時(shí)間：2022-03-15 16:54:51
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關(guān)鍵詞：火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)
現(xiàn)代化的建筑規(guī)模大、標(biāo)準(zhǔn)高、人員密集、設(shè)備眾多，對防火要求極為嚴(yán)格。為此，除對建筑物平面布置、建筑和裝修材料的選用、機(jī)電設(shè)備的選型與配置有許多限制條件外，還需要設(shè)置現(xiàn)代化的消防設(shè)施。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，各種高層建筑、大中型商業(yè)建筑、廠房不斷涌現(xiàn)，對自動(dòng)消防報(bào)警系統(tǒng)提出了更高更嚴(yán)的要求。為了早期發(fā)現(xiàn)和通報(bào)火災(zāi)，防止和減少火災(zāi)危害，保護(hù)人身和財(cái)產(chǎn)安全，保衛(wèi)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)，在現(xiàn)代化的工業(yè)民用建筑、賓館、圖書館、科研和商業(yè)部門，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)已成為必不可少的設(shè)施。電氣工程設(shè)計(jì)、安裝和使用是否正確不僅直接影響到建筑的消防安全而且也直接關(guān)系到各種消防設(shè)施能否真正發(fā)揮作用。因此，自動(dòng)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)的設(shè)計(jì)及設(shè)備選型顯得尤為重要。
一、系統(tǒng)的組成
火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警與消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)是建筑物防火綜合監(jiān)控系統(tǒng)，由火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)組成。在實(shí)際工程應(yīng)用中，系統(tǒng)的組成是多種多樣的，設(shè)備量的多少、設(shè)備種類都會(huì)有很大的不同。但是，決定系統(tǒng)特征的是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警和消防聯(lián)動(dòng)控制這兩個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式。
（一）火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的組成
火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)一般由探測器、信號(hào)線路和自動(dòng)報(bào)警裝置三部分組成。
1、火災(zāi)探測器和手動(dòng)報(bào)警按鈕
火災(zāi)探測器是整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)的檢測元件。它的工作穩(wěn)定性、可靠性和靈敏度等技術(shù)指標(biāo)直接影響著整個(gè)消防系統(tǒng)的運(yùn)行。
1）探測器的種類
火災(zāi)探測器的種類很多，大致有如下幾種：
（1）離子感煙探測器。
（2）光電感煙探測器。
（3）感溫探測器（包括定溫式和差溫式）。
（4）氣體式探測器。
（5）紅外線式探測器。
（6）紫外線式探測器。
2）常用的火災(zāi)探測器基本原理
（1）感煙火災(zāi)探測器
火災(zāi)發(fā)展過程大致可以分為初期階段、發(fā)展階段和衰減熄滅階段。感煙火災(zāi)探測器的功能在于：在初燃生煙階段，能自動(dòng)發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，以期將火撲滅在未成災(zāi)害之前。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，感煙探測器可分為離子感煙探測器和光電感煙探測器。
①離子感煙探測器
離子式感煙探測器是由兩個(gè)內(nèi)含Am241放射源的串聯(lián)室、場效應(yīng)管及開關(guān)電路組成的。內(nèi)電離室即補(bǔ)償室，是密封的，煙不易進(jìn)入；外電離室即檢測室，是開孔的，煙能夠順利進(jìn)入。在串聯(lián)兩個(gè)電離室的兩端直接接入24V直流電源。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，煙霧進(jìn)入檢測電離室，Am241產(chǎn)生的α射線被阻擋，使其電離能力降低，因而電離電流減少，檢測電離室空氣的等效阻抗增加，而補(bǔ)償電離室因無煙進(jìn)入，電離室的阻抗保持不變，因此，引起施加在兩個(gè)電離室兩端分壓比的變化，在檢測電離室兩端的電壓增加量達(dá)到一定值時(shí)，開關(guān)電路動(dòng)作、發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
②光電感煙探測器
光電式感煙探測器由光源、光電元件和電子開關(guān)組成。利用光散射原理對火災(zāi)初期產(chǎn)生的煙霧進(jìn)行探測，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。按照光源不同，可分為一般光電式、激光光電式、紫外光光電式和紅外光光電式等4種。
a、一般光電式感煙探測器根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為遮光型和散射型兩種。
遮光型光電感煙探測器由一個(gè)光源（燈泡或發(fā)光二極管）和一個(gè)光電元件對應(yīng)裝在小暗室內(nèi)構(gòu)成。在無煙情況下，光源發(fā)出的光通過透鏡聚成光束，照射到光電元件上，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，使整個(gè)電路維持在正常狀態(tài)，不發(fā)出報(bào)警。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生有煙霧進(jìn)入探測器，使光的傳播特性改變，光強(qiáng)明顯減弱，電路正常狀態(tài)被破壞，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
散射光電式感煙探測器的發(fā)光二極管和光電元件設(shè)置的位置不是對應(yīng)的。光電元件設(shè)置在多孔的小暗室里。無煙霧時(shí)，光不能射到光電元件上，電路維持正常狀態(tài)。而發(fā)生火災(zāi)時(shí)，有煙霧進(jìn)入探測器，光通過煙霧粒子的反射或散射到達(dá)光電元件上，則光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路放大后，驅(qū)動(dòng)自動(dòng)報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
b、激光式感煙探測器。由激光發(fā)射機(jī)（包括脈沖電源和激光發(fā)生器）和激光接收器（包括光電接收器、脈沖放大及報(bào)警）組成。它利用激光方向性強(qiáng)、亮度高及單色性和相干性好的特點(diǎn)。在無煙情況下，脈沖激光束射到光電接收器上，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，報(bào)警器不發(fā)出報(bào)警。一旦激光束在發(fā)射過程中有煙霧遮擋而減弱到一定程度，使光電接收器信號(hào)顯著減弱，探測器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在種類繁多的激光光源中，半導(dǎo)體激光器由于具有所需激發(fā)電壓低、效率高、脈沖功率大、器件體積小、耐震、壽命長和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)而受到重視。
c、紫外光和紅外光感煙探測器。它們具有靈敏度高、性能穩(wěn)定、可靠、探測方位準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，因而得到普遍重視，并成為目前火災(zāi)探測器的重要設(shè)備和發(fā)展方向。
光電式感煙探測器發(fā)展很快，種類不斷增多，就其功能而言，它能實(shí)現(xiàn)早期火災(zāi)報(bào)警，除應(yīng)用于大型建筑物內(nèi)部外，還特別適用于電氣火災(zāi)危險(xiǎn)性較大的場所，如計(jì)算機(jī)房、儀器儀表室和電纜溝、隧道等處。
（2）感溫火災(zāi)探測器
感溫探測器按結(jié)構(gòu)原理不同有雙金屬片型、膜盒型、熱敏電子元件型等三種。
①雙金屬片型是應(yīng)用兩種不同膨脹系數(shù)的金屬片作為敏感元件的，一般制成差溫和定溫兩種形式，定溫式是當(dāng)環(huán)境溫度上升達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，定溫部件立即動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警信號(hào)；差溫式是當(dāng)環(huán)境溫度急劇上升，其溫升速率（℃/min）達(dá)到或超過探測器規(guī)定的動(dòng)作溫升速率時(shí)，差溫部件立即動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
②膜盒型探測器由波紋板組成一個(gè)氣室，室內(nèi)空氣只能通過氣塞螺釘?shù)男】着c大氣相通。一般情況下（指環(huán)境溫升速率不大于1℃/min），氣室受熱，室內(nèi)膨脹的氣體可以通過氣塞螺釘小孔泄漏到大氣中去。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，溫升速率急劇增加，氣室內(nèi)的氣壓增大，波紋板向上鼓起，推動(dòng)彈性接觸片，接通電接點(diǎn)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
