứu hỏa bị thương vì hít khí độc

Đêm 12-2-2005, một số tầng trên cùng của Windsor, một trong những tòa nhà cao nhất thủ đô Tây Ban Nha, đã bốc cháy Sau gần 24 giờ cứu hộ, đội ngũ lính cứu

hỏa tại đây mới có thể kiểm soát được vụ hỏa hoạn Sau vụ cháy, tòa nhà 32 tầng là một cột đen bị cháy nham nhở

Gần đây nhất là đám cháy tại tòa nhà Golden Plaza Tower cao 25 tầng ở Đài Loan bốc cháy Ngọn lửa bùng lên lúc 4 giờ chiều từ một sàn nhảy trên tầng 18 và nhanh chóng lan rộng ra làm 4 người thiệt mạng

1.2 Tình hình hỏa hoạn các công trình ở Việt Nam

Ở nước ta, trong mấy năm trở lại đây, tốc độ đô thị hóa diễn ra rất nhanh, nhất

là ở hai thành phố lớn là Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh Nhiều cao ốc hiện đại được xây dựng và cũng đã xảy ra một số vụ cháy gây thiệt hại nặng nề về người và của

Thành phố Hồ Chí Minh là một trong những thành phố ở Việt Nam xảy ra nhiều vụ cháy nhất Theo thống kê của UBND Thành phố Hồ Chí Minh thì từ ngày 21/12/2003 đến ngày 20/11/2004 tình hình cháy vẫn tiếp tục gia tăng về số vụ và thiệt hại: 322 vụ, làm chết 11 người, làm bị thương 44 người gây thiệt hại khoảng 76 tỷ đồng

ở Thành phố Hà Nội, theo cảnh sát PCCC, 9 tháng đầu năm 2004 xảy ra 149 vụ cháy, làm chết 1 người và 13 người bị thương Thiệt hại tài sản ước tính trên 7 tỷ đồng, trong đó 3 vụ cháy lớn chiếm trên 70% tổng thiệt hại

Người dân Việt Nam đặc biệt là người dân ở thành phố Hồ Chí Minh không thể quên được vụ cháy tòa nhà Trung tâm thương mại Quốc tế (ITC) Vào lúc 13h30’ ngày 29/10/2002, một ngọn lửa bùng phát từ vũ trường Blue sau đó lan rộng và bốc lên dữ dội Có ít nhất 62 người thiệt mạng, hàng trăm người bị kẹt trong tòa nhà Đây là vụ cháy lớn nhất từ trước tới nay ở thành phố Hồ Chí Minh

Sau vụ hỏa hoạn ở Trung tâm thương mại ITC là vụ cháy ở chung cư cao tầng công trường An Đông ngọn lửa đã bùng lên và nhanh chóng lan sang các căn hộ khác bùng cháy lên dữ dội Một đám khói đen kèm theo lửa ngùn ngụt bốc lên cao, bao trùm cả một khu vực rộng lớn khiến hàng trăm người dân ở chung cư tháo chạy hỗn loạn

Gần đây nhất là vụ cháy Trung tâm thương mại Diamon Plaza, tại tầng 13 bỗng phát hỏa, khói bốc lên nghi ngút khiến những người ở tầng 13 hốt hoảng đập vỡ 2 ô cửa kinh cho khói thoát ra Tuy chỉ là vụ cháy nhỏ nhưng đã gây tâm lý hoảng hốt với người dân làm việc tại đây

Qua một số vụ cháy, nguyên nhân cháy chủ yếu là do sự bất cẩn của con người khi sử dụng điện hoặc ga, khi đám cháy xảy ra tốc độ cháy lan nhanh không thể ứng cứu kịp thời

Ở các đô thị Hà Nội cũng như thành phố Hồ Chí Minh là một khối xen kẽ giữa những kiến trúc cũ và mới Rất nhiều công trình cũ được cải tạo lại để sử dụng không tính đến công tác PCCC Nhiều công trình mọc lên cũng không có quy hoạch cho PCCC Do vậy, mỗi khi có cháy xảy ra, việc đưa xe cứu hỏa vào các khu chung cư gặp rất nhiều khó khăn Hơn nữa hệ thống máy bơm nước cứu hỏa tại chỗ không có hoặc không sử dụng được làm cho việc chữa cháy rất chậm, dẫn đến hậu quả thiệt hại

Ở các tòa nhà với thiết kế kín, khi xảy ra hỏa hoạn lực lượng chữa cháy và cứu

hộ sẽ không có tiếp cận từ bên ngoài còn những người làm trong tòa nhà có thể chết ngạt vì khói Vụ cháy ở Trung tâm thương mại quốc tế ITC là một ví dụ điển hình

1.3 Nguyên nhân gây ra hỏa hoạn và đặc điểm công trình thiết kế

Qua một số vụ cháy, nguyên nhân cháy chủ yếu là do sự bất cẩn của con người trong khi sử dụng điện hoặc ga Trong đó nguyên nhân cháy do điện chiếm 70% nguyên nhân do các tác nhân khác Trong quá trình sử dụng điện, người dân đã không chú ý đến việc sử dụng điện an toàn như thường câu mắc điện, bố trí hệ thống dây điện bừa bãi dẫn đến chập cháy điện Tình hình này ở Việt Nam là khá phổ biến Thực tế cho thấy ở nhiều khu dân cư hệ thống dây điện mắc lộn xộn khi mưa bão các bảng điện, dây điện chập cháy nổ gây ra hỏa hoạn là điều tất yếu

Bên cạnh nguyên nhân do dùng điện thì cháy nổ do ga hậu quả thiệt hại cũng rất lớn Ở đây vai trò của nhà quản lý chất lượng cũng có ý nghĩa quan trọng Việc kiểm nghiệm chất lượng ga, bình ga v.v Trước khi đi vào sử dụng sẽ hạn chế được những tai nạn đáng tiếc Bởi cháy nổ do ga thường xuất phát từ các yếu tố trên

