Автоматическая система обнаружения и тушения очага огня

ВВЕДЕНИЕ 3
1. АНАЛИЗ СИСТЕМ ПОЖАРОТУШЕНИЯ 6
1.1 Анализ проблемы пожаротушения на мусороперерабатывающих заводах 6
1.2 Существующие системы пожаротушения 8
1.3 Возможности определения объектов тепловизором 12
1.4 Физические характеристики и баллистические параметры струй воды 13
1.5 Анализ патентных решений систем пожаротушения с применением тепловизора 17
2. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПОЖАРОТУШЕНИЯ 20
2.1 Система пожаротушения с применением тепловизора 20
2.2 Функциональная схема автоматизации 27
2.3 Расчёт параметров тепловизора 29
2.4. Расчёт баллистических параметров струи 30
2.5 Обработка изображения 34
2.6 Создание макета лафетного ствола 42
2.7 Принципиальная электрическая схема 47
2.8 Человеко-машинный интерфейс 51
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАВЕДЕНИЯ ЛАФЕТНОГО СТВОЛА В SIMULINK 56
3.1 Описание модели системы 56
3.2 Моделирование и анализ результатов 61
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 65
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 69
ПРИЛОЖЕНИЕ А 72
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 74
ПРИЛОЖЕНИЕ В 75
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 76

Весь текст будет доступен после покупки

Пожарная безопасность на промышленных объектах, особенно на предприятиях по переработке твёрдых коммунальных отходов, остаётся одной из наиболее острых и актуальных проблем современности. Мусороперерабатывающие заводы характеризуются высокой пожарной нагрузкой, наличием легко воспламеняющихся материалов и сложными условиями эксплуатации, что создаёт благоприятную среду для самовозгорания и быстрого распространения огня. Традиционные системы пожаротушения, основанные на ручном управлении или дымовых датчиках, часто не обеспечивают своевременного обнаружения очага возгорания, особенно на ранних стадиях, когда температура локально повышена, но ещё не сопровождается дымом или открытым пламенем. В связи с этим возрастает потребность в автоматизированных системах раннего обнаружения и локализации возгораний, способных оперативно реагировать без участия человека.
Актуальность настоящей работы обусловлена необходимостью повышения эффективности систем пожаротушения за счёт применения современных технических решений, в частности – тепловизионных датчиков и автоматизированных средств наведения. Использование тепловидения позволяет обнаруживать аномальные температурные зоны независимо от освещённости и задымлённости, что особенно важно в условиях мусороперерабатывающих производств. При этом ключевым становится не столько распознавание объекта, сколько надёжное обнаружение минимально возможного очага, что требует корректного расчёта пространственного разрешения системы и адекватного управления исполнительными механизмами.
Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка и исследование автоматизированной системы раннего обнаружения и тушения очагов возгорания на базе тепловизионного датчика и макета лафетного ствола.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи исследования:
1. Провести анализ существующих систем пожаротушения и выявить их недостатки в контексте применения на мусороперерабатывающих предприятиях.
2. Исследовать возможности тепловизионных датчиков для раннего обнаружения возгораний и выполнить расчёт минимального обнаруживаемого объекта с учётом параметров iFoV и дальности наблюдения.
3. Разработать функциональную и принципиальную электрическую схемы автоматизированной системы пожаротушения.
4. Реализовать алгоритмы обработки тепловизионного изображения с применением методов интерполяции (ближайшего соседа, билинейной и бикубической) для повышения качества визуализации.
5. Создать макет системы наведения лафетного ствола на базе микроконтроллера Arduino и сервоприводов.
6. Разработать человеко-машинный интерфейс оператора в среде MasterSCADA для мониторинга и управления системой.
7. Провести компьютерное моделирование процесса наведения в среде MATLAB/Simulink с анализом точности и динамики позиционирования при различных режимх управления шаговыми двигателями.