③電子感溫探測器由兩個(gè)阻值和溫度特性相同的熱敏電阻和電子開關(guān)線路組成，兩個(gè)熱敏電阻中一個(gè)可直接感受環(huán)境溫度的變化，而另一個(gè)則封閉在一定熱容量的小球內(nèi)。當(dāng)外界溫度變化緩慢時(shí)，兩個(gè)熱敏電阻的阻值隨溫度變化基本相接近，開關(guān)電路不動(dòng)作。火災(zāi)發(fā)生時(shí)，環(huán)境溫度劇烈上升，兩個(gè)熱敏電阻阻值變化不一樣，原來的穩(wěn)定狀態(tài)破壞，開關(guān)電路打開，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
3）火災(zāi)探測器的選擇
（1）根據(jù)火災(zāi)的特點(diǎn)選擇探測器
①火災(zāi)初期有陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙和少量熱，很小或沒有火焰輻射，應(yīng)選用感煙探測器。
②火災(zāi)發(fā)展迅速，產(chǎn)生大量的熱、煙和火焰輻射，可選用感煙探測器、感溫探測器、火焰探測器或其組合。
③火災(zāi)發(fā)展迅速、有強(qiáng)烈的火焰輻射和少量煙和熱、應(yīng)選用火焰探測器。
④火災(zāi)形成特點(diǎn)不可預(yù)料，可進(jìn)行模擬試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選擇探測器。
（2）根據(jù)安裝場所環(huán)境特征選擇探測器
①相對濕度長期大于95%，氣流速度大于5m/s，有大量粉塵、水霧滯留，可能產(chǎn)生腐蝕性氣體，在正常情況下有煙滯留，產(chǎn)生醇類、醚類、酮類等有機(jī)物質(zhì)的場所，不宜選用離子感煙探測器。
②可能產(chǎn)生陰燃或者發(fā)生火災(zāi)不及早報(bào)警將造成重大損失的場所，不宜選用感溫探測器；溫度在0℃以下的場所，不宜選用定溫探測器；正常情況下溫度變化大的場所，不宜選用差溫探測器。
③有下列情形的場所，不宜選用火焰探測器：
a、可能發(fā)生無焰火災(zāi)；
b、在火焰出現(xiàn)前有濃煙擴(kuò)散；
c、探測器的鏡頭易被污染；
d、探測器的‘視線’易被遮擋；
e、探測器易被陽光或其他光源直接或間接照射；
f、在正常情況下，有明火作業(yè)以及X射線、弧光等影響。
高層民用建筑及探測器的靈敏度選擇，應(yīng)據(jù)探測器的性能及使用場所，正常情況下（無火警時(shí)）系統(tǒng)沒有誤報(bào)警為準(zhǔn)進(jìn)行選擇。目前，國內(nèi)高層建筑中，大部分使用光電感煙測器，只有在個(gè)別場所、廚房、發(fā)電機(jī)房、車庫及有氣體滅火裝置的場所才用感溫探測器。只用一種探測器，在聯(lián)動(dòng)的系統(tǒng)里易產(chǎn)生誤動(dòng)作，這將造成不必要的損失，無聯(lián)動(dòng)的系統(tǒng)里易誤報(bào)。故應(yīng)選用兩種或兩種以上種類探測器。他們是“與”的邏輯關(guān)系，當(dāng)兩種或兩種以上探測器同時(shí)報(bào)警，聯(lián)動(dòng)裝置才動(dòng)作，這樣才能確保不必要的損失
總之，探測器選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際環(huán)境情況選擇合適的探測器，以達(dá)到及時(shí)、準(zhǔn)確報(bào)警的目的。
4）手動(dòng)報(bào)警按鈕
報(bào)警區(qū)域內(nèi)每個(gè)防火分區(qū)應(yīng)至少設(shè)置一個(gè)手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕，且從一個(gè)防火分區(qū)里的任何位置至最近一個(gè)手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕的距離不應(yīng)大于30m，并應(yīng)設(shè)置在明顯和便于操作的位置。手動(dòng)報(bào)警按鈕距地面1.5m。
2、自動(dòng)報(bào)警裝置
我國火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警裝置的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用雖然起步較晚，但發(fā)展非常快，特別是最近幾年，隨著我國四化建設(shè)的迅速發(fā)展和消防工作的不斷加強(qiáng)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警裝置的生產(chǎn)和應(yīng)用都有了較大的發(fā)展，生產(chǎn)廠家、產(chǎn)品種類和產(chǎn)量及應(yīng)用單位都不斷地增加。我國目前生產(chǎn)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警裝置是包括報(bào)警顯示、故障顯示和發(fā)出控制指令的自動(dòng)化成套裝置。當(dāng)接收到火災(zāi)探測器、手動(dòng)報(bào)警按鈕或其他觸發(fā)器件發(fā)送來的火災(zāi)信號(hào)時(shí)，能發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，記錄時(shí)間、自動(dòng)打印火災(zāi)發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、并輸出控制其他消防設(shè)備的指令信號(hào)，組成自動(dòng)滅火系統(tǒng)。目前，生產(chǎn)、使用的自動(dòng)報(bào)警裝置，多采用多線制，分為區(qū)域報(bào)警控制器、集中報(bào)警控制器和智能型火災(zāi)報(bào)警控制器。
（1）區(qū)域報(bào)警控制器
區(qū)域報(bào)警器是一種由電子電路組成的自動(dòng)報(bào)警和監(jiān)視裝置。它聯(lián)結(jié)一個(gè)區(qū)域內(nèi)的所有火災(zāi)探測器，準(zhǔn)確、及時(shí)的進(jìn)行火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警。因此，每臺(tái)區(qū)域報(bào)警器和所管轄區(qū)域內(nèi)的火災(zāi)探測器經(jīng)正確連接后，就能構(gòu)成完整、獨(dú)立的自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警裝置。
區(qū)域報(bào)警器的基本原理如下：
①接收探測器或手動(dòng)報(bào)警按鈕發(fā)出的火災(zāi)信號(hào)，以聲光的形式進(jìn)行報(bào)警；
②電子鐘可以記憶首次發(fā)生火災(zāi)的時(shí)間；
③可以帶動(dòng)若干對繼電器觸點(diǎn)給出適當(dāng)外接功能；可
④以配置備用直流電源，當(dāng)市電斷電時(shí)，直流備用電便自動(dòng)投入；
⑤具有自檢功能，當(dāng)區(qū)域報(bào)警器與探測器之間有接觸不良或斷線時(shí)，報(bào)警器發(fā)出開路或短路的故障聲、光報(bào)警信號(hào)并自動(dòng)顯示故障部位；
⑥具有“火警優(yōu)先”功能，各類報(bào)警信號(hào)至區(qū)域報(bào)警器，經(jīng)信號(hào)選擇電路處理后，進(jìn)行火災(zāi)、短路、開路判斷，報(bào)警器首先發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，指示具體著火部位，發(fā)出火警音響，記憶火警信號(hào)、開路、短路故障信號(hào)；
⑦通過通訊接口電路將三類信號(hào)送至集中報(bào)警控制器。區(qū)域報(bào)警控制器將接收到的探測器火警信號(hào)進(jìn)行“與”“或”邏輯組合，控制繼電器動(dòng)用聯(lián)動(dòng)外部設(shè)備，如排煙閥、送風(fēng)閥、防火門等。
目前國內(nèi)各廠家生產(chǎn)的區(qū)域報(bào)警器的容量即監(jiān)控部位多少不同。不同型號(hào)的區(qū)域報(bào)警器需與不同型號(hào)的探測器相連接。以西安262廠生產(chǎn)的JB-QB-2700/088A系列區(qū)域報(bào)警器為例，它有壁掛式、柜式兩種，最大容量為256路，一路是一個(gè)部位號(hào)，一個(gè)探測器占一個(gè)部位號(hào)。
在工程設(shè)計(jì)中，選擇區(qū)域報(bào)警控制器的容量應(yīng)大于該區(qū)域的探測器數(shù)。如一建筑物以一層為一個(gè)區(qū)，共24個(gè)房間，每個(gè)房間一個(gè)探測器，共24個(gè)，則應(yīng)選擇30路區(qū)域報(bào)警控制器。若48個(gè)房間，則應(yīng)選擇50回路區(qū)域報(bào)警控制器。
（2）集中報(bào)警控制器
集中報(bào)警控制器的基本原理如下：
①把若干個(gè)區(qū)域報(bào)警器連接起來，組成一個(gè)系統(tǒng)，集中管理；
②可以巡回檢測相連接的各區(qū)域報(bào)警器有無火災(zāi)信號(hào)或故障信號(hào)，并能及時(shí)指示火災(zāi)區(qū)部位和故障區(qū)域，同時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)；
③其他功能、原理同區(qū)域報(bào)警控制器。
在系統(tǒng)中如只有探測器和集中報(bào)警器是不能工作的。因?yàn)榧袌?bào)警器的巡檢功能、火災(zāi)報(bào)警功能、自檢功能等都是與區(qū)域報(bào)警器構(gòu)成系統(tǒng)后才具備的。所以，只有區(qū)域報(bào)警器與集中報(bào)警器配合使用，才能構(gòu)成自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。
集中報(bào)警系統(tǒng)適用于大型、復(fù)雜工程。集中報(bào)警器最大容量可接40臺(tái)區(qū)域報(bào)警器。
（3）智能型火災(zāi)報(bào)警控制器
智能型火災(zāi)報(bào)警控制器的基本原理如下：
