Помощь студентам в учебе
РАЗРАБОТКА СТЕНДА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПОЖАРОТУШЕНИЯ
|
Введение 8
1 Изучение статистики пожаров и видов пожарных извещателей 13
1.1 Статистика пожаров на предприятиях за 2017-2019 годы 13
1.2 Виды и типы пожарных извещателей 18
2 Исследование современных стендов для изучения противопожарных систем ... 22
2.1 Патентный обзор систем-аналогов 22
2.2 Исследование используемых интерфейсов и протоколов в современных
пожарных системах 29
2.3 Исследование установки связи между приборами приёмно-контрольными и
извещателями пожарными в известных противопожарных системах 32
3 Разработка стенда для изучения автоматизированной системы пожаротушения38
3.1 Принципиальная схема стенда 38
3.1.1 Программируемый логический контроллер «ЭЛСИМА» компании
«ЭлеСи» 40
3.1.2 Модуль удалённого ввода-вывода Элсима-001 41
3.1.3Сигнализатор многоканальный адресуемый пожарный МС-АП-01 42
3.1.4 Источник питания EF A 1AC/24 DC-1 42
3.1.5 Извещатель пожарный дымовой оптико-электронный ИПД-3.2 НЗ 43
3.1.6 Сирена сигнальная «Флейта-12В» 44
3.1.7 Оповещатель световой «Призма-100» 44
3.1.8 Вентилятор Evercool EC4020H12B 45
3.1.9 Модуль порошкового пожаротушения «Эпотос Буран-0.3м1» 46
3.1.10 Электропривод дверного замка Vigilant A-2 Strong 47
3.1.11 Инструментальный программный комплекс промышленной
автоматизации CoDeSysV3.5SP11 47
3.1.12 Среда разработки SCADA INFINITY 47
3.2 Общие требования к стенду 48
3.3 Разработка алгоритма работы системы 51
3.4 Реализация алгоритма работы системы в среде CodeSys 52
3.4.1 Визуализация работы алгоритма 53
3.5 Разработка методических указаний для изучения автоматизированной
система пожаротушения 55
3.5.1 Разработка методических указаний по изучению подключения к ПЛК
«ЭЛСИМА» пожарных извещателей 55
3.5.2 Разработка методических указаний по управлению системой
пожаротушения контроллером «ЭЛСИМА» 59
3.5.3 Разработка методических указаний по настройке автоматизированного
рабочего места оператора противопожарной системы 63
Заключение 72
Список использованных источников 75
Приложение
1 Изучение статистики пожаров и видов пожарных извещателей 13
1.1 Статистика пожаров на предприятиях за 2017-2019 годы 13
1.2 Виды и типы пожарных извещателей 18
2 Исследование современных стендов для изучения противопожарных систем ... 22
2.1 Патентный обзор систем-аналогов 22
2.2 Исследование используемых интерфейсов и протоколов в современных
пожарных системах 29
2.3 Исследование установки связи между приборами приёмно-контрольными и
извещателями пожарными в известных противопожарных системах 32
3 Разработка стенда для изучения автоматизированной системы пожаротушения38
3.1 Принципиальная схема стенда 38
3.1.1 Программируемый логический контроллер «ЭЛСИМА» компании
«ЭлеСи» 40
3.1.2 Модуль удалённого ввода-вывода Элсима-001 41
3.1.3Сигнализатор многоканальный адресуемый пожарный МС-АП-01 42
3.1.4 Источник питания EF A 1AC/24 DC-1 42
3.1.5 Извещатель пожарный дымовой оптико-электронный ИПД-3.2 НЗ 43
3.1.6 Сирена сигнальная «Флейта-12В» 44
3.1.7 Оповещатель световой «Призма-100» 44
3.1.8 Вентилятор Evercool EC4020H12B 45
3.1.9 Модуль порошкового пожаротушения «Эпотос Буран-0.3м1» 46
3.1.10 Электропривод дверного замка Vigilant A-2 Strong 47
3.1.11 Инструментальный программный комплекс промышленной
автоматизации CoDeSysV3.5SP11 47
3.1.12 Среда разработки SCADA INFINITY 47
3.2 Общие требования к стенду 48
3.3 Разработка алгоритма работы системы 51
3.4 Реализация алгоритма работы системы в среде CodeSys 52
3.4.1 Визуализация работы алгоритма 53
3.5 Разработка методических указаний для изучения автоматизированной
система пожаротушения 55
3.5.1 Разработка методических указаний по изучению подключения к ПЛК
«ЭЛСИМА» пожарных извещателей 55
3.5.2 Разработка методических указаний по управлению системой
пожаротушения контроллером «ЭЛСИМА» 59
3.5.3 Разработка методических указаний по настройке автоматизированного