Весь текст будет доступен после покупки

АНАЛИЗ СИСТЕМ ПОЖАРОТУШЕНИЯ
1.1 Анализ проблемы пожаротушения на мусороперерабатывающих заводах
Большой проблемой являются возгорания на мусороперерабатывающих заводах. Ежедневно на мусороперерабатывающих заводах складываются и перерабатываются огромные объёмы отходов. Нередко в них содержатся легковоспламеняющиеся материалы. Если источники воспламенения попадут в зону хранения, например, во время доставки, существует серьезная опасность возгорания. Поэтому мусоросжигательные заводы подчиняются строжайшим требованиям противопожарной защиты, чтобы не подвергать опасности окружающую среду и местных жителей. По этой причине крайне важной профилактической мерой является постоянный мониторинг бункера или склада для отходов и, при необходимости, прилегающих территорий.
К сожалению, пожары на свалках и в хранилищах отходов - частая и хорошо известная проблема для специалистов по обращению с отходами. Эти пожары также могут быть вызваны самовозгоранием, при котором скрытый источник тепла в результате биологического разложения или процессов химического окисления вызывает повышение температуры. Если масса отходов не может рассеивать тепло быстрее, чем оно генерируется, может произойти самовозгорание [30]. Однако возгорание, конечно, также может быть вызвано другими скрытыми источниками тепла, такими как неисправные электрические приборы. Неконтролируемые пожары отходов приводят к образованию опасных уровней токсичных дымовых газов. Это часто наносит значительный ущерб как окружающей среде, так и самому мусоросжигательному заводу.
В результате пожара возникают различные финансовые потери: потеря энергоресурсов, снижение производительности, возможный сопутствующий ущерб, а также затраты на меры по тушению пожара и очистку, не говоря уже о риске травм или даже гибели людей.
Проведём расчёт для определения категории по пожарной опасности помещения бункера ТБО. В данном помещении отсутствуют вещества или материалы которые могут образовывать взрывоопасные паро-газо-воздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва превышающее 5 кПа, а также вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещениях превышает 5 кПа. С учетом этого, данное помещение не относится к категориям А и Б.

Рисунок 1 - Бункер мусороперерабатывающего завода
Объём бункера составляет примерно 4800м3, с массой твёрдых бытовых отходов примерно 1300т (при плотности 250 кг/ м3). Размещение нагрузки принято равномерно по площади. Усредненный морфологический состав ТБО по России с пересчётом в тонны для выбранного бункера. Пересчёт сделан для тех категорий, которые несут основную горючую нагрузку:
Таблица 1 - Перечень типов отходов
Тип отходов Процентное содержание/масса Низшая теплота сгорания, МДж/кг
Пищевые отходы 32% / 416 тонн 7,35
Бумага, картон 27% / 351 тонна 10,05
Отсев 10% / - -
Пластмасса 7% / 9 тонн 23,36
Металл 6% / - -
Стекло 5% / - -
Керамика, камни 5% / - -
Текстиль 5% / 65 тонн 19,59
Дерево 3% / 39 тонн 18,8
Теплота сгорания горючей нагрузки составит:
Q=416*7,35+351*10.05+91*25.36+65*19.59+39*18.8 = 10899,46 ГДж
Объём бункера составляет примерно 4800м3, с массой ТБО примерно 1300т (при плотности 250 кг/ м3). Размещение нагрузки принято равномерно по площади.
Удельная пожарная нагрузка составит:
g = Q/S =10899460 / 800 = 13624,32 МДж/м2
Таким образом, в соответствии с таблицей Б.1 СП 12.13130 помещение относится к категории В1 [8].
1.2 Существующие системы пожаротушения
Большинство автоматических систем пожаротушения предназначены для локализации очагов возгорания до развития критических стадий пожара для обеспечения сохранности защищаемого пространства, строительных конструкций, материального имущества и различных технологических установок.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Смирнов Д. Н., Виниченко С. Н. Автоматическая система раннего обнаружения и тушения очага огня // Сборник научных трудов кафедры автоматики и промышленной электроники. – Москва, 2021. – С. 71–75.
2. Смирнов Д. Н., Виниченко С. Н. Возможности обнаружения очагов возгорания тепловизионными камерами // Сборник научных трудов кафедры автоматики и промышленной электроники Российского государственного университета им. А. Н. Косыгина. – Москва, 2022. – С. 121–125.
3. Смирнов Д. Н., Масанов Д. В., Виниченко С. Н. Работа с протоколом Modbus RTU в Microsoft Excel // Сборник научных трудов кафедры автоматики и промышленной электроники. – Москва, 2021. – С. 41–47.
4. Фрасын П. Г., Масанов Д. В. Сравнительный анализ SCADA-систем для разработки программно-аппаратного комплекса водозаборного узла // Сборник научных трудов кафедры автоматики и промышленной электроники. – Москва : РГУ им. А. Н. Косыгина, 2021. – С. 67–71.
5. Свод правил СП 484.1311500.2020. Системы противопожарной защиты. Системы пожарной сигнализации и автоматизация систем противопожарной защиты. Нормы и правила проектирования. – Введ. 2021-03-01. – М. : Стандартинформ, 2020. – 84 с.
6. Свод правил СП 485.1311500.2020. Системы противопожарной защиты. Установки пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования. – Введ. 2021-03-01. – М. : Стандартинформ, 2020. – 96 с.
7. Свод правил СП 10.13130.2020. Системы противопожарной защиты. Внутренний противопожарный водопровод. Нормы и правила проектирования. – Введ. 2021-01-27. – М. : Стандартинформ, 2020. – 108 с.
8. ГОСТ Р 51115-97. Техника пожарная. Стволы пожарные лафетные. Общие технические требования. Методы испытаний. – Введ. 1999-01-01. – М. : Стандартинформ, 2020. – 24 с. – (с Изменением № 1).

Весь текст будет доступен после покупки