①采用模擬量探測器，能對外界非火災(zāi)因素，諸如溫度、濕度和灰塵等影響實(shí)施自動(dòng)補(bǔ)償，從而在各種不同使用條件下為解決無災(zāi)誤報(bào)和準(zhǔn)確報(bào)警奠定了技術(shù)基礎(chǔ)；
②報(bào)警控制器采用全總線計(jì)算機(jī)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)總線報(bào)警和總線聯(lián)動(dòng)控制，減少了控制輸出與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的長距離管線；
③采用大容量的控制矩陣和交叉查尋程序軟件包，以軟件編程代替硬件組合，提高了消防聯(lián)動(dòng)的靈活性和可修改性。
262廠生產(chǎn)的NA1000系列火災(zāi)報(bào)警控制器就屬此類形式。
（4）自動(dòng)報(bào)警裝置的選擇
火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中，所選用的火災(zāi)報(bào)警裝置應(yīng)具有以下基本功能：
①能為火災(zāi)探測器供電；
②能接收來自火災(zāi)探測器或手動(dòng)報(bào)警按鈕的報(bào)警信號(hào)；
③能檢測并發(fā)出系統(tǒng)本身的故障信號(hào)；
④能檢查火災(zāi)報(bào)警器的報(bào)警功能；
⑤具有電源轉(zhuǎn)換功能。
火災(zāi)報(bào)警控制器的選擇，一般考慮下列因素：
①火災(zāi)探測器、火災(zāi)報(bào)警器宜選用同一廠家的配套產(chǎn)品；
②報(bào)警系統(tǒng)所需回路數(shù)量；
③是否需要自動(dòng)消防聯(lián)動(dòng)控制功能；
④安裝位置和安裝方式等。
（二）消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成
消防聯(lián)動(dòng)控制范圍很廣，據(jù)實(shí)際工程的大小、等級(jí)高低的不同各異。聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備有消火栓、水滅火、氣體滅火、防火門、防火卷簾、排風(fēng)機(jī)、空調(diào)設(shè)施、防火閥、排煙閥、電梯、誘導(dǎo)燈、事故燈、警鈴、切斷工作電源等。
二、系統(tǒng)選擇
火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的保護(hù)對象是建筑物或建筑物的一部分。不同的建筑物，其使用性質(zhì)、重要程度、火災(zāi)危險(xiǎn)性、建筑結(jié)構(gòu)形式、耐火等級(jí)、分布狀況、環(huán)境條件以及管理形式等各不相同。在設(shè)計(jì)中應(yīng)仔細(xì)研究這些情況，根據(jù)不同的情況選擇不同的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。
（一）系統(tǒng)確定
火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是觸發(fā)器件、火災(zāi)報(bào)警裝置、火災(zāi)警報(bào)裝置以及具有其他輔助功能的裝置組成的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，是人們?yōu)榱嗽缙诎l(fā)現(xiàn)通報(bào)火災(zāi)、并及時(shí)采取有效措施，控制和撲滅火災(zāi)而設(shè)置在建筑中或其他場所的一種自動(dòng)消防設(shè)施，是人們同火災(zāi)作斗爭的有力工具。
報(bào)警系統(tǒng)的確定一般是整個(gè)系統(tǒng)中報(bào)警部位總點(diǎn)數(shù)，包括探測器數(shù)量、手動(dòng)報(bào)警按鈕數(shù)量及消火栓、自動(dòng)門、自動(dòng)閥、行程開關(guān)等總數(shù)量來確定。也就是說與建筑物大小、等級(jí)、使用功能有關(guān)。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的組成形式多種多樣，特別是近年來，科研、設(shè)計(jì)單位與制造廠家聯(lián)合開發(fā)了一些新型的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，如智能型、全總線型等，但在工程應(yīng)用中，采用最廣泛的是如下三種基本形式：區(qū)域報(bào)警系統(tǒng)、集中報(bào)警系統(tǒng)、控制中心報(bào)警系統(tǒng)。
1、區(qū)域報(bào)警系統(tǒng)
該系統(tǒng)一個(gè)報(bào)警區(qū)域宜設(shè)置一臺(tái)區(qū)域報(bào)警控制器，系統(tǒng)中區(qū)域報(bào)警控制器不應(yīng)超過3臺(tái)，區(qū)域報(bào)警控制器宜設(shè)于有人值班的房間、場所。
系統(tǒng)的組成見下圖。
2、集中報(bào)警系統(tǒng)
報(bào)警區(qū)域較多、區(qū)域報(bào)警控制器超過3臺(tái)時(shí)，采用集中報(bào)警系統(tǒng)。集中報(bào)警系統(tǒng)至少有一臺(tái)集中報(bào)警控制器和兩臺(tái)以上區(qū)域報(bào)警控制器集中報(bào)警控制器應(yīng)設(shè)置有人值班的專用房間或消防班室內(nèi)。
系統(tǒng)的組成見下圖。
3、控制中心報(bào)警系統(tǒng)
工程建筑規(guī)模大、保護(hù)對象重要、設(shè)有消防控制設(shè)備和專用消防控制室時(shí)，采用控制中心報(bào)警系統(tǒng)。
系統(tǒng)的組成見下圖。
以上各系統(tǒng)布線方式與探測器、報(bào)警器種類有關(guān)。采用二線制（即區(qū)域報(bào)警器到每一個(gè)探頭為二線）。區(qū)域報(bào)警器單獨(dú)使用為N+1式，到集中報(bào)警器為N+N/8+1+3+1式，設(shè)計(jì)、施工比較方便，而且降低造價(jià)。
除以上系統(tǒng)外，國內(nèi)各廠家又相繼推出總線制報(bào)警器。不同廠家總線制系統(tǒng)各異，但共同點(diǎn)都是總線制、地址編碼形式。
（1）二總線制集中報(bào)警系統(tǒng)。區(qū)域報(bào)警器到探測器的線路傳輸只需二條總線，每一部位的控制器都有自己的編號(hào)，即一個(gè)部位一個(gè)編址單元。如JB-QB-50-2700/076型為例，它采用了先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù)，CPU主機(jī)將不斷地向各編址單元發(fā)碼。當(dāng)編址單元接收到主機(jī)發(fā)來的信號(hào)后，加以判斷：如果編址單元的碼與主機(jī)的發(fā)碼相同，該編址單元響應(yīng)。主機(jī)接收到編址單元返回的地址及狀態(tài)、信號(hào)，進(jìn)行判斷處理：如果編址單元正常，主機(jī)將繼續(xù)向下巡檢；經(jīng)判斷如果是故障信號(hào)，將發(fā)出故障區(qū)域聲、光報(bào)警信號(hào)。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，經(jīng)主機(jī)確認(rèn)后，火警信號(hào)被記憶，同時(shí)發(fā)出火災(zāi)區(qū)域聲、光報(bào)警信號(hào)。
在實(shí)際工程應(yīng)用中，如果用一臺(tái)區(qū)域報(bào)警器控制一層樓，在二總線上可接50個(gè)編址單元；控制二層，每層二總線上可接35個(gè)編址單元；控制三層，每層二總線上可接25個(gè)編址單元。076型區(qū)域報(bào)警器的擴(kuò)展型最多可設(shè)置200個(gè)編址單元。
（2）三總線制集中報(bào)警系統(tǒng)。該報(bào)警器是由單片機(jī)8031為中央控制單元，計(jì)算機(jī)管理的三線制報(bào)警器。三總線制系統(tǒng)通過三總線與被控的各區(qū)域報(bào)警器相聯(lián)。三總線制在工程應(yīng)用中有兩種形式：樓層復(fù)示器——集中報(bào)警器系統(tǒng)、區(qū)域報(bào)警器——集中報(bào)警器系統(tǒng)。
①樓層復(fù)示器——集中報(bào)警器系統(tǒng)
樓層復(fù)示器可以對編址探測器發(fā)碼、收碼，顯示本層的報(bào)警部位，具有斷線故障自動(dòng)報(bào)警功能。該系統(tǒng)適用于每層不超過32個(gè)報(bào)警部位，樓層無值班點(diǎn)，首層設(shè)有消防總值班室的建筑。
②區(qū)域報(bào)警器——集中報(bào)警器系統(tǒng)
由區(qū)域報(bào)警器和標(biāo)準(zhǔn)集中報(bào)警器組成的兩級(jí)管理總線制火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，適用于每層報(bào)警部位多少不一，并設(shè)有樓層服務(wù)臺(tái)的中型賓館等建筑物。
采用總線制報(bào)警系統(tǒng)布線簡單，設(shè)計(jì)、施工方便，與其他報(bào)警系統(tǒng)相比多一些接口元件。
（二）消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)
消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)有無聯(lián)動(dòng)、現(xiàn)場聯(lián)動(dòng)、集中聯(lián)動(dòng)等幾種形式。
在實(shí)際工程中，報(bào)警系統(tǒng)與消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的配合有以下幾種形式：
1、區(qū)域——集中報(bào)警、橫向聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)。