рабочего места оператора противопожарной системы 63
Заключение 72
Список использованных источников 75
Приложение
Мы живём в мире, полном различной электрики и электроники. Но любая
электроника может дать сбой в виде короткого замыкания или возгорания
какого-либо внутреннего элемента. Большинство современных
производственных предприятий используют в своих технологических
процессах электронное и электрическое оборудование больших мощностей и
высоких напряжений. Бывает, что на предприятиях в силу различных причин
возникают возгорания, которые в короткое время охватывают весь цех или
рабочий объект и иногда приводит к летальным исходам. Как правило, это
происходит по причине неисправного оборудования, которое было
неправильно запущено или не было вовремя проверено надлежащим образом.
По статистике за 2017-й год в Российской Федерации процент пожаров на
промышленных предприятиях составляет 0,27% от общего числа пожаров [1].
Несмотря на вроде бы малый процент от общего количества, это огромное
количество пожаров. Система пожарной охраны является частью автоматизированного управления тушения возгораний на охраняемых объектах. Создание стенда подобной системы позволит продемонстрировать работу современных систем пожаротушений на предприятиях и развить у обучающегося навыки в области программирования промышленных контроллеров и отладки алгоритмов системы пожаротушения, что позволит в будущем создавать более совершенные противопожарные системы.
Целью работы является найти решение, позволяющее любому желающему без базовых навыков обучиться методам и механизмам пожаротушения. Таким образом, разработать стенд и методическое обеспечение для обучения наладчиков систем автоматизированного пожаротушения.
Задачами данной работы являются:
1. Изучение статистики пожаров на промышленных предприятиях за 2017-2019 годы.
2. Обзор видов пожарных извещателей.
3. Обзор и исследование патентов-аналогов разрабатываемого стенда.
4. Исследование используемых в современных противопожарных системах интерфейсов и протоколов.
5. Исследование установки связи между приборами приёмно-контрольными и извещателями пожарными в известных противопожарных системах.
6. Проектирование стенда автоматизированной системы
пожаротушения.
7. Написание требований к стенду.
8. Разработка методических указаний для лабораторных работ.
Научной проблемой является создание условий ЧС в её отсутствие для учебных целей.
Создание такой системы обучения несёт в себе практическую значимость как на охраняемых объектах на территории Российской Федерации, так и на мировом рынке автоматизированных систем, позволяя за счёт обучающих процессов продемонстрировать учащимся возможности систем пожаротушения и получить навыки в отладке несовершенных систем пожаротушения.
Объектом исследования является система пожаротушения, управляющим механизмом которой является ПЛК «ЭЛСИМА», позволяющая при обнаружении пожара парными датчиками дыма с помощью разработанного алгоритма ликвидировать точку возгорания и свести его повтор к минимуму.
Предметом исследования является стенд, предназначенный для проведения практических и лабораторных работ по изучению общего устройства и основных характеристик приборов и составных элементов системы контроля и обеспечения пожарной безопасности, принципов функционирования и режимов работы системы.
Стенд представляет собой комплект оборудования системы контроля и обеспечения пожарной безопасности, установленный в монтажной панели. Стенд оснащен компьютером с программным обеспечением, позволяющим демонстрировать алгоритм работы тушения на месте возгорания.
В комплект стенда входят: ноутбук для настройки системы контроля, оповещения и управления пожарной безопасностью и устройства, позволяющие имитировать реальные условия тушения пожара.
Методы исследования. Для реализации поставленной цели были использованы следующие методы:
1. Теоретические - анализ, синтез, аналогия, дедукция, абстрагирование, конкретизация.