Do đó để hạn chế đến mức thấp nhất các vụ cháy nổ luôn được các cấp các ngành và người dân đặc biệt quan tâm Để làm được điều đó, người dân phải đề cao cảnh giác với hỏa hoạn Còn các nhà hoạch định xây dựng phải có những phương án tối ưu cho công tác PCCC, từ khâu xác định vị trí xây dựng tòa nhà, đến thiết kế trang thiết bị báo cháy tự động PCCC; hệ thống thông gió, cũng như cấu tạo các cửa sổ phải thực sự được phát huy khi có hỏa hoạn hệ thống bơm nước tại chỗ

Một trong những giải pháp được các nhà thiết kế hiện nay rất chú ý cho công tác PCCC đó là hệ thống giám sát PCCC Với hệ thống giám sát này, gồm các đầu dò nhiệt, đầu dò khói, đầu dò lửa đặt ở vị trí khác nhau trong tòa nhà Các đầu này được nối với nhau qua một trung tâm báo cháy có người điều khiển và giám sát Chúng ta có thể hạn chế đến mức thấp nhất thiệt hại do cháy nổ gây ra Bởi hệ thống này sẽ nhanh

chóng phát hiện ra những tiềm ẩn cháy nổ ngay từ ban đầu như khói hay nhiệt độ nóng Ngay khi phát hiện ra những dấu hiệu của sự cháy hệ thống này sẽ báo cháy kịp thời hạn chế thiệt hại về người và của Cho nên hệ thống báo cháy tự động ở các chung

cư là rất quan trọng

1.4 Những vấn đề tồn tại

Như trên đã trình bày hiện nay trên thị trường phổ biến rất nhiều chung loại trang thiết bị báo cháy tự động nhưng vẫn còn nhiều vấn đề thách thức đặt ra Phổ biến nhất hiện nay vẫn là các hệ thống báo cháy theo vùng Các hệ thống này có giá thành

rẻ, đơn giản, dễ sử dụng nhưng còn nhiều hạn chế như: chỉ phát hiện cháy theo từng vùng (kênh), cách thức báo động đơn giản, ít có khả năng ghép nối với các thiết bị ngoại vi khác, không có khả năng lưu giữ lại những thông tin cần thiết liên quan đến đám cháy Những hệ thống kiểu này ngày càng trở nên lạc hậu và không đáp ứng đủ yêu cầu ngày càng cao của thị trường

Các hệ thống báo cháy theo địa chỉ và các hệ thống báo cháy thông minh có rất nhiều tính năng hiện đại nhưng giá thành lại quá cao Bên cạnh đó do tính phức tạp của phần cứng và phần mềm nên đội ngũ cán bộ kỹ thuật của ta về lĩnh vực này chưa thể làm chủ được công nghệ Phần lớn các hệ thống báo cháy hiện đại chúng ta đều phải thuê chuyên gia nước ngoài từ khâu thiết kế, thi công cho đến khâu bảo trì, bảo dưỡng

Các trung tâm báo cháy tự động hiện nay hầu hết đều được nhập từ nước ngoài

và được chế tạo theo một số khuôn mẫu đã định, ít có khả năng thay đổi cũng như phát triển mở rộng khi cần thiết

1.5 Xu hướng phát triển của các hệ thống báo cháy tự động

Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, hiên nay trên thế giới người

ta đang nghiên cứu và cho ra đời các hệ thống báo cháy tự động hiện đại với nhiều chức năng khác nhau Hầu hết các hệ thống báo cháy thế hệ mới đều dựa trên kỹ thuật

vi xử lý cùng với kỹ thuật lập trình Ngoài việc thực hiện chức năng phát tín hiệu báo cháy, một trung tâm báo cháy thế hệ mới còn phải có khả năng điều khiển trực tiếp các thiết bị ngoại vi như:

- Điều khiển trực tiếp hệ thống chữa cháy bằng nước hoặc khí

- Đóng cửa ngăn cháy

- Điều khiển thang máy tự động – Tự động tắt hệ thống điều hòa

- Bật quạt hút khói và quạt tạo áp suất dương

- Tự động mở cửa thoát hiểm

- Điều khiển hệ thống truyền thanh

- Điều khiển hệ thống đèn chỉ dẫn thoát hiểm

- Kết nối mạng thông tin báo cháy trong một khu vực

Trong cơ sở sản xuất nguy hiểm về cháy nổ, trung tâm báo cháy còn phải có chức năng điều khiển liên động với dây chuyền sản xuất để ngăn ngừa các nguy cơ xảy

ra cháy Chẳng hạn như hệ thống phòng chống cháy nổ trong công nghiệp dầu khí (Fire and Gas System)

Hệ thống báo cháy tự động là hệ thống bao gồm các thiết bị tự động phát hiện

và thông báo vị trí hoặc địa điểm cháy

Do sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, lĩnh vực phòng cháy chữa cháy đã ứng dụng và kế thừa các thành tựu khoa học kỹ thuật hiện tại để thiết kế các

hệ thống báo cháy tự động

Có rất nhiều hệ thống báo cháy tự động với nhiều tính năng và tác dụng khác nhau nhưng nhìn chung đều có nhiệm vụ là nhanh chóng xác định được chính xác khu vực cháy và phát ra tín hiệu báo động chỉ thị tương ứng để điều khiển các thiết bị ngoại vi khác khi có cháy xảy ra

2.1.2 S ơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động các hệ thống báo cháy tự động

- Hệ thống báo cháy tự động bao gồm các bộ phận cơ bản:

+ Trung tâm báo cháy + Đầu báo cháy tự động + Hộp nút ấn báo cháy + Các bộ phận liên kết + Nguồn điện

Tùy theo từng yêu cầu hệ thống báo cháy còn có các bộ phận khác như thiết bị truyền tín hiệu báo cháy, bộ phận kiểm tra thiết bị phòng cháy chữa cháy tự động Các thiết bị liên kết thành khối theo hình 2.1

Hình 2.1 S ơ đồ khối hệ thống báo cháy

tác thi công, kiểm tra, bảo quản, bảo dưỡng hệ thống báo cháy tự động

có nhiệm vụ cung cấp năng lượng cho các đầu báo cháy làm việc và truyền dẫn tín hiệu