此系統(tǒng)每層有一個(gè)復(fù)合區(qū)域報(bào)警控制器，他具有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警功能，能接收一些設(shè)備的報(bào)警信號(hào)，如手動(dòng)報(bào)警按鈕、水流指示器、防火閥等，聯(lián)動(dòng)控制一些消防設(shè)備，如防火門、卷簾門、排煙閥等，并向集中報(bào)警器發(fā)送報(bào)警信號(hào)及聯(lián)動(dòng)設(shè)備動(dòng)作的回授信號(hào)。此系統(tǒng)主要適用于高級(jí)賓館建筑，每層或每區(qū)有服務(wù)人員值班，全樓有一個(gè)消防控制中心，有專門消防人員值班。
2、區(qū)域——集中報(bào)警、縱向聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)。
此系統(tǒng)主要適用于高層“火柴盒”式賓館建筑。這類建筑物標(biāo)準(zhǔn)層多，報(bào)警區(qū)域劃分比較規(guī)則，每層有服務(wù)人員值班，整個(gè)建筑物設(shè)置一個(gè)消防控制中心。
3、大區(qū)域報(bào)警、縱向聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)。
此系統(tǒng)主要適用于沒有標(biāo)準(zhǔn)層的辦公大樓，如情報(bào)中心、圖書館、檔案館等。這類建筑物的每層沒有服務(wù)人員值班，不宜設(shè)區(qū)域報(bào)警器，而在消防中心設(shè)置大區(qū)域報(bào)警器，有專門消防人員值班。
4、區(qū)域——集中報(bào)警、分散控制系統(tǒng)。
此系統(tǒng)在聯(lián)動(dòng)設(shè)備的現(xiàn)場安裝有“控制盒”，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的就地控制，而設(shè)備動(dòng)作的回授信號(hào)送到消防中心。消防中心的值班人員也可以手動(dòng)操作聯(lián)動(dòng)設(shè)備。此系統(tǒng)主要適用于中、小型高層建筑及房間面積大的場所。
此外，還有自動(dòng)報(bào)警和消防控制于一體的滅火裝置系統(tǒng)，如FJ-2714自動(dòng)滅火裝置。此系統(tǒng)主要適用于計(jì)算機(jī)房、發(fā)電機(jī)房、貴重物品倉庫、檔案庫、書庫等場所的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及自動(dòng)滅火。氣體滅火、藥劑滅火具有能力強(qiáng)、效率高、對金屬腐蝕性小、不導(dǎo)電、長期存儲(chǔ)不變質(zhì)、不污損滅火對象等優(yōu)點(diǎn)，但造價(jià)高。
（一）基于工作過程，構(gòu)建課程設(shè)計(jì)體系
通過鋼鐵企業(yè)調(diào)研、專家座談和畢業(yè)生調(diào)查等方法，確定材料成型及控制工程專業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)崗位，確定各個(gè)崗位的代表性工作任務(wù)，然后分析每個(gè)崗位的典型工作任務(wù)，根據(jù)工作任務(wù)提煉為行動(dòng)領(lǐng)域，按照教育教學(xué)方法將行動(dòng)領(lǐng)域轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)領(lǐng)域，再轉(zhuǎn)化為該學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程。
（二）多方參與，提高教學(xué)質(zhì)量
在課程設(shè)計(jì)資源整合時(shí)，與中冶賽迪、重鋼股份有限公司等單位的行業(yè)專家、校外兼職教師進(jìn)行溝通、協(xié)商，共同確立改革方案。校內(nèi)專業(yè)教師主要負(fù)責(zé)調(diào)研資料的整理、課程理論基礎(chǔ)的搜集論證，以及協(xié)調(diào)校內(nèi)外教師的工作。行業(yè)專家主要負(fù)責(zé)學(xué)生的現(xiàn)場實(shí)踐工作，并指導(dǎo)校內(nèi)教師，確保課程設(shè)計(jì)體系的準(zhǔn)確性。校外教師有選擇地參與課程的教學(xué)過程，提供相關(guān)的實(shí)踐案例。在課程設(shè)計(jì)的實(shí)施過程中，堅(jiān)持行業(yè)專家、校內(nèi)專業(yè)教師和校外兼職教師的多元化教學(xué)，改善教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量。
（三）采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)，重點(diǎn)培養(yǎng)實(shí)踐能力
按照教學(xué)大綱的要求確定課程設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容要體現(xiàn)項(xiàng)目導(dǎo)向任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)理念。具體做法是根據(jù)教學(xué)大綱設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)情境，在各種學(xué)習(xí)情境下分解具體任務(wù)。如加熱爐課程設(shè)計(jì)，其典型任務(wù)是熟練掌握加熱工藝要求，并對加熱生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，根據(jù)該典型任務(wù)確定加熱爐設(shè)計(jì)的下分任務(wù)，包括燃料燃燒計(jì)算、爐子的熱工制度（包括爐溫制度、供熱制度、爐壓制度及鋼種的加熱工藝制度）和爐膛主要尺寸的確定、爐膛熱交換和金屬加熱時(shí)間計(jì)算、爐體結(jié)構(gòu)及煙囪等輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)，在具體的設(shè)計(jì)過程中只需進(jìn)行下分任務(wù)的設(shè)計(jì)即可。
（四）堅(jiān)持行動(dòng)導(dǎo)向，注重實(shí)踐能力培養(yǎng)
以加熱爐課程設(shè)計(jì)為例，一方面通過一個(gè)個(gè)下分任務(wù)的完成，使學(xué)生能夠在完成每一個(gè)下分任務(wù)的同時(shí)，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，逐步掌握加熱工藝制度制訂的方法，充分利用所學(xué)理論知識(shí)，逐步建構(gòu)較為完整的加熱爐作業(yè)區(qū)工藝和設(shè)備情況，明確加熱崗位的任務(wù)和職責(zé)，初步形成職業(yè)習(xí)慣，畢業(yè)后可以直接勝任加熱崗位工作。另一方面，該課程設(shè)計(jì)結(jié)合操爐工考試相關(guān)的內(nèi)容，引入行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的融通，提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用水平。
二、基于“工作過程”法的設(shè)計(jì)思路
（一）以能力為本位，確定課程設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)
課程設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)，是學(xué)生通過課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐鍛煉在職業(yè)能力和知識(shí)認(rèn)知上要達(dá)到的具體標(biāo)準(zhǔn)，它既是課程教學(xué)的龍頭，又是課程教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)的依據(jù)，因此必須認(rèn)真分析和論證。以加熱爐課程設(shè)計(jì)為例，筆者根據(jù)分析論證，確定其課程目標(biāo)為：（1）能力目標(biāo)。學(xué)會(huì)制訂加熱工藝制度（包括加熱溫度、加熱速度、加熱時(shí)間）；能正確進(jìn)行爐膛尺寸設(shè)計(jì)，熟練掌握不同鋼種的加熱要求。（2）知識(shí)目標(biāo)。熟悉加熱制度制訂的依據(jù)，掌握爐型特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求；熟練掌握加熱的特點(diǎn)和要求，準(zhǔn)確掌握不同加熱缺陷的特點(diǎn)和判斷。
（二）以工作過程為導(dǎo)向，選取教學(xué)內(nèi)容
同樣以加熱爐課程設(shè)計(jì)為例，通過在特定條件下進(jìn)行加熱爐初步設(shè)計(jì)（包括燃料燃燒計(jì)算、爐子的熱工制度和爐膛主要尺寸的確定、爐膛熱交換和金屬加熱時(shí)間計(jì)算、爐體結(jié)構(gòu)及煙囪等輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)），要求學(xué)生把理論和實(shí)踐結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)的理論知識(shí)去分析和解決工程實(shí)際問題的能力，幫助學(xué)生鞏固、深化和拓展知識(shí)面，使之得到一次較全面的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，為實(shí)際工程設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。
（三）以項(xiàng)目教學(xué)為手段，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)
課程設(shè)計(jì)教學(xué)充分體現(xiàn)了專業(yè)性、應(yīng)用性和實(shí)踐性。加熱爐課程設(shè)計(jì)的具體思路是：首先，明確該課程與專業(yè)、職業(yè)的關(guān)系，確定該課程是材料成型及控制工程專業(yè)的核心課程。其次，進(jìn)行學(xué)習(xí)情境和任務(wù)的設(shè)計(jì)，即確定教學(xué)內(nèi)容。如在確定加熱溫度的過程中既考慮避免出現(xiàn)過熱過燒，還要考慮Si、Mn等合金元素的影響及加熱目的，從而進(jìn)行綜合確定。最后，進(jìn)行考核與評(píng)價(jià)。通過聘請賽迪工業(yè)爐和重鋼集團(tuán)的專家進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)對比分析，確定設(shè)計(jì)與現(xiàn)場生產(chǎn)的差距，從而確定合理的評(píng)價(jià)體系，促進(jìn)課程設(shè)計(jì)的不斷完善。