2. Практические - наблюдение, сравнение, моделирование, описание.
Новизна данного проекта заключается в том, что подобного рода разработки недостаточно популяризированы, потому стоимость готовых изобретений на рынке высока. Разработано решение, показывающее необходимость изучения и внедрения систем пожарной охраны в места, где находятся люди. Разработанная система отличается от своих аналогов тем, что не требует столь огромных затрат на её конструирование, безотказна, достаточно проста и понятна обычному человеку, даже далёкому от области физики и химии.
Данная разработка способствует развитию знаний у обучающихся в области существующих систем пожарной охраны.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Разработанный стенд позволяет изучить работу системы пожаротушения при отсутствии реальной точки возгорания и имеет объём методического обеспечения 360 минут.
2. В системе для подключения пожарных извещателей используется протокол ModBus TCP/IP как наиболее распространённый, работающий по общим принципам и охватывающий наибольшее количество противопожарных систем.
В подтверждение достоверности научных результатов выступают максимально похожие сымитированные условия возгорания и мероприятия по его устранению, оптимальная конструктивная сборка всех механизмов, позволяющая легко и быстро заменять вышедшие из строя модули.
Апробация. По теме магистерской диссертации было опубликовано три статьи на различных международных конференциях.
1. Старожилов И.А., Сидоров А.А., Есаулов А.А. Проектирование учебного стенда системы пожарной охраны // Материалы докладов Международной научно-практической конференции «Современные технологии: проблемы инновационного развития и внедрения результатов», Петрозаводск, 23 мая 2019 г. - Петрозаводск: МЦПН «Новая наука», 2019. Секция «Технические науки» - с. 36-42
2. Старожилов И.А., Сидоров А.А. Разработка алгоритма работы учебного стенда автоматизированной системы пожарной охраны // Материалы докладов II Международной научно-практической конференции «EUROPEAN SCIENCE FORUM», Петрозаводск, 11 декабря 2019 г. - Петрозаводск: МЦПН «Новая наука», 2019. Секция «Технические науки» - с. 109-113
3. Старожилов И.А. Исследование промышленных сетей // Материалы докладов XVI Международной школы-конференции студентов, аспирантов, молодых учёных «Инноватика-2020», Томск, 23-25.04.2020 г. Секция «Инновационная деятельность: единство образования, науки и практики»
Были получены сертификаты за участие и дипломы 1-й и 2-й степени за статьи «Проектирование учебного стенда системы пожарной охраны» (Приложение А) и «Разработка алгоритма работы учебного стенда автоматизированной системы пожарной охраны» (Приложение Б). В Приложении В представлен диплом участника XVI Международной школы- конференции студентов, аспирантов, молодых учёных «Инноватика-2020».
Источником финансирования проекта является АО «ЭлеСи», предоставляющее свою серийную продукцию в виде ПЛК «ЭЛСИМА», модуля УВВ «Элсима-Э01», источника питания EF A 1AC/24DC-1, пожарного сигнализатора МС-АП-01 и среды разработки верхнего уровня SCADA INFINITY. Остальные исполнительные механизмы приобретаются за счёт средств разработчика. Источником финансирования для апробации полученных результатов выступает Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники.
электроника может дать сбой в виде короткого замыкания или возгорания
какого-либо внутреннего элемента. Большинство современных
производственных предприятий используют в своих технологических
процессах электронное и электрическое оборудование больших мощностей и
высоких напряжений. Бывает, что на предприятиях в силу различных причин
возникают возгорания, которые в короткое время охватывают весь цех или
рабочий объект и иногда приводит к летальным исходам. Как правило, это
происходит по причине неисправного оборудования, которое было
неправильно запущено или не было вовремя проверено надлежащим образом.
По статистике за 2017-й год в Российской Федерации процент пожаров на
промышленных предприятиях составляет 0,27% от общего числа пожаров [1].
Несмотря на вроде бы малый процент от общего количества, это огромное
количество пожаров. Система пожарной охраны является частью автоматизированного управления тушения возгораний на охраняемых объектах. Создание стенда подобной системы позволит продемонстрировать работу современных систем пожаротушений на предприятиях и развить у обучающегося навыки в области программирования промышленных контроллеров и отладки алгоритмов системы пожаротушения, что позволит в будущем создавать более совершенные противопожарные системы.