+ Tín hiệu kiểm tra từ trung tâm đến các đầu báo

Tñ ®iÒu khiÓn b¸o ch¸y

HÖ thèng

®iÒu khiÓn

c«ng nghÖ

HÖ thèng ch÷a ch¸y

Hép nèi trung gian

+ Tín hiệu báo cháy từ đầu báo cháy về trung tâm

bằng tay khi phát hiện ra cháy mà các đầu báo cháy chưa làm việc Bản chất của nút ấn báo cháy giống như một đầu báo cháy cưỡng bức

thuộc vào dạng tín hiệu kiểm tra là dạng số, dạng xung hay dạng liên tục mà người ta chọn trở kháng cuối dây là tụ điện, điện trở hay điện trở kết hợp với tụ điện Trở kháng cuối dây thường được mắc vào đầu báo cuối cùng hoặc đầu báo

xa nhất trong tuyến đường giúp cho hệ thống phát hiện ra sự cố đứt dây hoặc mất đầu báo

hiệu báo cháy bằng âm thanh

bằng ánh sáng

2.1.4 Nguyên lý ho ạt động của hệ thống báo cháy tự động

truyền để duy trì sự làm việc của các đầu báo và kiểm tra sự làm việc bình thường của toàn bộ hệ thống

+ Trạng thái khi cháy: Biểu hiện của nó là sự thay đổi cực tính của nguồn tạo thành tín hiệu truyền về trung tâm

+ Trạng thái sự cố:

+ Khi đạt tới ngưỡng làm việc thì các đầu báo cháy sẽ làm việc tạo ra tín hiệu điện truyền về trung tâm qua hệ thống dây và cáp tín hiệu Tại trung tâm báo cháy sẽ diễn

ra các hoạt động xử lý thực hiện truyền về, sau đó phát ra tín hiệu báo động chỉ thị tương ứng như: còi, chuông, đèn, các tín hiệu điều khiển thiết bị ngoại vi khác

Sau khi cháy kết thúc, ta cần khôi phục trạng thái làm việc của hệ thống báo cháy tự động

2.2 Các yêu cầu đối với hệ thống báo cháy tự động

Theo TCVN 5738 – 2001 do bộ khoa học công nghệ và môi trường ban hành, một hệ thống báo cháy tự động cần đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau:

- Phát hiện cháy nhanh chóng theo chức năng đã được đề ra

- Chuyển tín hiệu cháy thành tín hiệu báo động rõ ràng để những người xung quanh có thể thực hiện ngay các biện pháp thích hợp

- Có khả năng chống nhiễu tốt

- Báo hiệu nhanh chóng và rõ ràng mọi trường hợp sự cố của hệ thống

- Không bị ảnh hưởng bởi các hệ thống khác được lắp đặt chung hoặc riêng rẽ

- Không bị tê liệt một phần hay toàn bộ do cháy gây ra trước khi phát hiện ra cháy

2.3 Các hệ thống báo cháy tự động đang sử dụng

Theo nguyên lý làm việc của đầu báo cháy, người ta phân làm các loại như sau:

- Hệ thống báo cháy tự động nhiệt

- Hệ thống báo cháy tự động khói

- Hệ thống báo cháy tự động lửa,

- Hệ thống báo cháy tự động tự kiểm tra

- Hệ thống báo cháy tự động hỗn hợp

Theo khu vực bảo vệ phân làm 2 loại:

- Hệ thống báo cháy theo vùng: Là hệ thống báo cháy tự động có chức năng báo cháy tới từng khu vực Trong đó mỗi khu vực có thể có một hoặc nhiều đầu báo cháy nối thành một chuỗi theo sơ đồ song song và được đưa về một kênh của trung tâm báo cháy

- Hệ thống báo cháy tự động theo địa chỉ: là hệ thống báo cháy tự động có khả năng báo cháy chính xác tới từng vị trí, từng đầu báo riêng biệt Các đầu báo được đặt địa chỉ nhờ ứng dụng kỹ thuật số

Ngoài ra hiện nay còn có một số hệ thống báo cháy tự động chuyên dùng khác Chẳng hạn như: hệ thống báo cháy thông minh với nhiều chức năng tiện dụng đặc biệt; các hệ thống phòng chống cháy nổ trong công nghiệp dầu khí (Fire and Gas System)

2.4 Sơ đồ cấu tạo, nguyên lý làm việc của trung tâm báo cháy tư động

Hiện nay trong lĩnh vực PCCC có 2 loại trung tâm báo cháy đó là trung tâm báo cháy theo vùng và trung tâm báo cháy theo địa chỉ nhưng chúng đều có cùng một nhiệm vụ, sơ đồ, nguyên lý làm việc sau:

a Nhiệm vụ:

Cung cấp năng lượng cho các đầu báo cháy hoạt động tiếp nhận các tín hiệu trên đường truyền để xử lý thông báo vùng cháy, địa điểm cháy và tạo ra các tín hiệu

báo động cháy, tín hiệu điều khiển các thiết bị ngoại vi, kiểm tra sự làm việc bình thường của hệ thông chỉ thị sự cố của hệ thống như đứt dây, sự cố nguồn, mất đầu báo

b Sơ đồ khối:

Loa Đèn Tín hiệu điều

chỉnh thiết bị ngoại vi

Hình 2.2 S ơ đồ khối trung tâm báo cháy

* Nhiệm vụ các khối trong trung tâm báo cháy

- Khối nguồn: có nhiệm vụ cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống làm việc

Để đảm bảo tính thường trực 24/24 cho nên tất cả các trung tâm báo cháy đều sử dụng

2 nguồn:

+ Nguồn điện xoay chiều: 110V hoặc 220V/50Hz

+ Nguồn điện 1 chiều: 12V hoặc 24V

- Khối xử lý: Có nhiệm vụ tiếp nhận xử lý các tín hiệu từ các khối khác đưa về theo một chương trình đã được lập sẵn đồng thời nó khống chế và chỉ đạo các khối tạo

ra tín hiệu báo động

- Khối đường truyền: Có nhiệm vụ tạo ra các tín hiệu đưa về khối xử lý và có khả năng ngăn cách sự ảnh hưởng của mạch điện ở các đầu báo cháy Bản chất của khối này là thảy đổi các tín hiệu đường truyền đưa về từ nhỏ khuếch đại lên