（四）構(gòu)建多元化、開放式的教學(xué)評(píng)價(jià)體系
仍以加熱爐課程設(shè)計(jì)為例，從入爐到出爐采用流程化作業(yè)，根據(jù)工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)，將每一段的溫度、速度和爐壓確定有機(jī)結(jié)合起來，制訂適合生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝制度。在考核方面進(jìn)行多元化考核，在結(jié)束設(shè)計(jì)后，學(xué)生采用答辯的方式將自己的設(shè)計(jì)思路、理念和工藝規(guī)程進(jìn)行有效整合，老師結(jié)合學(xué)生的答辯提出問題，最后送行業(yè)專家評(píng)閱，從而實(shí)現(xiàn)過程性考核和結(jié)果性考核的有機(jī)結(jié)合。
三、基于“工作過程”法的實(shí)踐效果
2012年下半年開始用基于“工作過程”法對材料成型及控制工程專業(yè)的課程設(shè)計(jì)類實(shí)踐課進(jìn)行改革，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和課堂工藝設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合起來，經(jīng)過兩年的教學(xué)實(shí)踐，采用平時(shí)觀察、訪談等方式分析了該方法的實(shí)施效果。
（一）提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
采用基于“工作過程”法，將現(xiàn)場的工藝設(shè)計(jì)搬到課程設(shè)計(jì)里面，利用課程設(shè)計(jì)完成現(xiàn)場工藝參數(shù)的選擇和確定，利用課程設(shè)計(jì)解決現(xiàn)場的實(shí)際問題，顯著提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
（二）提高了課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)效果
基于“工作過程”法將理論課程和實(shí)踐課程有效結(jié)合起來，將知識(shí)體系進(jìn)行重新構(gòu)建，擴(kuò)展了學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間，為學(xué)生的深入思考和廣泛交流提供了便利，加深了學(xué)生對理論知識(shí)的理解，能夠從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，主動(dòng)提出問題、分析問題和解決問題，使學(xué)生從以前的不問所以然的埋頭計(jì)算變成了分析工藝參數(shù)和處理現(xiàn)場問題的參與者，從而促進(jìn)了對知識(shí)的理解與應(yīng)用。
四、結(jié)語
1.1LED和鍵盤設(shè)計(jì)
為了能夠?qū)崿F(xiàn)人與機(jī)器的對話，單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了3*4鍵盤以及4*8LED數(shù)碼管，人們可以直接對其進(jìn)行控制。該系統(tǒng)通電后，通過鍵盤輸入控制步進(jìn)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)、啟動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)方向等，由LED管動(dòng)態(tài)清晰顯示步進(jìn)機(jī)的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)速。器件8279能夠控制系統(tǒng)鍵盤的輸入以及LED的輸出，進(jìn)而減少單片機(jī)工作的承載，8279在控制系統(tǒng)工作的過程中，將鍵盤輸入的信息進(jìn)行掃描，利用其抖功能，避免事故的發(fā)生。（下圖為LED和鍵盤模塊）
1.2放大和驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
邏輯轉(zhuǎn)換器是步進(jìn)機(jī)控制過程中的脈沖分配器，其是CMOS集成電路，其輸出的源電流為20毫安，能夠應(yīng)用于三相以及四相步進(jìn)機(jī)，其工作可以選擇以下6種激進(jìn)方式進(jìn)行控制；其中，對于三相步進(jìn)電機(jī)有1、2、1-2相；對于四相步進(jìn)電機(jī)有1、2、1-2相，其輸入的方式有單、雙時(shí)鐘選擇方式，其具有正向控制、方向控制、監(jiān)視原點(diǎn)、初始化原位等功能。PMM8713器件主要由激勵(lì)方式判斷、控制以及時(shí)鐘設(shè)置等部分組成，所有的輸入端都設(shè)置有秘制的電路，進(jìn)而提高抗外界干擾的能力。PMM8713輸出能夠接受功率驅(qū)動(dòng)電路，其通過驅(qū)圖1LED和鍵盤模塊動(dòng)器，輸出最大的工作電流，以滿足電機(jī)工作的需求。單片機(jī)通過調(diào)節(jié)相關(guān)端口的脈沖信號(hào)，控制步進(jìn)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)轉(zhuǎn)方向以及運(yùn)轉(zhuǎn)速度等。
2單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
2.1單片機(jī)程序設(shè)計(jì)
通過中斷脈沖信號(hào)，計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)步數(shù)以及圈數(shù)，并對其進(jìn)行記錄；實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速速的控制；采用端口的中斷程序關(guān)閉其相關(guān)程序，將電機(jī)控制在停機(jī)狀態(tài)；通過中斷電機(jī)的開啟部位，將其轉(zhuǎn)換到運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)行；PMM8713的U和D端口通過輸出高電平，達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向的目的；8279將其接口與自身的8個(gè)數(shù)據(jù)連接口進(jìn)行連接，當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行到鍵盤部位時(shí)，采用相關(guān)端口中斷其工作狀態(tài)，進(jìn)而達(dá)到控制步進(jìn)機(jī)的啟動(dòng)、停止、速度以及方向等，并將其反饋給8279，利用LED將其顯示，明確其運(yùn)轉(zhuǎn)的速度以及方向。
2.2PC上位機(jī)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)PC上位機(jī)的主要目的就是控制步進(jìn)電機(jī)，利用單片機(jī)中相關(guān)部位，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)的對話，其利用單片機(jī)發(fā)出執(zhí)行命令，實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的有效控制。其中，單片機(jī)接受的執(zhí)行命令會(huì)存儲(chǔ)在相關(guān)軟件中，其與儲(chǔ)存在片內(nèi)的Flash的相關(guān)地址進(jìn)行比較，不沖突的信息就儲(chǔ)存在其中，如與其中儲(chǔ)存的信息發(fā)生沖突，就會(huì)自動(dòng)中斷，有效的保護(hù)電機(jī)的正常運(yùn)行。同時(shí)，此軟件在運(yùn)行的過程中，應(yīng)該對晶振中的USART模塊進(jìn)行設(shè)置，其相關(guān)的控制軟件由VB6.0對其進(jìn)行編寫，采用MSComm軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通訊。
3結(jié)語
橡膠瀝青的生產(chǎn)工藝基本分為干拌法和濕拌法，因干拌法生產(chǎn)的橡膠瀝青存放時(shí)間不得超過7天，且需要連續(xù)攪拌，目前基本被淘汰；濕拌法就是在工廠進(jìn)行批量加工，生產(chǎn)橡膠瀝青時(shí)橡膠粉進(jìn)行多道膠體磨，細(xì)度能達(dá)到100目以上，橡膠顆粒更均勻地混熔在基質(zhì)瀝青中，解決了儲(chǔ)存穩(wěn)定性同時(shí)，更是大大提高了橡膠瀝青材料質(zhì)量的穩(wěn)定性，所以可儲(chǔ)存較長時(shí)間，同時(shí)膠粉的摻量更高（瀝青質(zhì)量的15%~25%），由此帶來了更高粘度的瀝青材料。
2橡膠瀝青混合合比設(shè)計(jì)
2.1選擇原材料
2.1.1集料
橡膠瀝青混合料一般用于路面的表面層，混合配合比設(shè)計(jì)時(shí)集料選擇石質(zhì)堅(jiān)硬、潔凈、干燥、表面粗糙、不含風(fēng)化顆粒、近立方體顆粒的碎石，如玄武巖類集料。
2.1.2填料
宜采用石灰?guī)r堿性石料經(jīng)磨細(xì)得到的礦粉。礦粉必須干燥、清潔。拌和機(jī)回收的礦粉不得采用。經(jīng)過磨細(xì)的石灰粉或者水泥可代替礦粉。
2.2橡膠瀝青配合比設(shè)計(jì)考慮因素