Целью работы является найти решение, позволяющее любому желающему без базовых навыков обучиться методам и механизмам пожаротушения. Таким образом, разработать стенд и методическое обеспечение для обучения наладчиков систем автоматизированного пожаротушения.
Задачами данной работы являются:
1. Изучение статистики пожаров на промышленных предприятиях за 2017-2019 годы.
2. Обзор видов пожарных извещателей.
3. Обзор и исследование патентов-аналогов разрабатываемого стенда.
4. Исследование используемых в современных противопожарных системах интерфейсов и протоколов.
5. Исследование установки связи между приборами приёмно-контрольными и извещателями пожарными в известных противопожарных системах.
6. Проектирование стенда автоматизированной системы
пожаротушения.
7. Написание требований к стенду.
8. Разработка методических указаний для лабораторных работ.
Научной проблемой является создание условий ЧС в её отсутствие для учебных целей.
Создание такой системы обучения несёт в себе практическую значимость как на охраняемых объектах на территории Российской Федерации, так и на мировом рынке автоматизированных систем, позволяя за счёт обучающих процессов продемонстрировать учащимся возможности систем пожаротушения и получить навыки в отладке несовершенных систем пожаротушения.
Объектом исследования является система пожаротушения, управляющим механизмом которой является ПЛК «ЭЛСИМА», позволяющая при обнаружении пожара парными датчиками дыма с помощью разработанного алгоритма ликвидировать точку возгорания и свести его повтор к минимуму.
Предметом исследования является стенд, предназначенный для проведения практических и лабораторных работ по изучению общего устройства и основных характеристик приборов и составных элементов системы контроля и обеспечения пожарной безопасности, принципов функционирования и режимов работы системы.
Стенд представляет собой комплект оборудования системы контроля и обеспечения пожарной безопасности, установленный в монтажной панели. Стенд оснащен компьютером с программным обеспечением, позволяющим демонстрировать алгоритм работы тушения на месте возгорания.
В комплект стенда входят: ноутбук для настройки системы контроля, оповещения и управления пожарной безопасностью и устройства, позволяющие имитировать реальные условия тушения пожара.
Методы исследования. Для реализации поставленной цели были использованы следующие методы:
1. Теоретические - анализ, синтез, аналогия, дедукция, абстрагирование, конкретизация.
2. Практические - наблюдение, сравнение, моделирование, описание.
Новизна данного проекта заключается в том, что подобного рода разработки недостаточно популяризированы, потому стоимость готовых изобретений на рынке высока. Разработано решение, показывающее необходимость изучения и внедрения систем пожарной охраны в места, где находятся люди. Разработанная система отличается от своих аналогов тем, что не требует столь огромных затрат на её конструирование, безотказна, достаточно проста и понятна обычному человеку, даже далёкому от области физики и химии.
Данная разработка способствует развитию знаний у обучающихся в области существующих систем пожарной охраны.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Разработанный стенд позволяет изучить работу системы пожаротушения при отсутствии реальной точки возгорания и имеет объём методического обеспечения 360 минут.
2. В системе для подключения пожарных извещателей используется протокол ModBus TCP/IP как наиболее распространённый, работающий по общим принципам и охватывающий наибольшее количество противопожарных систем.
В подтверждение достоверности научных результатов выступают максимально похожие сымитированные условия возгорания и мероприятия по его устранению, оптимальная конструктивная сборка всех механизмов, позволяющая легко и быстро заменять вышедшие из строя модули.
Апробация. По теме магистерской диссертации было опубликовано три статьи на различных международных конференциях.