- Khối tín hiệu kiểm tra: Có nhiệm vụ đưa ra các tín hiệu kiểm tra sự hoạt động bình thường của toàn bộ hệ thống nhằm phát hiện ra các lỗi trên đường truyền (đứt dây, chập mạch, … ) lỗi nguồn (mất điện trong 2 nguồn, ắc quy yếu, … ) và đưa ra các yêu cầu kiểm tra của trung tâm với các đầu báo đồng thời đưa ra các tín hiệu ở chế độ thử máy

Các vùng báo cháy

KHỐI NGUỒN

KHỐI XỬ LÝ

KHỐI TÍN HIỆU

Khối đường truyền

Khối tín hiệu kiểm tra

- Khối tín hiệu: gồm 2 loại

+ Tín hiệu chỉ thị, báo động: âm thanh, ánh sáng, chữ viết bằng loa đèn, chuông còi, màn hình

+ Tín hiệu điều khiển thiết bị ngoại vi như tự động khởi động hệ thống chữa cháy

tự động, đóng mở máy bơm chữa cháy, hạ màn ngăn cháy, mở hệ thống hút khói Ngoài ra ở trung tâm báo cháy tự động địa chỉ còn có khối địa chỉ có nhiệm vụ phân tích giải mã các tín hiệu trên đường truyền về và đưa ra các địa chỉ tương ứng của nơi đầu báo cháy, nút ấn hoặc hộp một địa chỉ

Bản chất của khối này là các thiết bị được mã hóa nhờ dùng ứng dụng kỹ thuật số nhằm giải mã các thông tin đã được mã hóa từ đầu báo cháy chuyển về

c Nguyên lý ho ạt động

Các trung tâm báo cháy tự động làm việc dựa trên sự tăng giảm đột ngột của dòng điện hoặc điện áp trên các đường dây để điều khiển các thiết bị báo động

* Trung tâm báo cháy t ự động theo vùng:

Trung tâm báo cháy tự động theo vùng là trung báo cháy tự động thực hiện chức năng chỉ thị báo cháy đến từng khu vực lắp đặt đầu báo cháy

Địa điểm:

- Nguồn xoay chiều: 110V hoặc 220V – AC/50Hz

- Nguồn một chiều: 12V hoặc 24V-DC

- Thời gian làm việc gần như tức thời

- Thời gian trễ đối với tín hiệu từ đầu báo cháy Trong khoảng thời gian trễ tín hiệu từ đầu báo cháy truyền về liên tục thì trung tâm báo cháy mới xử lý phát ra tín hiệu chỉ thị tương ứng Ngược lại nếu tín hiệu đưa về bị ngắt quãng hoặc mất thì trung tâm báo cháy sẽ không đưa ra tín hiệu báo động

Thông thường, có các mức đặt trễ sau:

+ Đối với đầu báo khói là 60s

+ Đối với đầu báo hiệu là 20s

- Số kênh báo cháy: Tùy vào từng loại trung tâm báo cháy mà số kênh báo cháy khác nhau

+ Trung tâm báo cháy tự động của Nhật có số kênh là bội số của 5

+ Trung tâm báo cháy tự động của Mỹ có số kênh là bội số của 2

- Trên mỗi kênh báo cháy tùy thuộc vào từng loại trung tâm báo cháy mà người

ta cho phép lắp đặt số đầu báo cháy Thông thường thì số đầu báo cháy nhiệu lắp trên một kênh thi không hạn chế còn có số đầu báo cháy nhiệt lắp trên một kênh thì không hạn chế còn số đầu báo cháy khói lắp trên một kênh thì không quá 20 đến 30 đầu báo

- Tín hiệu báo động: Theo một chương trình đã cài đặt Khi xảy ra sự cố trung tâm báo cháy sẽ phát tín hiệu báo động Khi báo cháy giúp cho người sử dụng biết và tiến hành các công việc cần thiết khác

* Trung tâm báo cháy t ự động địa chỉ:

Trung tâm báo cháy địa chỉ là trung tâm báo cháy có chức năng chỉ thị địa chỉ báo cháy đến từng vị trí lắp đặt đầu báo cháy Trung tâm báo cháy được sản xuất nhờ ứng dụng kỹ thuật số nên có nhiều đặc tính kỹ thuật và tính năng tác dụng ưu việt hơn trung tâm báo cháy theo vùng

- Dung tích nhỏ gọn và dung lượng tín hiệu lớn

- Số lượng địa chỉ của trung tâm rất lớn 255-1010 địa chỉ

- Trung tâm báo cháy thường có màn hình tinh thể lỏng hiển thị các thông báo bằng chữ cho người sử dụng biết Các thông báo hiên ra khi hệ thống có hiện tượng bất thường xảy ra như sự cố hoặc các thông tin về kiểm tra hệ thống và các hoạt động điều khiển

- Trong trung tâm có Card IC nhớ dùng để ghi nhớ tất cả các thông tin cấu hình cho các hoạt động và điều khiển Việc sử dụng Card IC nhớ đơn giản và tiết kiệm hơn so với dùng các chip ROM như hiện nay

- Một số trung tâm còn kết nối với máy in để có thể in tất cả các dữ kiện về hệ thống phòng cháy Nó có thể in chi tiết từng trường hợp sự cố các trạng tháI bất thường, kết quả việc thí nghiệm hành vi hoạt động của người điều khiển

Trung tâm báo cháy còn là thiết bị cung cấp năng lượng cho các đầu báo cháy

và thực hiện các chức năng sau:

+ Nhận tin báo cháy từ đầu báo cháy tác dụng và phát lệnh báo động chỉ thị nơi xảy ra cháy

+ Có thể truyền tín hiệu báo động cháy qua thiết bị truyền tín hiệu đến nơi nhận tin báo cháy, đến các thiết bị chữa cháy tự động hay các đội chữa cháy