橡膠瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)要考慮重載車輛對路面的影響，所以級(jí)配選擇時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮適應(yīng)重載車輛的結(jié)構(gòu)形式；選用合理的級(jí)配范圍，現(xiàn)行施工技術(shù)規(guī)范的級(jí)配范圍上下限比較寬，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況確定合適的級(jí)配范圍，目前部分地區(qū)已確定地方性標(biāo)準(zhǔn)以便配合比設(shè)計(jì)時(shí)參考；油石比是必須考慮的重要因素，因?yàn)橄鹉z瀝青中添加了大量的橡膠粉，按照以往的辦法計(jì)算粉膠比并不合適，應(yīng)扣除瀝青中德橡膠粉進(jìn)行計(jì)算，所以瀝青用量將會(huì)增加；配合比驗(yàn)證是橡膠瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，必須通過車轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)及凍融劈裂試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，只有驗(yàn)證結(jié)果合格的瀝青混合料配合比才能進(jìn)行使用。
2.2.1路面結(jié)構(gòu)形式和混合料級(jí)配選擇
從目前相關(guān)研究看，橡膠瀝青混合料的級(jí)配范圍比瀝青混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范給定的級(jí)配范圍小，而且級(jí)配均偏粗，所以進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行合理選擇。同時(shí)必須考慮關(guān)鍵篩孔的通過率，作為配級(jí)設(shè)計(jì)的控制性指標(biāo)的關(guān)鍵篩孔通過率對橡膠瀝青體積指標(biāo)以及骨架組成有著巨大的影響，4.75mm、2.36mm篩孔通過率直接關(guān)系瀝青混合料的骨架，0.075mm的通過率關(guān)系瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。其次，關(guān)鍵篩孔的通過率對混合材料的水穩(wěn)定性有著重要影響，通過采用浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)可以得出這個(gè)結(jié)論。
2.2.2外摻劑的影響
外摻劑是指瀝青混合料中添加少量經(jīng)過磨細(xì)的石灰粉或水泥代替一部分礦粉，主要是增加瀝青混合料中各種材料粘結(jié)力，進(jìn)而提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性。橡膠瀝青配合比設(shè)計(jì)時(shí)可能會(huì)遇到凍融劈裂強(qiáng)度比不足的現(xiàn)象，這是就需要采用石灰或水泥代替礦粉，根據(jù)試驗(yàn)情況確定石灰或水泥摻量的比例（一般情況下?lián)搅吭?%左右）。
2.3橡膠瀝青混合料配合比驗(yàn)證
橡膠瀝青配合比驗(yàn)證主要是車轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)，車轍試驗(yàn)是驗(yàn)證瀝青混合料高溫抗車轍的能力的試驗(yàn)，以動(dòng)穩(wěn)定度車來表示，目前橡膠瀝青動(dòng)穩(wěn)定度沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，部分地區(qū)采用施工技術(shù)規(guī)范的3000次/mm，部分地區(qū)規(guī)定要達(dá)到，其實(shí)橡膠瀝青的動(dòng)穩(wěn)定度基本高于6000次/mm，主要和車轍試驗(yàn)的成型有很大關(guān)系，橡膠瀝青混合料進(jìn)行車轍車型時(shí)溫度應(yīng)提高10℃~15℃；浸水馬歇爾試驗(yàn)是檢驗(yàn)瀝青混合料抗水損害能力的驗(yàn)證試驗(yàn)，凍融劈裂試驗(yàn)是檢驗(yàn)瀝青混合料低溫性能試驗(yàn)，有時(shí)該試驗(yàn)的指標(biāo)達(dá)不到，瀝青混合料配合比需要調(diào)整，其調(diào)整的辦法是用石灰或水泥代替礦粉，能有效提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性和低溫性能。
3橡膠瀝青混合料的質(zhì)量控制
3.1橡膠瀝青混合料的拌合
在對橡膠瀝青混合物進(jìn)行攪和時(shí)，要嚴(yán)格控制好攪拌的速度和橡膠瀝青混合料平衡。橡膠瀝青混合料生產(chǎn)時(shí)，拌合周期比一般瀝青混合料長，大約為60秒左右，主要控制點(diǎn)是瀝青混合的溫度控制，瀝青、材料加熱溫度均高于一般瀝青混合料，出料溫度需要控制在185℃左右。
3.2橡膠瀝青混合物材料的運(yùn)輸
為了使橡膠混合料的溫度保持在合理范圍內(nèi)，混合材料在運(yùn)輸過程中要采取必要的保溫措施用雙層棉被進(jìn)行覆蓋，并且要用大噸位的載貨車進(jìn)行運(yùn)輸。在鋪瀝青橡膠混合材料是一定要持續(xù)鋪設(shè)，在現(xiàn)場等待卸材料的車不能太少以免發(fā)生橡膠混合物鋪設(shè)間斷現(xiàn)象，并且在卸載橡膠混合物的材料時(shí)一定要直接卸料，不能掀開棉被。
3.3橡膠瀝青混合料的攤鋪和碾壓
橡膠瀝青混合料的攤鋪和其他瀝青混合料的攤鋪基本無區(qū)別，主要是攤鋪機(jī)能夠連續(xù)勻速攤鋪，但橡膠瀝青混合料溫度較高，溫度損失也相對快一些，若溫度過低瀝青混合料很難壓實(shí)，所以施工時(shí)現(xiàn)場的組織和管理水平要求相對較高，禁止出現(xiàn)停機(jī)待料的情況；碾壓環(huán)節(jié)是橡膠瀝青混合料施工的控制重點(diǎn)，必須在混合料溫度下降前完成碾壓，否則壓實(shí)度難以得到保證，所以壓實(shí)設(shè)備配置要足量，碾壓過程必須遵循緊跟慢壓，減少溫度損失。
4小結(jié)
傳感器芯體上面集成了測溫電阻與加熱電阻，測溫電阻能實(shí)時(shí)監(jiān)測傳感器芯體的當(dāng)前溫度，且反饋到控制電路的輸入端，作為溫度誤差信號(hào)的一個(gè)輸入端，形成閉環(huán)控制。電路框圖如圖1所示，測溫電路把當(dāng)前芯體溫度值轉(zhuǎn)化為電壓值，該值是一個(gè)微弱信號(hào)值，必須經(jīng)過高信噪比前置放大電路放大到合適的電壓輸出值，再經(jīng)過系統(tǒng)放大，然后輸送給PID環(huán)節(jié)進(jìn)行控制輸出，控制輸出產(chǎn)生寬度可調(diào)脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)加熱電路，給傳感器芯體加熱。傳感器當(dāng)前溫度與設(shè)定溫度溫差值越大，誤差電壓信號(hào)越大，經(jīng)過PID控制輸出脈寬開通時(shí)間越長，加熱功率越大，反之亦然，從而實(shí)現(xiàn)了恒溫控制。
二、系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)
2.1溫度與加熱功率
傳感器芯體溫度與加載在芯體上的正熱能與負(fù)熱能大小有關(guān)。若傳感器芯體溫度維持在環(huán)境溫度以上，則傳感器芯體加載的正熱能來自電能，由焦耳定律可以知道若給定電阻R上加熱電流為I，加熱時(shí)間為T，那么有I2RT的電能轉(zhuǎn)換成熱能；而傳感器芯體加載的負(fù)熱能可以是傳感器芯體與周圍環(huán)境的溫度差而產(chǎn)生的熱對流及熱傳導(dǎo)帶來的熱能轉(zhuǎn)移。這種正熱能與負(fù)熱能對溫度的影響體現(xiàn)為傳感器芯體的加熱功率與制冷功率，它們共同決定了傳感器芯體的穩(wěn)定溫度。假設(shè)傳感器芯體工作環(huán)境溫度為25℃，傳感器芯體氣體濃度響應(yīng)最佳溫度為80℃，因熱傳導(dǎo)和熱對流損失的負(fù)熱能為某個(gè)可測量值且保持恒定，那么該點(diǎn)環(huán)境下芯體溫度只與加熱功率有關(guān)。如上所述，給芯體合適電流，那芯體就可以維持設(shè)定點(diǎn)溫度，若環(huán)境溫度上下波動(dòng)，芯體加熱與制冷的功率隨溫度發(fā)生變化，要使芯體繼續(xù)維持在設(shè)定點(diǎn)溫度，只需要調(diào)節(jié)芯體上電流的大小。在25℃環(huán)境下，實(shí)際測得加熱功率與芯體溫度的關(guān)系，加熱功率為0．45W時(shí)芯體即可穩(wěn)定工作在設(shè)定溫度80℃。
2.2溫度測量
為了更加準(zhǔn)確地測量敏感芯體溫度場的溫度，在氫敏芯體上集成了一個(gè)測溫電阻與一個(gè)加熱電阻。測溫電阻、加熱電阻和氫敏電阻版圖設(shè)計(jì)經(jīng)過溫度場仿真實(shí)現(xiàn)最佳耦合。因而測溫電阻能真實(shí)反映氫敏電阻當(dāng)前工作溫度。測溫電阻材料采用高純鉑電阻鍍膜而成，實(shí)際測試的測溫電阻溫度特性，從圖中可以看出測溫電阻具有良好的溫度線性關(guān)系。該測溫電阻的溫度系數(shù)因?yàn)椴捎帽∧こ练e工藝制備，溫度系數(shù)沒有標(biāo)準(zhǔn)PT100大，但并不影響使用。電阻經(jīng)過測溫電橋檢測，輸出反映溫度的電壓信號(hào)。這個(gè)信號(hào)在控制區(qū)域非常微弱，為了提高溫度測量精度，采用四線制檢測電路，減少測溫鉑電阻引線長度與鉑電阻通電電流對溫度測量的影響。
2.3溫度控制環(huán)路
通常溫度系統(tǒng)是大慣性系統(tǒng)，具有較大的滯后性，往往需要具有超前調(diào)節(jié)的微分環(huán)節(jié)。氣體傳感器芯體體積很小，無論是加熱還是制冷，芯體對溫度都有快速響應(yīng)，采用比例積分［3］控制就可以獲得不錯(cuò)的效果。
2.3.1比例環(huán)節(jié)
比例環(huán)節(jié)具有快速調(diào)節(jié)能力，比例系數(shù)越大靜差越小，過大容易震蕩。電路如圖4所示，其增益為－RP1／RP2，試驗(yàn)測試比例系數(shù)為－4時(shí)控制效果較好。
2.3.2積分環(huán)節(jié)
積分環(huán)節(jié)可以消除系統(tǒng)靜差，當(dāng)系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)，積分環(huán)節(jié)的輸出會(huì)持續(xù)增大使得控制作用加強(qiáng)，從而減小穩(wěn)態(tài)誤差。積分系數(shù)越小，積分作用越明顯，控制精度越高。積分電路如圖5所示，其增益為－1／RI1CI1S，其中S為拉式算子。經(jīng)調(diào)整時(shí)間常數(shù)RI1CI1為4．7s比較合適。采用PWM通斷控制模式，能最大化利用加熱功率。在導(dǎo)通瞬間，加熱電壓完全加載在加熱電阻上，電流峰值會(huì)比較大，因此需要控制加熱電阻合適的阻值。另外PWM控制存在完全導(dǎo)通的情況，雖然在本電路應(yīng)用中不會(huì)帶來壞的影響，但是為了調(diào)整最大加熱功率以達(dá)到控制最大加熱溫度的目的，在PID輸出環(huán)節(jié)采用穩(wěn)壓二極管，控制PID輸出電壓的幅度，保證PWM能夠輸出一定寬度的死區(qū)。
