基于MCGS的固定式局部水基灭火系统性能评估装置研究

李志军，狄晶晶

（河北工业大学电工厂 天津 300130）

随着我国航运事业的发展，船舶的消防安全问题日益突出。动力机舱是船舶的动力输出场所，它对船舶的生存及各种任务的完成起着重要的作用。据不完全统计，近年来我国年均船舶火灾事故近30起，其中机舱火灾约占船舶火灾总数的75%。因此，研究适用于船舶动力机舱的高效灭火系统成为船舶消防安全亟待解决的问题之一。

2000年国际海事组织（IMO）海上安全委员会（MSC）召开第73届会议批准通过了在国际海上人命安全公约（SOLAS公约）修正案中增加局部水基灭火系统，规定对于2 002年7月1日以后建造的国际航行的500总吨以上的客船和2000总吨以上的货船，当其A类机器处所的容积超过500 m3时，应设置固定式局部水基灭火系统；对2 000总吨及以上的现有客船，应于2005年10月1日前安装固定式局部水基灭火系统[1]。近年来，国内对固定式局部水基灭火系统性能进行了一些研究工作。河北省产品质量监督检验院研究并设计了水基型灭火器喷射电绝缘性能试验装置[2]，解决了国内尚无检测水基型灭火设备火灾时喷射流的泄漏导电性能的专用设备问题。中国科技大学针刘江虹等对细水雾的灭火性能进行了研究，结果表明细水雾灭火速度快、耗水量低，并且对防护对象破坏性小，是卤代烷灭火剂的主要替代品之一。

鉴于固定式局部水基灭火系统仍属于新型消防系统，其灭火机理复杂，在进行灭火系统设计时还没有统一的标准可以参照。至今其灭火性能参数仍需要通过全尺寸实体灭火试验获取，浪费大量的人力、物力和财力，不利于固定式局部水基灭火系统的工程化应用[3]。因此，当前迫切需要研制一套标准的固定式局部水基灭火系统灭火性能评估装置，为固定式局部水基灭火系统的工程化应用提供技术支持。文中研制了一套基于MCGS组态软件的固定式局部水基灭火系统灭火性能评估装置，该装置测试过程实现全程自动化控制，测试可重复性好，能够对灭火系统的灭火性能做出准确评估。

1 设备控制及数据采集系统设计

固定式局部水基灭火系统性能评估装置由标准火源和设备控制及数据采集系统两部分组成。设备控制及数据采集系统的硬件基础为TPC7062K触摸屏，配合MCGS组态软件以及智能型测量报警仪表，电机转速测试仪表等。仪表之间通讯基于AIBUS通讯协议采用RS-485半双工总线通讯方式。根据现场采集的温度数据，来控制火源喷射量以及智能仪表的继电器动作。即当现场温度上升到某一数值时，再通过程序设计来实现对下位仪表控制。具体组态过程以及软件编程见如下叙述。

1.1 MCGS组态软件介绍

MCGS用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面[4]。大致组态流程如图1所示。

图1 MCGS组态流程Fig.1 MCGS configuration process

1.2 系统组态过程设计

1）窗口设计、建立实时数据库、设备编辑和变量连接

根据控制仪系统构成和计时流程要求，确定系统需要实时监控的对象，主要包括温度、压力、流量测量仪表的现场数据和继电器仪表开关量。采集的温度数据用曲线显示，并且系统采集所有数据进行实时存储。

按照系统中各个数据对象的要求，确定其数据类型，此过程是建立实时数据库的过程。如在时间记录仪中温度数据对象类型应该是数据型等。按要求建立其他的数据对象。

在组态系统中，将外部设备连接到系统中，通过软件中已经编辑好的设备驱动程序，再根据对应的外部仪表等的参数设定，设置设备相关的属性，将设备的各个参数如硬件参数配置、通讯地址、采集周期等封装在构件中，以对象的形式与外部设备建立数据的传输通道连接。通道与实时数据库的连接，设备构件可以向实时数据库提供从外部仪表采集到的数据，最后实现外部设备与监控系统的连接。通过用户窗口中各个部件建立，然后将部件与实时数据库中的数据对象进行变量连接，实现用实时数据库中的数据控制监控画面上器件的状态显示，便可实现变量连接，进而显示动画[5]。