+ Kiểm tra sự làm việc bình thường của hệ thống, chỉ thị sự cố của hệ thống như: đứt dây, chập mạch …

+ Có thể tự động điều khiển sử hoạt động của các thiết bị ngoại vi khác

Trung tâm báo cháy theo vùng có các kênh đầu vào để nhận tín hiệu từ các đầu báo cháy Khi nhận được tín hiệu báo cháy, trung tâm chỉ nhận biết được khu vực có cháy mà không phân biệt được tín hiệu từ đầu báo nào trong khu vực Việc phát hiện tín hiệu báo động có thể riêng rẽ cho khu vực có cháy hoặc động thời trong toàn bộ hệ thống

Trung tâm báo cháy theo địa chỉ cũng có các kênh đầu vào Nhưng trên mỗi kênh có thể nhận biệt được địa chỉ của từng đầu báo cháy nhờ ứng dụng kỹ thuật số

Số địa chỉ trên mỗi kênh có thể là 128, 256, 512 Trung tâm báo cháy địa chỉ chỉ dùng được với các đầu báo địa chỉ của cùng nhà sản xuất

2.5 Các loại đầu báo cháy

Đầu báo cháy tự động (Automatic fire detector) là thiết bị tự động nhạy cảm với các hiện tượng kèm theo sự cháy (sự tăng nhiệt độ, tỏa khói, phát sáng) và truyền tín hiệu thích hợp đến trung tâm báo cháy

Đầu báo cháy cháy tự động có thể phân làm các loại chính như sau:

2.5.1 Đầu báo cháy nhiệt (Heat detector)

Là loại đầu báo cháy tự động nhạy cảm với sự gia tăng nhiệt độ của mội trường nơi lắp đặt đầu báo cháy Trong đó còn có thể phân làm các loại: Đầu báo cháy nhiệt

cố định (tác động theo tốc độ tăng nhiệt độ)

Hình 2.3 Đầu báo cháy nhiệt (Heat detector)

* Nguyên lý ho ạt động chung của đầu báo nhiệt

Cơ cấu thiết bị đo nhiệt bao gồm một cặp điện trở nhiệt âm được lắp trên tấm vi mạch in bên trong hộp cacbonate Một điện trở nhiệt được bao kín, còn điện trở kia tiếp tục với không khí xung quanh và có thể phản ứng nhanh với các thay đổi của nhiệt độ không khí Điện trở được bao bọc kín sẽ bị cách ly và phản ứng chậm với nhiệt độ, không khí

Hình 2.4 S ơ đồ cấu tạo đầu báo cháy nhiệt

Trong điều kiện bình thường, cả hai điện trở có nhiệt độ như nhau và bằng nhiệt

độ không khí xung quanh nên có điện trở giống nhau Nếu nhiệt độ không khí tăng lên nhanh thì độ chênh lệch nhiệt độ giữa hai điện trở sẽ tăng lên, làm điện trở bên ngoài tiếp xúc với không khí có nhiệt độ cao hơn điện trở được bao kín Khi đó giá trị điện trở bên ngoài sẽ nhỏ hơn giá trị điện trở bên trong, tỷ lệ giữa hai giá trị này được kiểm soát bởi mạch điện tử và tín hiệu báo cháy sẽ được hình thành nếu tỷ lệ này vượt quá giá trị đặt trước

Nếu nhiệt độ không khí tăng lên chậm sẽ không có sự chênh lệch giá trị điện trở bên ngoài và điện trở được cách ly Tuy nhiên ở nhiệt độ cao, một điện trở cố định về giá trị được măc nối tiếp với điện trở nhiệt bị cách ly trở nên có ý nghĩa Khi tổng trở của điện trở cố định mắc nối tiếp với điện trở cách ly so với giá trị của điện trở bên ngoài đạt đến tỷ lệ đặt trước thì một báo động về nhiệt sẽ được hình thành Giá trị điện trở cố định được chọn sao cho tín hiệu báo động ở nhiệt độ xác định

Sơ đồ nguyên lý điện của thiết bị dò nhiệt được biểu diễn ở trang sau (hình 2.5)

Đầu dò được thiết kế để làm việc với nguồn 15 – 30 VDC Việc đầu nối nguồn được thực hiện để lắp đặt thông qua đầu nối L1, L2 Đầu vào L1 IN là đầu vào của nguồn cung cấp và nối với đầu ra L1 OUT thông qua đầu vào khi được lắp đặt trên đế L1 OUT và L2 cung cấp nguồn tới đầu dò khác trên cùng vùng hoặc thiết bị cuối Phương pháp đầu nối này cho phép kiểm soát liên tục nguồn cung cấp qua thiết bị Bộ chỉ báo từ xa có thể lắp đặt bằng cách nối giữa nguồn dương và đầu nội – R Đầu nối –

R có một điốt để đề phòng việc đấu tới nguồn âm và cho phép đấu dò tới một bộ chỉ thị từ xa Dòng qua – R được giới hạn ở 23 mA

Các điện trở R1, R2 , R3 để bảo vệ cho cầu chỉnh lưu D2, D3, ZD2 bảo vệ đầu vào khi điện áp nhiễu lớn Cầu chỉnh lưu cho đầu dò trở thành không phân cực, do đó L1, L2 có thể là dương hoặc âm

Khi đầu dò được cấp nguồn qua bộ điều chỉnh điện áp R9, ZD3, TR3 cung cấp điện áp ổn định cho bộ chiết áp R10, R11, R13 của mạch điều khiển điện trở nhiệt bên ngoài TH1 tạo ra một dòng ở cực góp của TR4, R10, TR1 và điện trở cách ly TH2 tạo

ra nguồn dòng ở cực góp của TR1 ở nhiệt độ thường dòng cung cấp sẽ nhỏ hơn dòng qua cực góp của TR1 do đó sẽ ở tình trạng ngắt

