第２８卷第３期 ２０１３年６月 柳州师专学报 ＶｏｌＪ ２８ Ｎｏ．３ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｕｚｈｏｕ Ｔｅａｃｈｅｒｓ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｊｕｎ．２０１３ 智能楼字消防系统自动控制系统设计 黄寅鹏 朋与 ５４７０００） （广西现代职业技术学院，广西河池摘要：根据智能楼宇消防系统的应用需求，设计出由火灾自动检测、火情自动报警、火情信息实时发布和火灾 自动扑灭等功能模块组成的自动消防系统．通过设计基于模糊ＰＩＤ算法的自动控制系统，实现了消防过程的智能化、 自动化的控制． 关键词：智能楼宇；自动控制；模糊ＰＩＤ；消防系统；智能化 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—７０２０（２０１３）０３—０１３８—０４ ０前言 随着人们对生活的品质追求越来越高，智能楼宇 已经成为当前人们研究的一个热点问题．智能楼宇中 的自动化程度和信息化程度也越来越高¨。］．尤其是 如今人们对建筑的安全也给予了十分高的重视程度， 的智能楼宇自动消防控制流程¨ ］．既需要包括对火 警的报警，更重要的是能够自动的实现火警的扑灭， 并能够通过控制智能楼宇的相关设施和安防设备，有 效地控制火势的蔓延，将智能楼宇中的火灾危害控制 在最小，同时有效地对智能楼宇中的人员进行疏导， 对智能楼宇中的财产进行科学合理的保护，充分体现 智能楼宇中的自动化控制效能 ． 因此在智能建筑中如何构建高效能自动化的消防控 制系统，是智能楼字目前研究的一个热点问题Ｈ ］． 通过对近年来国内有关智能楼宇的相关研究成果进 行分析可以发现，目前对智能楼宇中的消防自动控制 系统的研究文献已很多，比较有代表性的主要有：刘 １ 智能楼宇消防系统的组成 为了满足智能楼宇的消防应用需求，本文研究的 智能楼宇消防系统组成结构比传统的消防组成结构 英德针对现代智能楼宇控制系统的应用需要，通过和 以太网技术及现场总线技术发展趋势相结合，设计了 一要复杂，其除了包括对火警的检测和报警之外，还包 含了其他消防管制火灾扑灭安全逃生等多种辅助的 子系统．智能楼宇的消防系统组成结构如图一所示． 从图一可以看出，组成智能楼宇消防系统的上层 套满足应用需求的智能楼宇控制系统 ；魏立明深 入研究了智能楼宇火灾监控系统中的总线连接方 式 ；翟力，黄文美，宋桂英针对空调系统的特点 和空调系统节能方案，提出了空调系统进行 了节能改造，提高主机及空调系统工作效率 ］． 然而，智能楼宇中的消防自动控制系统在实际的 应用需求中，与目前的研究现状仍然存在一定差距． 具体而言，主要表现为，当前对智能楼宇自动消防控 的核心为控制计算机，由控制计算机连接了若干台监 控终端，用户可以通过监控终端对整个智能楼宇中的 消防系统进行巡视，这也是智能楼宇消防系统日常运 行过程中，用户与智能楼宇的消防系统进行交互的环 境．并通过监控终端让用户及时的了解和掌握智能楼 宇中的消防系统运行状况．通过控制计算机连接的各 应用子系统是智能楼宇消防系统的核心部分．如图一 所示，智能楼宇的各功能子系统主要包括传感器探头 系统、自动喷水系统、门禁系统、水源供应系统、视频 监控系统、语音监控系统、电力控制系统和生命探测 制系统的研究成果主要集中在如何监测到智能楼宇 中火情的发现，并及时的产生报警信息¨ ．而事实 上，随着楼宇建筑的规模越来越庞大，楼宇内部的结 构也越来越复杂，在智能楼宇设计系统中，消防自动 控制系统不仅仅需要具备火警的检测识别和报警功 能，更重要的是需要根据智能楼宇中的火警和火情的 情况，对火警和火情进行综合分析，制定出科学合理 系统．