2）编辑脚本程序

在用户窗口下脚本程序窗口进行程序编辑，系统能够按照程序设定的顺序和条件操作实时数据库，进而实现对外部仪表工作过程的准确控制及有条不紊的管理。根据系统要求，在设备连接后通过脚本程序编辑实现数据处理及对连接仪表的控制。例如灭火过程温度下降到100℃时，控制仪在根据用时长短显示该被测系统性能是否合格，程序如下：

程序设计以及正常运行才能保证实验顺利进行并得到合理而有效的结果。

2 试 验

2.1 试验装置

固定式局部水基灭火系统灭火性能评估装置主要包括压力采集仪表、流量采集仪表、控制仪、电机转速显示、温度采集仪表、变频器控制仪表、各种按钮控件以及燃料箱，如图2所示。固定局部式水基灭火系统灭火性能评估装置的标准火源由火源喷射枪提供，如图3所示。通过调节压力、流量等参数，进而控制喷射枪喷射油量，以提供热释放率为1 MW的标准模拟火源，燃料采用轻质油。火源喷嘴处用K型热电偶测量温度，火源枪杆处设有自动点火装置，可通过按钮控制弹簧达到自动伸缩的效果。整个枪杆采用循环水源冷却，避免燃料在未喷出前温度过高而自燃。

图2 试验装置Fig.2 Test equipment

图3 标准试验火源喷射枪Fig.3 Standard test fire spray gun

本次试验所测试的固定式局部水基灭火系统是中低压水压细水雾喷头XSWT系列。该系列细水雾喷头是近几年固定式局部水基灭火系统中最为常见和使用率较高的种类之一，型号中XSWT2.5/5.0，2.5是公称流量系数，最小工作压力为5.0 Mpa，采用四只水雾喷头按照正方形布置，相邻喷头之间的间距为3 m，喷头安装高度8 m。

2.2 试验步骤

1）试验布置 面积为1 m2、厚度为5 mm的正方形钢板放置在距地面1.5 m处。试验火源放置在钢板下距地面1 m，水平方向喷射，平板放在4只喷头中央正下方

2）参数调节 燃油喷嘴压力为0.85 MPa，雾化角度为80°，燃油流量为（0.03±0.05）kg/s，按照此要求调节出的燃油喷火的热释放率[6]为（1.1±0.1）MW。

3）试验过程记录 设置完成后开始试验，点燃试验火源，预燃时间为20 s，然后启动灭火系统，同时记录并存储过程数据。

3 试验结果与讨论

试验测试了固定式局部水基灭火系统的灭火性能，而且控制仪对试验数据进行实时记录显示并存储。图4为中低压水压细水雾喷头XSWT系列两种型号试验过程中火源燃烧温度变化趋势，表格1为试验数据，同一系列两种不同性能参数的细水雾喷头灭火数据的对比。为保证1 MW试验火源，压力和流量应保持在0.85和0.04左右。

通过对表1的数据分析可得出在灭火试验规范规定时间5 min内，火源温度已经下降到设定温度100℃以下，表明试验所测试系统性能合格，同时验证了该测试系统性能可靠，设计合理。设备操作全自动化控制，可作为固定式局部水基灭火系统灭火效能评估的标准测试装置。

图4 试验结果Fig.4 Test results

表1 试验数据结果Tab.1 Test data results

4 结 论

基于MCGS组态软件设计的设备控制及数据采集系统为固定式局部水基灭火系统性能测试提供了很大的方便，能快速有效地对系统性能做出评估，并且填补了该领域的空缺，成为测试水基灭火系统性能必不可少的工具。其中数据存储为研究该类灭火系统提供必要的试验数据。同时，该装置虽然在技术上取得了一定成绩，但仍有进一步加强和完善的空间。

[1]杨政.固定式局部水基灭火系统及其检验[C]//上海:中国航海学会船检专业委员会论文集，2011:55-65.

[2]李云鹤，王政，郑根朝，等.水基型灭火器喷射电绝缘性能试验装置：中国，ZL 200620127954.X[P].2007.

[3]程方涛.新型细水雾灭火实验研究[D].武汉:武汉大学，2004.

[4]北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.MCGS嵌入版组态软件用户指南 [EB/OL].（2011-05）[2011-11-12].http://www.gongkong.com/webpage/datum/201105/2011051610311 100005.htm.

[5]孟凡德，张颖.MCGS组态软件的应用及驱动程序开发[J].化工自动化及仪表，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]冯晓明.用于中低压水压的多芯细水雾喷头：中国，ZL 200720067357.7[P].2008.