Nếu nguồn dòng tăng thì điện áp ở cổng FET1 sẽ chuyển từ trạng thái thấp sang trạng thái cao FET1 dẫn và mở SC1 thông qua ZD4, SC1 sẽ báo chốt động và điều khiển đèn LED chỉ thị thông qua R1, R2, R3, R7 Điện trở R4, R5, R6 sẽ cấp dòng trong trường hợp hỏng mạch đèn LED

Trạng thái báo động, bộ điều khiển cần cung cấp điện áp từ 6 – 28 V cho đầu

dò Khi điện áp cung cấp nhỏ hơn 12V thì đèn chỉ thị có thể không sáng Bộ chỉ thị báo động từ xa có thể nối giữa L1 IN và -R Điốt D1 cho phép nối nhiều đầu dò tới một bộ chỉ báo từ xa

Dòng đầu ra được giới hạn ở 23 mA Điện trở R8 có điện trở 900Ω được nối tiếp với đầu – R để đảm bảo tình trạng báo động ngắn mạch không xảy ra

Việc cắt nguồn cung cấp cho đầu dò trong một giay sẽ phục hồi trạng thái làm việc không bình thường của các đầu dò Các tụ C1, C2 sẽ triệt tiêu sự tích hợp điện áp theo thời gian do SC1 gây ra bởi nhiễu điện tần số cao và sang điện từ Điốt ZD1 và ZD2 bảo vệ đầu dò khỏi nhiễu điện áp cao

Hình 2.5 S ơ đồ nguyên lý điện của thiết bị cảm biến nhiệt

B ảng 2.1 Các thông số kỹ thuật của đầu báo cháy nhiệt

DSC – EA Rated Voltage

Heat Sensing Element

(thiết bị nhạy với nhiệt)

Air chamber compsed with the diaphragm

2.5.2 Đầu báo cháy khói (Smoke detector)

Là loại đầu báo tự động nhạy cảm bởi tác động của khói tạo bởi các hạt rắn hoặc lỏng sinh ra từ quá trình cháy hoặc quá trình phân hủy do nhiệt Trong đó có thể phân làm các loại: đầu báo cháy khói ion hóa (dựa trên nguyên lý thay đổi dòng ion hóa khi có khói đi qua), đầu báo khói quang điện (dựa trên nguyên lý thay đổi sự hấp thụ bức xạ hay tán xạ ánh sáng khi có khói đi qua)

Khói là một hệ phân tán được tạo thành từ các phân tử nhỏ ở trạng thái rắn lỏng của sản phẩm cháy Về bản chất, khói là các hạt có kích thước rất nhỏ (cỡ µm) Tuy nhiên, so với tia sáng (vi hạt) thì chúng vẫn có kích thước lớn hơn

Bằng thực nghiệm người ta thấy rằng các bức xạ của tia phóng xạ khi gặp khói vẫn đi qua nhưng năng lượng bị giảm đi rất nhiều và các tia sáng trắng đi vào hạt khói thì hạt khói làm thay đổi hướng đi của tia sáng

Hình 2.6 Đầu báo cháy khói (Smoke detector)

* Nguyên lý ho ạt động chung của đầu báo khói

Đầu dò khói được đặt trong vỏ Polycacbonate màu trắng chống cháy Bên trong

vỏ đầu dò là tâm mạch in hai mặt, một mặt lắp đặt hệ thống buồng ion hóa, còn mặt kia lắp đặt mạch điện xử lý tín hiệu và thông tin ở nơi khác Hệ thống buồng ion hóa gồm buồng quy chiếu đặt bên trong buồng khói, giữa buồng khói và buồng quy chiếu

có lỗ hổng để khói đi vào và được đặt lưới bảo vệ chống côn trùng chui vào

Hình 2.7 S ơ đồ cấu tạo đầu báo cháy khói

Giá nguồn kích hoạt phóng xạ và buồng khói ngoài cùng được cách ly bởi điện cực phủ định Một nguồn kích hoạt phóng xạ Amerixi được đặt trong buồng quy chiếu bức xạ không khí ở cả hai buồng đến cung cấp ở những ion phủ định ứng dụng điện

áp ngang của điện cực đó là phạm vi điện ở dạng cảm nhận khói Ion là lực hút của các điện cực trái dấu nhau do va chạm của ion và tổ hợp của chúng tạo ra một mạng lưới nhỏ là dòng điện giữa hai điện cực, được sử dụng để biến đổi dòng điện khác nhau của buồng thành một điện áp

Hình 2.8 S ơ đồ thiết bị cảm nhận khói

Khi những phân tử khói đi vào buồng ion hóa, những ion liên kết với nhau làm cho dòng điện chạy qua buồng ion hóa giảm Tác động này ở buồng khói lớn hơn buồng quy chiếu dẫn đến trạng thái mất cân bằng làm cho điện cực trở nên dương hơn Điện áp ở điện cực được theo dõi bởi bộ cảm biến điện và được xử lý để cung cấp tín hiệu và được cả chuyển đổi bởi bộ biến đổi A/D

Sơ đồ nguyên lý điện của thiết bị cảm biến dò khói được biểu diễn ở trang sau (hình 2.9)

Thiết bị được thiết kế với mạch vòng 2 dây mang cả dữ liệu và nguồn cung cấp

15 – 30 VDC Thiết bị được nối với máy thu và đưa ra bên ngoài qua những tiếp điểm L1, L2 ở đế treo, làm cho tích phân cực không nhạy cảm Một đồng hồ chỉ báo điốt phát quang từ a yêu cầu không vượt quá 4mA ở 5V, được mắc giữa điểm cuối – R và một dây còn lại nối đất Đèn điốt chỉ thị từ xa có thể nối giữa nguồn dương và đầu – R Đầu – R có một điốt để bảo vệ khi đấu tới nguồn âm và cho phép nối nhiều đầu dò đến đèn hiển thị, dòng qua – R được giới hạn ở 23mA

Khi mạch được cấp điện, sự phân cực vẫn được đảm bảo bởi cầu chỉnh lưu D1, D2 Nguồn cung cấp cho mạch cảm biến và buồng ion hóa được điều chỉnh bởi TR1 Điện áp ở điện cực cảm biến của nguồn ion hóa được đệm bởi bộ khuếch đại U1B, sau