1. Старожилов И.А., Сидоров А.А., Есаулов А.А. Проектирование учебного стенда системы пожарной охраны // Материалы докладов Международной научно-практической конференции «Современные технологии: проблемы инновационного развития и внедрения результатов», Петрозаводск, 23 мая 2019 г. - Петрозаводск: МЦПН «Новая наука», 2019. Секция «Технические науки» - с. 36-42
2. Старожилов И.А., Сидоров А.А. Разработка алгоритма работы учебного стенда автоматизированной системы пожарной охраны // Материалы докладов II Международной научно-практической конференции «EUROPEAN SCIENCE FORUM», Петрозаводск, 11 декабря 2019 г. - Петрозаводск: МЦПН «Новая наука», 2019. Секция «Технические науки» - с. 109-113
3. Старожилов И.А. Исследование промышленных сетей // Материалы докладов XVI Международной школы-конференции студентов, аспирантов, молодых учёных «Инноватика-2020», Томск, 23-25.04.2020 г. Секция «Инновационная деятельность: единство образования, науки и практики»
Были получены сертификаты за участие и дипломы 1-й и 2-й степени за статьи «Проектирование учебного стенда системы пожарной охраны» (Приложение А) и «Разработка алгоритма работы учебного стенда автоматизированной системы пожарной охраны» (Приложение Б). В Приложении В представлен диплом участника XVI Международной школы- конференции студентов, аспирантов, молодых учёных «Инноватика-2020».
Источником финансирования проекта является АО «ЭлеСи», предоставляющее свою серийную продукцию в виде ПЛК «ЭЛСИМА», модуля УВВ «Элсима-Э01», источника питания EF A 1AC/24DC-1, пожарного сигнализатора МС-АП-01 и среды разработки верхнего уровня SCADA INFINITY. Остальные исполнительные механизмы приобретаются за счёт средств разработчика. Источником финансирования для апробации полученных результатов выступает Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники.
Были изучены типы и виды пожарных извещателей.
Был проведён патентный обзор систем-аналогов стенда.
Был проведён анализ используемых в современных пожарных системах интерфейсов и протоколов. В результате проведённых исследований выявлено, что наиболее используемые в пожарной безопасности являются интерфейсы RS-485, Ethernet и RS-232, что указывает на их стабильность, надёжность и скорость передачи данных при обнаружении точки возгорания.
Была спроектирована принципиальная схема, на основе которой был разработан алгоритм работы системы пожаротушения. Данный алгоритм был реализован в программной среде CodeSys, где была проведена эмуляция и создана визуализация работы системы без подключения к ПЛК.
Были изучены российские, европейские и международные правила по пожарной безопасности, на основе которых были разработаны требования к учебно-лабораторному стенду.
Для лабораторного изучения системы пожарной охраны были разработаны методические указания по изучению подключения к ПЛК «ЭЛСИМА» пожарных извещателей, управлению системой пожаротушения контроллером «ЭЛСИМА» и настройке автоматизированного рабочего места оператора противопожарной системы. Написанные методические указания будут использованы в качестве указаний для лабораторных работ по системам пожарной охраны. Объём методического обеспечения данного стенда составляет 360 минут. Есть перспективы в разработке лабораторных работ по передаче данных по протоколу ModBus TCP/IP и по аварийным ситуациям.
Был проведён патентный обзор систем-аналогов стенда.
Был проведён анализ используемых в современных пожарных системах интерфейсов и протоколов. В результате проведённых исследований выявлено, что наиболее используемые в пожарной безопасности являются интерфейсы RS-485, Ethernet и RS-232, что указывает на их стабильность, надёжность и скорость передачи данных при обнаружении точки возгорания.
Была спроектирована принципиальная схема, на основе которой был разработан алгоритм работы системы пожаротушения. Данный алгоритм был реализован в программной среде CodeSys, где была проведена эмуляция и создана визуализация работы системы без подключения к ПЛК.
Были изучены российские, европейские и международные правила по пожарной безопасности, на основе которых были разработаны требования к учебно-лабораторному стенду.
Для лабораторного изучения системы пожарной охраны были разработаны методические указания по изучению подключения к ПЛК «ЭЛСИМА» пожарных извещателей, управлению системой пожаротушения контроллером «ЭЛСИМА» и настройке автоматизированного рабочего места оператора противопожарной системы. Написанные методические указания будут использованы в качестве указаний для лабораторных работ по системам пожарной охраны. Объём методического обеспечения данного стенда составляет 360 минут. Есть перспективы в разработке лабораторных работ по передаче данных по протоколу ModBus TCP/IP и по аварийным ситуациям.