2.3.3微分電路
微分環(huán)境對輸入快速變化的情況具有較大的反應(yīng)輸出，能提高控溫系統(tǒng)對環(huán)境溫度波動(dòng)的快速響應(yīng)能力。
2.3.4PWM產(chǎn)生電路
PWM電路［4］采用簡單分立器件搭建，具體電路如圖7所示，主要構(gòu)成有比較器產(chǎn)生限閾值翻轉(zhuǎn)波形，然后經(jīng)過積分電路充放電產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)鋸齒波，鋸齒波在與PID環(huán)節(jié)輸出電壓比較，產(chǎn)生脈寬隨溫度誤差調(diào)整的波形，該波形輸出給驅(qū)動(dòng)加熱電路。
三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果
樣機(jī)進(jìn)行了穩(wěn)定動(dòng)態(tài)過程的短時(shí)間測試和穩(wěn)定點(diǎn)長時(shí)間測試。短時(shí)間測試樣機(jī)溫度曲線，其中可以看出樣機(jī)到達(dá)溫度設(shè)定點(diǎn)90％的時(shí)間非常短，大概為120s，整體控溫精度在0．15℃以內(nèi)。當(dāng)環(huán)境溫度波動(dòng)時(shí)控溫點(diǎn)會(huì)隨著擾動(dòng)，很快就能回到設(shè)定的溫度值，動(dòng)態(tài)響應(yīng)非常快。樣機(jī)控溫效果穩(wěn)定點(diǎn)長時(shí)間監(jiān)測曲線如圖9所示，從該圖可知整體控溫精度在0．15℃以內(nèi)更加明顯，說明樣機(jī)電路控溫點(diǎn)不會(huì)隨時(shí)間飄移，也不隨環(huán)境緩慢變化的溫度波動(dòng)漂移。
四、結(jié)束語
1.1下位從控機(jī)
因?yàn)橄到y(tǒng)中的每一個(gè)倉室運(yùn)行中所承受的負(fù)荷都時(shí)不同的，所以在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，現(xiàn)場控制的時(shí)候就需要除塵設(shè)備的每一個(gè)艙室都能夠獨(dú)立的運(yùn)行，這樣就可以保證一個(gè)倉室出現(xiàn)故障的時(shí)候，系統(tǒng)還可以維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在對設(shè)備進(jìn)行設(shè)置的過程中還要能夠根據(jù)運(yùn)行的需要去更改設(shè)備的某些控制參數(shù)，同時(shí)每一個(gè)倉室都應(yīng)該有一個(gè)可以對倉室運(yùn)行情況進(jìn)行反饋的裝置，這樣就可以讓每一個(gè)倉室都可以獨(dú)立完成噴吹操作，這是因?yàn)椋總€(gè)倉室所承受的負(fù)荷不同也會(huì)使得相應(yīng)的噴吹參數(shù)也產(chǎn)生非常大的變化。每個(gè)倉室在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中也應(yīng)該設(shè)置不同的控制模式。為了讓現(xiàn)場的工作人員進(jìn)行手動(dòng)除塵的時(shí)候可以更加的方便，手動(dòng)控制器上要設(shè)置一個(gè)可以控制開關(guān)的磁閥，這樣就可以在出現(xiàn)緊急狀況的情況下及時(shí)的通過這個(gè)閥門對倉室進(jìn)行控制。當(dāng)然也可以按照所有倉室之間具體的壓差情況進(jìn)行倉室的排序，對靠前的倉室要首先除塵，同時(shí)也可以按照壓差的具體情況對開閥的時(shí)間和噴吹的時(shí)間間隔進(jìn)行更加有效的控制，也可以對倉室的噴吹方式和噴吹的周期進(jìn)行有效的調(diào)整。
1.2上位主控機(jī)
上位主控制系統(tǒng)包括工廠中心控制室和值班室控制等。主控機(jī)作為分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的上位機(jī)管理層接入CAN網(wǎng)絡(luò)中.其主控機(jī)的設(shè)計(jì)功能包括：①遠(yuǎn)程監(jiān)控和設(shè)定功能。在使用的過程中，用戶可以憑借這一功能在主控機(jī)的工作室完成所有的控制工作，而且，上機(jī)位還可以借助網(wǎng)絡(luò)的力量對設(shè)備運(yùn)行的情況進(jìn)行異地監(jiān)控，在監(jiān)控的過程中，工作人員可以看到現(xiàn)場發(fā)生的一切，同時(shí)這一系統(tǒng)中還設(shè)置了不同的用戶口令，這樣就很好的劃定了管理的范圍，更加有效的提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全。②趨勢變化分析功能。在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，這一功能占據(jù)著非常重要的位置，上機(jī)位的管理功能就主要體現(xiàn)在了它可以經(jīng)過一定的程序你會(huì)指出除塵過程中設(shè)備運(yùn)行的趨勢曲線和報(bào)警記錄等非常重要的內(nèi)容，同時(shí)它還可以用不同的方式展現(xiàn)給相關(guān)的人員。③監(jiān)控功能，在除塵設(shè)備的阻力正常變化的情況下。人們通過肉眼也是可以看到煙霧的排放量不斷增加的，無論阻力是上升和還是下降，都證明局部的布袋出現(xiàn)了破損，而想要解決這一問題，最好的方法就是測量倉室內(nèi)外口的壓力差，這種壓差式的方式可以很好的減少噴吹的頻率，同時(shí)也對過濾袋產(chǎn)生了非常有效的保護(hù)作用，進(jìn)而也降低了設(shè)備運(yùn)行過程中的能源消耗，延長了設(shè)備運(yùn)行的時(shí)間和壽命。
2各模塊功能簡介
2.1主控制器監(jiān)控部分
主控制器是系統(tǒng)的主要控制部分，本系統(tǒng)采用ARM芯片做主控芯片。晶振電路，電源電路，復(fù)位電路等構(gòu)成了ARM微處理器的最小系統(tǒng)運(yùn)行所需要的基本電路。ARM微處理器參與系統(tǒng)工作的全過程，它控制系統(tǒng)各個(gè)部分的啟動(dòng)、停止、控制等工作以及各部分運(yùn)行的協(xié)調(diào)。主機(jī)模塊是整個(gè)控制系統(tǒng)的大腦，它負(fù)責(zé)向觸摸屏輸入各種數(shù)據(jù)，還有讀取輸入狀態(tài)，并對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)給從控機(jī)進(jìn)行操作，它還接收從控機(jī)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)除塵設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視，接收下位機(jī)采集的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)處理后通過控制程序，發(fā)送有效的控制信號(hào)，為適合不同工作環(huán)境，調(diào)節(jié)現(xiàn)場工作參數(shù)，并且顯示現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)功能包括報(bào)錯(cuò)、顯示以及控制等，負(fù)責(zé)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)顯示、設(shè)置以及故障提示，初始化完成后系統(tǒng)運(yùn)行過程的故障提醒，和對數(shù)據(jù)的查詢等。其中報(bào)錯(cuò)通過蜂鳴聲、LED光和屏幕閃爍報(bào)錯(cuò)，并提供故障信息。假如某一分系統(tǒng)運(yùn)行故障或程序出錯(cuò)將在顯示屏上顯示出錯(cuò)信息，同時(shí)通過蜂鳴聲報(bào)警和LED光閃爍提示。在數(shù)據(jù)采集完成后可以通過觸摸屏來查詢處理過的參數(shù)數(shù)值，并可修改設(shè)置。
2.2從控機(jī)數(shù)據(jù)采集與動(dòng)作執(zhí)行部分
壓差傳感器用來比較從進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口兩個(gè)地方傳輸過來的氣壓值，進(jìn)風(fēng)口的氣壓值一般來說不變，隨著濾袋灰塵加厚出風(fēng)口的氣壓值會(huì)減小，可以設(shè)定一個(gè)壓差值即在出風(fēng)口氣壓值和進(jìn)風(fēng)口氣壓值相差為多少時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)發(fā)出信號(hào)，要求開通電磁閥進(jìn)行噴吹除塵。可以說壓差采集電路相當(dāng)于整個(gè)系統(tǒng)的觸手，觸手的感覺是否準(zhǔn)確，靈敏，決定了控制系統(tǒng)處理信號(hào)的準(zhǔn)確度和反應(yīng)速度，因此這部分在系統(tǒng)中極為重要。
2.3CAN總線實(shí)現(xiàn)從機(jī)與主機(jī)的連接
CAN總線是一種串行通信網(wǎng)絡(luò)，它能實(shí)現(xiàn)分布式與實(shí)時(shí)控制，可以點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)或者全局廣播的方式通信；CAN總線通信距離非常遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)可達(dá)到10km，并且保證速率為5Kb/s以上，在距離為40m時(shí)最高速率可以達(dá)到1Mb/s，由于目前CAN收發(fā)器的驅(qū)動(dòng)能力有限，最多只能掛接110個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)，但已經(jīng)夠用了。CAN通信方式中，我們主要考慮實(shí)時(shí)性和抗干擾性。CAN節(jié)點(diǎn)的抗干擾設(shè)計(jì)中需要收發(fā)器與控制器之間的光耦隔離、連接線間電容、信號(hào)濾波等，對傳輸介質(zhì)也有一些考慮因素如：線長、波特率、抗外界干擾、有效電阻等。按照CAN總線的長度計(jì)算傳輸速率，確定通訊周期，看是否符合性能要求來調(diào)整線的長度、連接方式和總線上的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。