其中传感器探测系统主要是探测智能楼宇中各 种火情火警信息，是整个智能楼宇消防系统的最基础 的部分，在本文设计的智能楼宇消防系统中，能够支 ［收稿日期］２０１３—０３—２２ ［基金资助］广西教育厅科研课题“楼宇智能实训教学设备的研制”（２０１１０６ＬＸ７５５）；柳州职业技术学院基金课￣（２Ｏｌ１Ａ０２）。 ［作者简介］黄鹏（１９６９一），男，广西巴马人，讲师，工程师，研究方向：机械设计与制造。 １３８ 持的火情探测类型主要包括烟雾探测、温度探测、火 焰探测和可燃气体探测．在具体实施的时候，这些探 测器将采用分布式的方式部署在整个智能楼宇中的 水源供应系统是对智能楼宇中的消防用水进行监测， 在平时运转过程中，主要监测智能楼宇中的消防用水 供应是否正常，一旦出现火灾，水源供应系统将在计 各个角落，实施地监控智能楼宇中的各种火情信息． 自动喷水系统是对整个智能楼宇消防灭火的一个关 键子系统．也是一旦在智能楼宇中发生火灾之后，及 时控制和扑灭火灾的重要系统．整个自动喷水子系统 算机的控制下对供应的水源进行合理地调配，使得发 生火灾的区域的供水能够得到最大化的满足．视频监 控系统和语音监控系统则是用于人们在智能楼宇出 现火情火警的时候能够更好地掌握智能楼宇中的实 时状况，通过视频监测能够实时地看到楼宇内部的场 通过大量的喷水终端部署在智能楼宇的各个消防位 置，一旦智能楼宇中发生火灾之后，自动喷水系统将 在控制计算机的控制下，自动喷射水源，扑灭火灾．门 禁系统是智能楼宇消防系统中的一个重要的辅助部 分，一旦发生火灾之后，智能楼宇中的火势很容易在 各个房间各个楼层之间迅速蔓延，为了提高智能楼宇 的防火安全性，在楼宇建设过程中设置了一定数量的 安全防火门，一旦出现火情，智能楼宇的消防系统将 根据对火情的监控情况制定防火的隔离措施，并关闭 景，同时也能够通过与语音系统向智能楼宇内部的人 员进行通话、引导楼宇内部的人员选择正确的方式和 路径进行逃生．电力控制系统也是配合消防系统进行 对智能楼宇中的用电安全情况进行监测，即负责管理 智能楼宇内部的用电安全，同时当出现火灾之后，有 选择性的切断相应的危险电源．而对于消防系统必须 依赖的电源系统，则给予足够的保障，维护其正常运 行．生命探测系统则是智能楼宇消防系统中的另一个 重要补充，一旦在智能楼宇中发生火灾，现场往往十 分混乱，这给消防救援带来很大的困难，通过智能楼 宇内部的生命探测系统可以实时地掌握智能楼宇中 哪些区域哪些位置还有没有及时逃生的人员，有助于 引导消防人员对智能楼宇中的被困人员开展施救． ｌ …… ｌ 监控终端 相应的防火隔离门，使得火情能够被控制在有限的范 围之内．除此之外，门禁系统还控制着另外一个通道， 即安全逃生通道，一旦发生火灾之后，控制计算机将 根据发生火灾的位置及蔓延的区域，及时地打开相应 的安全通道，使得智能楼宇中的人员能够进行逃生． 监控终端 ｌ ｛ 监控终端控制计算机 控制总线 磬 可 烟 雾 探 测 温 火 度 焰 探 探 测 测 器 器 器 燃 气 体 探 测 器 喷 水 终 端 防 火 门 门 禁 安 全 门 门 禁 供 应 应 水 水 源 调 监 配 测 供 摄 像 头 终 语 曰 配 终 端 端 电 终 端 探 测 终 端 图１ 智能楼宇消防系统组成结构 ２ 自动控制系统设计方案 通过分析智能楼宇中的消防系统的组成结构，可 以知道在智能楼宇中消防系统事实上并不是一个单 纯的系统，而是一个由多个子系统所组成的综合 应用系统．而且在该系统中，有些子系统具有相对明 确的规则，可以通过预先制定决策规则进行管理，比 如对水源的控制，对门禁系统的控制，其控制规则相 对明确，然而有些问题则难以用比较明确的规则进行 控制，比如在智能楼宇中一旦出现火灾，多种探测器 都将探测到各种不同的火情信息，那么此时智能楼宇 中的消防系统如何对这些信息进行处理，究竟应该将 哪些区域判定为更严重的火情，则并没有十分明确地 规则．而且在形成消防灭火方案的时候，如何对智能 楼宇中发生的多种火情进行科学的调度，如何控制智 能楼宇消防系统中的电力控制系统、水源供应系统以 １ ３９ 及生命探测系统等多种辅助子系统的功能，使得智能 楼宇在发生火灾的情况下能够采用最Ｎ－学最合理的 ＰＩＤ的前端消防控制系统是关键． ３模糊ＰＩＤ算法的设计与实现 方式对火情进行处理． 为了解决这些问题，本文通过深入研究智能楼宇 中的消防系统，根据该消防系统中的组成部分以及各 子系统所具备的功能，研究设计了如图二所示的智能 楼宇消防自动控制系统组成结构图． 基于模糊ＰＩＤ的智能楼厂———一 温度探测器 字消防前端控制系统 湿度探测器 ＼、／ｌ控制器 、Ｊ模糊ＰＩＤ ／，一一——＼＼Ｊ———— 烟雾探测器 消防水压 ｌ 探测器 图２智能楼宇消防自动控制系统 从该图中可以看出，在智能楼宇消防系统设计的 时候，根据智能楼宇消防子系统所具备的功能，将智 能楼宇消防控制系统分为两部分所组成，一部分是基 于模糊ＰＩＤ的智能楼宇消防前端控制系统，另一部分 是基于决策树的智能楼宇后端控制系统． 其中，基于模糊ＰＩＤ的前端消防子系统，主要通 过对智能楼宇中各传感器采集的参数进行模糊处理， 判别当前在智能楼宇中是否存在火情和火警，而后端 的基于决策树的后端消防处理系统，则主要通过对智 能楼宇中的楼层信息、房间分布、水管布线图、电力的 布线图以及各种通道的分布图进行综合分析，在智能 楼宇发生火灾的时候，制定出科学合理的消防救灾方 案，及时地将火情控制在有限的范围之内，并及时地 将其扑灭． 由于在智能楼宇中，对火灾的处理更多的工作是 集中在对火情的监测与预警，因此基于模糊ＰＩＤ的前 端火情预警系统，是整个智能楼宇消防系统的核心部 分，通过前端的预警系统能够准确的掌握智能楼宇中 当前是否存在火警，然而，对智能楼宇各种火情预警 传感器所得到的数据进行判别时，往往不能够采用简 单地规则进行判断，比如智能楼宇中的温度传感器， 一旦探测到高于可燃点的温度，则可能会发出火情的 预警．然而，如果仅仅以此作为预警的条件，则在火情 预警的过程中，很容易出现误报，因为在智能楼宇中 哪怕是正常的超出可燃点的温度时，都有可能会触发 整个智能楼宇的预警动作．而且如果在前端产生虚假 的预警信息，则可能会导致消防系统的后端处理系统 做出进一步的错误的动作，如自动打开喷水系统、自 动启动消防系统的应急预案等．因此针对本文设计的 智能楼宇消防系统自动控制设计方案中，对基于模糊 １４０ 本文在设计智能楼宇前端的预警系统中，采用了 基于模糊ＰＩＤ的控制方法，能够较好地解决消防系统 中多种传感器采集得到的预警信息，并做出正确的预 警判断． 本文设计的模糊ＰＩＤ控制器，是在ＰＩＤ控制器的 基础上引入模糊控制规则，以提高消防系统自动检测 和判断的准确性．其中，ＰＩＤ控制器中，内部包含了比 例控制器、积分控制器和微分控制器．比例控制器反 映的是输出量与输入量之间的线性关系．积分控制器 则是反映在过去一段累计时间内的影响情况，如果缺 少积分控制器，那么一旦仅仅依靠比例控制器进行调 节的时候，如果存在误差，那么随着时间的推移，这种 误差会逐渐地累计，甚至会产生十分巨大的偏差．而 引入了积分控制器，则能够很好地消除这一现象．如 果，在仅仅使用比例控制器的时候，会产生误差，那么 随着时间的推移，积分控制器也在不断累计这种误 差．因ｊｔｌ：使用积分控制器能够很好地消除由于一段时 间累计所造成的累计误差．而微分控制器则主要是反 映在未来的变化趋势，由于ＰＩＤ控制器所监测的对象 往往是一个动态的对象，随着时间的推移，其输入值 会呈现某种朝着某个方向发展的变化趋势，使用微分 控制器能够预知这种变化趋势，并促使ＰＩＤ控制器做 出相应的动作． 事实上，单纯的使用ＰＩＤ控制器就能够解决智能 楼宇中的消防自动控制问题．但是，在使用ＰＩＤ控制 器的时候，很容易出现震荡的现象，而ｘ，／于消防控制 而言，产生这种震荡ｘ，ｌ－消防报警是十分不利的，要么 会产生虚警或者误报，要么会导致正确的报警需要等 待较长的延时之后才能够产生，这两种情况都是在智 能楼字消防应用过程中难以接受的．为此，需要引入 模糊控制原理，来提高ＰＩＤ控制器的控制性能．模糊 规则最大的好处是可以促使被控制的对象更好地趋 近于其控制目标，不会产生震荡现象．但是仅仅使用 模糊规则，而不适用ＰＩＤ控制器，其控制的收敛速度 太慢．因此，本文为了解决消防控制系统中的自动判 别自动控制的问题，使用模糊ＰＩＤ控制器，在具体实 现时，将具体建立了如下图３所示的模糊控制隶属度 函数和表１模糊控制规则表．其中图３给出了不同的 数值对应的模糊变量，从该图中可以直接看到参数不 同取值范围对应的模糊量．表１给出了误差变量与变 换速度的模糊控制规则表，通过查找该表的数值，可 以让ＰＩＤ控制器根据当前的误差量及变换速度值直 接得到控制输出量． 在实际的应用过程中，还可以通过对实际的应用 环境的特点，对模糊控制规则进行调整．用户如果希 望对消防系统提出更高的预警敏感度，比如被保护的 案，也不能够最有效地对智能楼宇中的人员和财产进 行保护．本文通过研究和实现基于模糊ＰＩＤ的智能楼 宇的智能消防系统，具有控制效率高，响应速度快的 优点，对提高智能楼宇的安全程度和自动化程度，都 有着十分重要的意义．这也是未来智能楼宇研究和建 设的一个重要发展方向． 对象是智能楼宇中非常重要的区域，像档案室、财务 室等场地，则可以将消防系统的敏感度进行调高，此 时可以将对应区域的模糊ＰＩＤ控制器中的模糊规则 进行适当的修改，以适应现实环境中的需求特点． ＮＢ ＮＭ ＮＳ Ｏ ＰＳ ＰＭ ＰＢ ［参考文献］ ［１］高晓峰．ＡＶ系统在智能化楼宇中的应用［Ｊ］．智能建筑与 城市信息，２０１０（４）：２０—２２． ［２］廉小亲，等．基于ＷｅｂＡｃｃｅｓｓ的智能楼字监控系统［Ｊ］．计 算机工程与设计，２００８，２９（２４）：６３８２—６３８５． 一３ ．２ —１ Ｏ １ ２ ３ ［３］周洪煜，陈小健，陈孜虎．变水量与变风量的空调节能 图３模糊变量的隶属度函数 表１ 误差变量与变换速度的模糊控制规则表 ＮＢ ＮＢ ＮＭ ＮＢ ＮＢ ＮＭ ＮＢ ＮＭ ＮＳ ＮＢ ＮＭ Ｚ０ ＮＭ ＮＭ ＰＳ ＮＭ ＮＳ ＰＭ ＮＳ ＮＭ ＰＢ ＮＳ ＮＳ 控制策略［Ｊ］．控制工程，２０１１，１８（３）：４７４—４７８， ［４］彭新一，李学强．空调节能系统分析和控制［Ｊ］．广西 师范大学学报：自然科学版，２０１１，２９（２）：２２７—２３３． ［５］张鹏，姜乐华，程健．基于以太网的智能楼宇总线设计与实 现［Ｊ］．计算机工程与科学，２００９，３１（３）：１４９—１５８． ［６］张晓力，等．基于ＷｅｂＡｃｃｅｓｓ的地源热泵远程监控系统研 究与实现［Ｊ］．测控技术，２００９，２８（６）：５１—５７． ［７］刘英德．基于以太网的智能楼宇控制系统开发［Ｊ］．煤炭技 术，２０１２，３１（３）：１５７—１５９． ＮＳ Ｚ０ ＮＭ ＮＳ ＮＭ ＮＳ ＮＳ Ｚ０ ＮＳ Ｚ０ Ｚ０ ＰＳ Ｚ０ ＰＳ Ｚ０ ＰＳ ＰＳ ＰＭ ＺＯ ＰＳ ＮＳ ＺＯ ＰＳ ＰＢ ＰＳ ＰＳ ＰＳ ＰＭ ＰＳ ＰＭ ＰＳ ＰＭ ［８］魏立明．Ｌｏｎｗｏｒｋｓ总线技术在智能楼宇火灾监控系统中的 应用研究［Ｊ］．电气应用，２０１２（６）：４２—４４． ［９］翟力，黄文美，宋桂英．智能楼宇空调节能控制研究 ［Ｊ］．电气应用，２０１１，３０（１８）：３２—３４． ＰＢ ＰＳ ＰＳ ＰＢ ＰＢ ＰＢ ＰＢ ＰＢ ４ 总结 消防系统是智能楼宇中的非常重要的安防系统， 提高智能楼宇中消防系统智能化程度，能够有效地提 高智能楼宇的安全性．目前智能楼宇中安防系统的研 究和实现还更多地是集中在传统的监测及响应的阶 段，即通过监测智能楼宇中存在的火情火险，然后再 按照预先设定的规则，启动相应的消防措施．这种简 单地监测与响应的规则，智能化程度不高，在实际应 用过程中，往往不能够最科学合理地制定火情控制方 ［１０］陈立定，杜德飞．智能楼宇中可视对讲系统的构建与实现 ［Ｊ］．自动化与仪表，２０１１，２６（６）：３６—３９． ［１１］李文，等．基于ＷｅｂＡｃｃｅｓｓ的远程监控系统的研究［Ｊ］．工 业仪表与自动化装置，２００９（５）：２３—２５． ［１２］段敬民，等．智能楼宇远程监控系统的数据交互研究［Ｊ］． 中国工程科学，２００８，１０（８）：７３—７５． ［１３］王云汉．物联网技术在楼宇智能化系统中的应片ｊ［Ｊ］．惠 州学院学报：自然科学版，２０１０，３０（６）：７７—８１． Ｄｅｓｉｇｎ ｏｎ Ｆｉｒｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ＨＵＡＮＧ Ｐｅｎｇ （Ｇｕａｎｇｘｉ Ｍｏｄｅｍ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅｅｈｉ，Ｇｕａｎｇｘｉ，５４７０００ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａ ｆｉｒｅ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｉｒｅ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｆｉｒｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓ— ｔｅｒｎ，ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｆｉｒｅ ａｌａｒｎｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｆｉｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｓｐｒｉｎｋｌｉｎｇ ｆｉｒｅ ｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．Ｂｙ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｆｉｒｅ ａｕｔｏ— ｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｆｕｚｚｙ ＰＩＤ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ａｎｄ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｆｉｒｅ ｃａｎ ｂｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ，ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｆｕｚｚｙ ＰＩＤ，ｆｉｒｅ ｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｉｚａｔｉｏｎ （责任编辑：李洁坤） １４１