đó được lọc bởi R10, C3 để loại bỏ tạp âm nhiễu rồi đưa đến đầu dương của bộ so sánh U1A Bộ so sánh sẽ thực hiện so sánh điện áp ở điện cực cảm biến với điện áp quy chiếu

Khi khói đi vào buồng ion hóa, điên áp ở điện cực cảm biến sẽ tăng dần lên theo hướng giá trị quy chiếu, nếu vượt qua giá trị quy chiếu, bộ so sánh sẽ chuyển mạch đầu ra và đưa SC1 tới trạng thái dẫn

Dòng báo động qua R1, R2, R3, R4 và SC1 làm sáng đèn D4 Điện trở R3 cung cấp dòng báo động nếu đèn D4 hỏng

Bộ điều khiển cần lắp đặt để cung cấp tối đa 28 VDC và tối thiểu 6VDC trong trạng thái báo động để đảm bảo cho tần số hoạt động đúng Nguồn cung cấp cho các đầu dò lơn hơn 12 VDC (25mA) để đảm bảo cho các đèn LED sáng

Phục hồi khỏi trạng thái báo động của đầu dò cần phải loại bỏ toàn bộ khói ra khỏi đầu dò và cắt nguồn cung cấp đầu dò với thời gian ít nhất là 1 giây Điện trở R1

và điốt ZD2 để chống lại nhiễu điện áp cao trên dòng cấp nguồn Điện trở R2 và điốt ZD1 chống nhiễu điện áp cao trên đường vào Tụ C2 và C4 bảo vệ buồng ion khỏi điện áp tĩnh so với vỏ hoặc đường cấp nguồn và sóng vô tuyến Tụ C1 bảo vệ SC1 khỏi nhiễu tốc độ cao gây ra bởi điện áp theo thời gian

Applicable Standard

(tiªu chuÈn cho phÐp)

2.5.3 Đầu báo cháy lửa (Flame detector)

Là loại đầu báo cháy tự động nhạy cảm với bức xạ của ngọn lửa

Hình 2.10 Đầu báo cháy lửa (Flame detector)

- Nguyên lý chung: Bản chất đầu báo cháy lửa ứng dụng hiện tượng quang điện Khi chiếu một tia bức xạ có bước sóng (ó) thích hợp với từng loại thì sẽ có hiện tượng điện tử thoát ra khỏi bề mặt kim loại tham gia dẫn điện

Hình 2.11 S ơ đồ cấu tạo của đầu báo cháy lửa

Tùy thuộc đầu báo hồng ngoại hoặc tử ngoại mà ta lựa chọn kim loại làm Katốt cho phù hợp Thường thì đầu báo hồng ngoại phù hợp với những đám cháy ở giai đoạn đầu

có nhiệt độ thấp, nên được ứng dụng rộng rãi hơn đầu báo tử ngoại

- Nguyên lý làm việc:

+ Bình thường khi không có cháy ( không có ngọn lửa) thì không có tín hiệu

+ Khi xảy ra cháy (có ngọn lửa) có bức xạ của ngọn lửa thì tia hồng ngoại hoặc tử ngoại sẽ kích thích Katốt phát xạ các electron Các điện tử này chạy về Anốt tạo thành tín hiệu báo cháy

+ Đầu báo hồng ngoại: Độ tin cậy cao, ít báo cháy giả nhưng đắt tiền

+ Đầu báo tử ngoại: Rẻ tiền, nhưng dễ báo cháy giả do hồ quang hoặc sấm sét

- Đặc điểm:

+ Đầu báo cháy lửa bằng tia cức tím dùng để dò tia cực tím yếu phát ra từ đám cháy, nhưng kết hợp các mạch để tránh mắc lỗi gây ra bởi tia UV phát ra từ đám cháy như tia phóng xạ, sét, …

- Ứng dụng:

+ Cần cân nhắc vì sự xuất hiện của tia VS nên chuông báo động sai

+ Máy không dùng cho các khu vực nguy hiểm như nhà máy hóa dầu…

Chú ý: Đèn đỏ có hơi ga chạy trên AC có thể làm cho máy HF chạy sai

B ảng 2.3: Cỏc thụng số kỹ thuật của đầu bỏo chỏy lửa

HF – 24 Rated Voltage

Maximum Switching Curent

(cường độ tối đa)

Storage Temperrature Range

(nhiệt độ xung quanh)

2.5.4 Đầu bỏo chỏy hỗn hợp (Combine detector)

Là loại đầu bỏo chỏy tự động nhạy cảm với ớt nhất 2 hiện tượng kốm theo sự chỏy

Hình 2.12 Đầu báo cháy hỗn hợp (Combine detector)

Ngoài ra còn phải kể đến loại đầu báo cháy tự kiểm tra (Automatic Testing Function Detector) là loại đầu báo cháy có chức năng tự động kiểm tra các tính năng của nó để truyền về trung tâm báo cháy

2.6 Hộp nút ấn báo cháy

bằng tay Về mặt nguyên tắc thì hộp nút ấn báo cháy giống như một đầu báo cháy cưỡng bức Hộp nút ấn báo cháy có thể phân làm 2 loại: loại 2 dây và loại 3 dây Loại nút ấn 3 dây có một dây được nối tới một đầu vào riêng của trung tâm báo cháy, nhờ

đó mà trung tâm phân biệt được tín hiệu từ nút ấn

Trong tường hợp con người phát hiện ra cháy và chủ động báo cháy thì có thể

sử dụng nút ấn báo cháy ( thực chất của nút ấn tương đương với đầu báo cháy cưỡng bức) Đây là thiết bị như một công tắc đóng, mở mạch tín hiệu

Có hệ thông báo cháy đây là một công tắc bình thường nhưng lại có loại được thiết kế riêng cho hệ thống của monhf như các hệ thống của Nhật, ngoài chức năng báo cháy còn có chức năng cắt trễ và có zắc cắm telephone để liên lạc khi thử nghiệm, sửa chữa hệ thống

Nút ấn báo cháy có thể bố trí riêng 1 kênh hoặc vài kênh, hoặc có thể cho nhập vào cùng kênh với đầu báo cháy

Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết chung của hệ thống báo cháy tự động và các thông số, đặc tính, kỹ thuật, tính năng sử dụng của các loại trung tâm báo cháy tự động, đầu báo cháy … của các hãng sản xuất khác nhau cũng như đặc điểm về kinh tế,

kỹ thuật của cơ sở Đồ án lựa chọn sử dụng hệ thống báo cháy tự động của hãng Hochiki cho công trình

2.7 Đấu nối thiết bị

Trong hệ thống thông thường, các thiết bị dò khói, dò nhiệt, dò lửa, thiết bị báo tay, còi, đèn được đầu nối với nhau theo một Zone và được gắn bởi các mô đun của thiết bị

Hình 2.13 S ơ đồ đầu nối thiết bị

Chương 3

ỨNG DỤNG PLC VÀ VI ĐIỀU KHIỂN ĐỂ XÂY DỰNG TRUNG TÂM BÁO

CHÁY TỰ ĐỘNG 3.1 Ưu điểm của việc sử dụng PLC trong các hệ thống tự động

Với kết cấu gọn nhẹ, tính năng đa dạng, PLC ngày càng được sử dụng rộng rãi trên thế giới và ở Việt Nam Dưới đây là một số ứng dụng thành công của sản phẩm PLC S7 – 200 ở Việt Nam:

- Hệ thống điều khiển đèn đường

- Hệ thống chuyển nguồn và phân phối tải tự động (ATS)

- Cân đóng bao tự động

- Hệ thống đo độ dài và cắt tôn tự động

- Điều khiển truyền lệnh trong tàu thủy

- Thiết bị rót tự động trong dây chuyền đóng hộp hoa quả xuất khẩu

- Điều khiển thang nâng hàng

- Điều khiển tháp chưng cất tinh dầu

- Hệ thống đo thông số môi trường (nhiệt đô, độ ẩm)

- Hệ thống đo và cảnh báo mực nước

- Hệ thống cảnh giới và tự động hóa trong tòa nhà

- Thiết bị chuyên dụng trong ngành khí tượng thủy văn

- Hiện đại hóa máy ép nhưa

- Hệ thống đong xăng dầu

- Hệ thống đo lường và điều khiển nhiệt độ trong dây chuyền bia

- Thiết bị rơle tần số

- Hiện đại hóa thiết bị điều khiển cần cẩu

- Hệ thống điều khiển Rađa quân sự

- Nâng cấp hệ thống thông tin tín hiệu đường sắt

- Hệ thống kiểm soát ra vào bằng mã vạch

- Hiện đại hóa mức dầu làm mát trong nhà máy điện

Bên cạnh các sản phẩm của Siemens, thị trường nước ta còn có sản phẩm của một vài hãng khác Đặc biệt là ở khu công nghiệp dầu khí Vũng Tàu đã sử dụng PLC của các hãng Allen – Bradley, Modicon trong các hệ thống phòng chống cháy tự động (Fire and Gas System)

Trong các xí nghiệp công nghiệp hiện nay sử dụng ngày càng nhiều PLC trong các hệ thống điều khiển tự động PLC trở nên quen thuộc đối với các kỹ thuật viên Một số trường đại học kỹ thuật cũng đang phổ cập kiến thức về PLC cho sinh viên

Với các tính năng phong phú, đa dạng PLC hoàn toàn có thể sử dụng trong các

hệ thống phòng cháy và chữa cháy tự động

Qua xem xét cấu hình cứng của các PLC ta thấy nó có các đầu vào digital và analog cho phép kết nối với các loại sensor, các đầu báo cháy Các loại đầu báo cháy

có tín hiệu ngưỡng (ON/OFF) có thể kết nối với các đầu vào digital, còn các loại sensor truyền tín hiệu liên tục có thể kết nối với các đầu vào analog Các dữ liệu từ các sensor, đầu báo cháy được truyền về CPU của PLC và được xử lý bởi chương trình do

ta lập Sau khi xử lý các dữ liệu, PLC sẽ nhận biết được các sự cố và phát tín hiệu qua các đầu ra (output) tới các thiết bị chấp hành (chuông, còi, các loại van điện, bơm nước

…)

PLC còn cho phép phối hợp việc báo cháy chữa cháy tự động với việc điều khiển tự động các quá trình công nghệ Chẳng hạn khi phát hiện cháy hoặc nguy cơ cháy, nó có thể phát tín hiệu để ngừng các thiết bị có thể gây nguy hiểm hoặc ngừng quá trình sản xuất

Nguồn điện cung cấp cho PLC có thể là nguồn xoay chiều hoặc nguồn điện một chiều Khi sử dụng trong hệ thống báo cháy và chữa cháy tự động ta nên dùng nguồn điện một chiều phối hợp với ắc quy để có thể làm việc được cả trong điều kiện mất điện lưới

3.2 Các thông số kỹ thuật của đầu báo cháy và các trung tâm báo cháy

3.2.1 Gi ới thiệu thông số các thiết bị theo lý thuyết

3.2.1.1 Gi ới thiệu thông số của một số đầu báo cháy

Hiện nay có rất nhiều chủng loại đầu báo cháy tự động với các thông số kỹ thuật khác nhau Các thông số kỹ thuật cần quan tâm là: điện áp cung cấp, dòng điện báo động cho phép, dòng điện ở trạng thái thường trực Nhìn chung các loại đầu báo

cháy đều có tính lắp lẫn, tức là đầu báo cháy của hãng này có thể lắp với trung tâm báo cháy của hãng khác mà thường chỉ cần cùng cấp điện áp làm việc Dưới đây xin đưa ra thông số kỹ thuật của một số đầu báo cháy tự động

* Thông số kỹ thuật của đầu báo khói quang học FDK229 như sau:

* Thông số kỹ thuật của đầu báo nhiệt cố định FDL 918-65 như sau:

* Thông số kỹ thuật của đầu báo nhiệt cố định DFJ-60E như sau:

* Thông số kỹ thuật của đầu báo lửa NFD-68-P: