基于MCGS的固定式局部水基滅火系統性能評估裝置研究

李志軍，狄晶晶

（河北工業大學電工廠 天津 300130）

隨著我國航運事業的發展，船舶的消防安全問題日益突出。動力機艙是船舶的動力輸出場所，它對船舶的生存及各種任務的完成起著重要的作用。據不完全統計，近年來我國年均船舶火災事故近30起，其中機艙火災約占船舶火災總數的75%。因此，研究適用于船舶動力機艙的高效滅火系統成為船舶消防安全亟待解決的問題之一。

2000年國際海事組織（IMO）海上安全委員會（MSC）召開第73屆會議批準通過了在國際海上人命安全公約（SOLAS公約）修正案中增加局部水基滅火系統，規定對于2 002年7月1日以后建造的國際航行的500總噸以上的客船和2000總噸以上的貨船，當其A類機器處所的容積超過500 m3時，應設置固定式局部水基滅火系統；對2 000總噸及以上的現有客船，應于2005年10月1日前安裝固定式局部水基滅火系統[1]。近年來，國內對固定式局部水基滅火系統性能進行了一些研究工作。河北省產品質量監督檢驗院研究并設計了水基型滅火器噴射電絕緣性能試驗裝置[2]，解決了國內尚無檢測水基型滅火設備火災時噴射流的泄漏導電性能的專用設備問題。中國科技大學針劉江虹等對細水霧的滅火性能進行了研究，結果表明細水霧滅火速度快、耗水量低，并且對防護對象破壞性小，是鹵代烷滅火劑的主要替代品之一。

鑒于固定式局部水基滅火系統仍屬于新型消防系統，其滅火機理復雜，在進行滅火系統設計時還沒有統一的標準可以參照。至今其滅火性能參數仍需要通過全尺寸實體滅火試驗獲取，浪費大量的人力、物力和財力，不利于固定式局部水基滅火系統的工程化應用[3]。因此，當前迫切需要研制一套標準的固定式局部水基滅火系統滅火性能評估裝置，為固定式局部水基滅火系統的工程化應用提供技術支持。文中研制了一套基于MCGS組態軟件的固定式局部水基滅火系統滅火性能評估裝置，該裝置測試過程實現全程自動化控制，測試可重復性好，能夠對滅火系統的滅火性能做出準確評估。

1 設備控制及數據采集系統設計

固定式局部水基滅火系統性能評估裝置由標準火源和設備控制及數據采集系統兩部分組成。設備控制及數據采集系統的硬件基礎為TPC7062K觸摸屏，配合MCGS組態軟件以及智能型測量報警儀表，電機轉速測試儀表等。儀表之間通訊基于AIBUS通訊協議采用RS-485半雙工總線通訊方式。根據現場采集的溫度數據，來控制火源噴射量以及智能儀表的繼電器動作。即當現場溫度上升到某一數值時，再通過程序設計來實現對下位儀表控制。具體組態過程以及軟件編程見如下敘述。

1.1 MCGS組態軟件介紹

MCGS用主控窗口、設備窗口和用戶窗口來構成一個應用系統的人機交互圖形界面[4]。大致組態流程如圖1所示。

圖1 MCGS組態流程Fig.1 MCGS configuration process

1.2 系統組態過程設計

1）窗口設計、建立實時數據庫、設備編輯和變量連接

根據控制儀系統構成和計時流程要求，確定系統需要實時監控的對象，主要包括溫度、壓力、流量測量儀表的現場數據和繼電器儀表開關量。采集的溫度數據用曲線顯示，并且系統采集所有數據進行實時存儲。

按照系統中各個數據對象的要求，確定其數據類型，此過程是建立實時數據庫的過程。如在時間記錄儀中溫度數據對象類型應該是數據型等。按要求建立其他的數據對象。

在組態系統中，將外部設備連接到系統中，通過軟件中已經編輯好的設備驅動程序，再根據對應的外部儀表等的參數設定，設置設備相關的屬性，將設備的各個參數如硬件參數配置、通訊地址、采集周期等封裝在構件中，以對象的形式與外部設備建立數據的傳輸通道連接。通道與實時數據庫的連接，設備構件可以向實時數據庫提供從外部儀表采集到的數據，最后實現外部設備與監控系統的連接。通過用戶窗口中各個部件建立，然后將部件與實時數據庫中的數據對象進行變量連接，實現用實時數據庫中的數據控制監控畫面上器件的狀態顯示，便可實現變量連接，進而顯示動畫[5]。

2）編輯腳本程序

在用戶窗口下腳本程序窗口進行程序編輯，系統能夠按照程序設定的順序和條件操作實時數據庫，進而實現對外部儀表工作過程的準確控制及有條不紊的管理。根據系統要求，在設備連接后通過腳本程序編輯實現數據處理及對連接儀表的控制。例如滅火過程溫度下降到100℃時，控制儀在根據用時長短顯示該被測系統性能是否合格，程序如下：

程序設計以及正常運行才能保證實驗順利進行并得到合理而有效的結果。

2 試 驗

2.1 試驗裝置

固定式局部水基滅火系統滅火性能評估裝置主要包括壓力采集儀表、流量采集儀表、控制儀、電機轉速顯示、溫度采集儀表、變頻器控制儀表、各種按鈕控件以及燃料箱，如圖2所示。固定局部式水基滅火系統滅火性能評估裝置的標準火源由火源噴射槍提供，如圖3所示。通過調節壓力、流量等參數，進而控制噴射槍噴射油量，以提供熱釋放率為1 MW的標準模擬火源，燃料采用輕質油。火源噴嘴處用K型熱電偶測量溫度，火源槍桿處設有自動點火裝置，可通過按鈕控制彈簧達到自動伸縮的效果。整個槍桿采用循環水源冷卻，避免燃料在未噴出前溫度過高而自燃。

圖2 試驗裝置Fig.2 Test equipment

圖3 標準試驗火源噴射槍Fig.3 Standard test fire spray gun

本次試驗所測試的固定式局部水基滅火系統是中低壓水壓細水霧噴頭XSWT系列。該系列細水霧噴頭是近幾年固定式局部水基滅火系統中最為常見和使用率較高的種類之一，型號中XSWT2.5/5.0，2.5是公稱流量系數，最小工作壓力為5.0 Mpa，采用四只水霧噴頭按照正方形布置，相鄰噴頭之間的間距為3 m，噴頭安裝高度8 m。

2.2 試驗步驟

1）試驗布置 面積為1 m2、厚度為5 mm的正方形鋼板放置在距地面1.5 m處。試驗火源放置在鋼板下距地面1 m，水平方向噴射，平板放在4只噴頭中央正下方

2）參數調節 燃油噴嘴壓力為0.85 MPa，霧化角度為80°，燃油流量為（0.03±0.05）kg/s，按照此要求調節出的燃油噴火的熱釋放率[6]為（1.1±0.1）MW。

3）試驗過程記錄 設置完成后開始試驗，點燃試驗火源，預燃時間為20 s，然后啟動滅火系統，同時記錄并存儲過程數據。

3 試驗結果與討論

試驗測試了固定式局部水基滅火系統的滅火性能，而且控制儀對試驗數據進行實時記錄顯示并存儲。圖4為中低壓水壓細水霧噴頭XSWT系列兩種型號試驗過程中火源燃燒溫度變化趨勢，表格1為試驗數據，同一系列兩種不同性能參數的細水霧噴頭滅火數據的對比。為保證1 MW試驗火源，壓力和流量應保持在0.85和0.04左右。

通過對表1的數據分析可得出在滅火試驗規范規定時間5 min內，火源溫度已經下降到設定溫度100℃以下，表明試驗所測試系統性能合格，同時驗證了該測試系統性能可靠，設計合理。設備操作全自動化控制，可作為固定式局部水基滅火系統滅火效能評估的標準測試裝置。

圖4 試驗結果Fig.4 Test results

表1 試驗數據結果Tab.1 Test data results

4 結 論

基于MCGS組態軟件設計的設備控制及數據采集系統為固定式局部水基滅火系統性能測試提供了很大的方便，能快速有效地對系統性能做出評估，并且填補了該領域的空缺，成為測試水基滅火系統性能必不可少的工具。其中數據存儲為研究該類滅火系統提供必要的試驗數據。同時，該裝置雖然在技術上取得了一定成績，但仍有進一步加強和完善的空間。

[1]楊政.固定式局部水基滅火系統及其檢驗[C]//上海:中國航海學會船檢專業委員會論文集，2011:55-65.

[2]李云鶴，王政，鄭根朝，等.水基型滅火器噴射電絕緣性能試驗裝置：中國，ZL 200620127954.X[P].2007.

[3]程方濤.新型細水霧滅火實驗研究[D].武漢:武漢大學，2004.

[4]北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司.MCGS嵌入版組態軟件用戶指南 [EB/OL].（2011-05）[2011-11-12].http://www.gongkong.com/webpage/datum/201105/2011051610311 100005.htm.

[5]孟凡德，張穎.MCGS組態軟件的應用及驅動程序開發[J].化工自動化及儀表，2004，31（1）:72-73.MENG Fan-de，ZHANG Ying.MCGS configuration software application and driver development[J].Control and Instruments in Chemical Industry，2004，31（1）:72-73.

[6]馮曉明.用于中低壓水壓的多芯細水霧噴頭：中國，ZL 200720067357.7[P].2008.