3結(jié)語
關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)控制CompactPCI總線PCI9030熱插拔
近年來，隨著嵌入式系統(tǒng)的快速發(fā)展及其對硬件可靠性要求的提高，特別是帶有多個(gè)運(yùn)動(dòng)控制卡的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展，對運(yùn)動(dòng)控制卡提出了新的要求。運(yùn)動(dòng)控制卡應(yīng)具有帶熱插拔功能的CompactPCI總線接口。在這樣的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，采用可靠性高的嵌入式系統(tǒng)軟件，上位機(jī)只需對被控對象實(shí)施總體的控制和管理；而位置反饋信號(hào)的采集、閉環(huán)控制的計(jì)算及控制量的輸出則均可由以DSP為核心的運(yùn)動(dòng)控制卡完成，極大地提高了運(yùn)算速度和控制響應(yīng)速度。通過帶熱插拔功能的CompactPCI總線接口的上下機(jī)聯(lián)接，使系統(tǒng)具有更高的可靠性和帶電更換故障板卡的能力。
1CompactPCI接口總線概述
CompactPCI接口總線定義了更加堅(jiān)固耐用的PCI版本。在電氣、邏輯和軟件方面，它與PCI標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。CompactPCI接口卡安裝在支架上，并使用標(biāo)準(zhǔn)的Eurocard外型。CompactPCI雖然與標(biāo)準(zhǔn)PCI屬同一標(biāo)準(zhǔn)，二者還是有很大的不同。CompactPCI相對PCI來講具有很多優(yōu)點(diǎn)：(1)具有更好的機(jī)械特性。它增強(qiáng)了PCI系統(tǒng)在電信或其它條件惡劣的工業(yè)環(huán)境中的可維護(hù)性和可靠性。(2)采用Eurocard封裝，系統(tǒng)中氣流均勻。(3)CompactPCI連接器的電源和信號(hào)引線支持熱插拔規(guī)范，這對于容錯(cuò)系統(tǒng)是非常重要的，也是標(biāo)準(zhǔn)PCI所不能實(shí)現(xiàn)的功能。(4)總線易于擴(kuò)展，可同時(shí)支持多達(dá)256個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的PCI總線設(shè)備。(5)CompactPCI背板的連接器插針分為長針、中長針和短針。長針是一些電源針，最短的針是BD-SEL#，其它總線信號(hào)和部分電源信號(hào)是中長針。連接器插槽J1插孔有長針插孔、中長針和短針插孔，而J2插槽都是中長針插孔。
2系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)概述
開放式四軸DSP運(yùn)動(dòng)控制卡經(jīng)12位DAC驅(qū)動(dòng)四個(gè)伺服電機(jī)，并通過CompactPCI總線背板連接器與主機(jī)通信。其中DSP處理器與CompactPCI接口采用PLX公司的PCI9030接口芯片使之和雙口RAM緩沖區(qū)進(jìn)行通信。
PCI9030是業(yè)界首個(gè)支持熱交換的PCI目標(biāo)接口芯片，為CompactPCI接口提供了優(yōu)秀的解決方案。它采用SMARTarget技術(shù)，可以保證高性能的熱交換實(shí)施功能，可以支持具有熱交換功能的PICMG2．1目標(biāo)設(shè)備，并且符合PCIv2．2規(guī)范所規(guī)定的32位33MHz目標(biāo)接口功能，可以獲得高達(dá)132Mbyte／s的PCI突發(fā)傳輸速度，局部總線操作速度最高可達(dá)60MHz，支持5個(gè)局部地址空間到PCI總線地址空間的映射(空間0、1、2、3、4以及1個(gè)擴(kuò)展的ROM)，傳輸?shù)却芷诩翱偩€寬度可編程。另外，PCI9030內(nèi)含預(yù)充電BIOS、早期電源支持、熱交換控制／狀態(tài)寄存器(HS_CSR)和附加引腳資源，可利用這些資源以及ENUM#輸出信號(hào)、彈出開關(guān)和表示用戶插入／取出狀態(tài)的LED燈實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制板卡的帶電熱插拔的軟硬件控制。
圖1
其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。該系統(tǒng)由以下幾部分組成：
·核心處理器TMS320LF2407，主要完成位置速度PID控制、插補(bǔ)迭代運(yùn)算、開關(guān)量輸入和輸出、PLC控制等對實(shí)時(shí)性要求高的任務(wù)，另外還完成程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和上下機(jī)的通信任務(wù)。
·模擬量控制電路，將數(shù)字量速度信號(hào)經(jīng)四路12位數(shù)／模轉(zhuǎn)換芯片DAC7725轉(zhuǎn)換為-10V～10V的模擬信號(hào)，輸出到電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)模塊。
·反饋電路，由兩片CPLD元件EPM7128SLC84構(gòu)成四路12位可逆脈沖計(jì)數(shù)器，對差分光電編碼器的編碼脈沖進(jìn)行循環(huán)計(jì)數(shù)，可實(shí)現(xiàn)編碼器Z相點(diǎn)硬件中斷。
·FLASH電路，用于存儲(chǔ)數(shù)控參數(shù)和數(shù)控指令代碼，也用于緊急情況下保護(hù)數(shù)據(jù)。
·開關(guān)量電路，包括通用8／8I／O點(diǎn)、4個(gè)電機(jī)使能輸出、4個(gè)軸的左右極限輸入和原點(diǎn)中斷輸入等電路。
·通訊電路，通過PCI接口從模式使3．3V芯片PCI9030和雙口RAM芯片70V24與PC機(jī)的CompactPCI總線相連，可以進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸。
本系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)多軸運(yùn)動(dòng)控制硬件系統(tǒng)，具有快速精確的計(jì)算能力以及較強(qiáng)的數(shù)據(jù)通訊能力，是良好的復(fù)雜數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)。
3CompactPCI接口的設(shè)計(jì)
CompactPCI接口的設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于在硬件插拔過程中，不能對CompactPCI總線產(chǎn)生較大的沖擊，不能影響CompactPCI總線上數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_。所以應(yīng)具有良好的熱電源切換控制電路和相應(yīng)的總線電路以及便于軟件處理熱插拔過程的控制信號(hào)。
電源控制和PCI9030的接口原理框圖如圖2所示。
3．1PCI9030芯片熱插拔控制信號(hào)的作用
在CompactPCI規(guī)范中規(guī)定：(1)板卡插入后，硬件初始化過程中應(yīng)點(diǎn)亮藍(lán)燈；(2)板卡即將拔出，軟件能獲知板卡即將拔出，并做好善后工作后，點(diǎn)亮藍(lán)燈。
PCI9030芯片有BD_SEIL#輸入信號(hào)引腳、ENUM#輸出信號(hào)引腳、CPCISW輸入信號(hào)引腳和LEDON#輸出信號(hào)引腳，均用作CompactPn接口熱插拔控制信號(hào)。其功能分別如下：
PCI9030的BD_SEL#輸入信號(hào)引腳同運(yùn)動(dòng)控制卡CompactPCI接口的引腳BD_SEL#相連，當(dāng)BD_SEL#信號(hào)變高時(shí)，使PCI9030輸出引腳成高阻態(tài)，保護(hù)芯片。PCI9030的ENUM#信號(hào)是送到背板的帶上拉的集電極開路信號(hào)；它通知背板主機(jī)CPU板卡是剛剛插入，還是即將拔出。并通知CPU系統(tǒng)配置改變，使CPU同時(shí)執(zhí)行相關(guān)必要的軟件操作(在板卡安裝時(shí)，安裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；在移出板卡前，卸載設(shè)備9B動(dòng)程序)。板卡的插入／拔出狀態(tài)是由CPCISW信號(hào)送到PCI9030完成的，這時(shí)，PCI9030通過ENUM#信號(hào)通知背板主饑硬件配置改變情況，同時(shí)主機(jī)CPU執(zhí)行相關(guān)必要的軟件操作。當(dāng)操作結(jié)束時(shí)，主機(jī)CPU通過PCI9030將CPCISW信號(hào)寫入HS-CSR寄存器的相應(yīng)位中，使LEDON#信號(hào)變化，點(diǎn)亮或熄滅藍(lán)燈，通知板卡可安全取出或已安全插入。另外，PCI9030將板卡插入／拔出的狀態(tài)(即CPCISW信號(hào))寫入HS_CSR寄存器的相應(yīng)位中，軟件可以通過這些位來查詢板卡插入／拔出狀態(tài)，使軟件可采取各種切換措施，也可以通過向寄存器的相應(yīng)位寫1來清除該位。
3．2熱插拔電源電路的原理設(shè)計(jì)
3．2．1熱插拔電源管理器的確定
熱插拔電源電路需在插拔過程中和正常工作時(shí)，對CompactPCI接口板電源進(jìn)行監(jiān)控，按一定的速率及時(shí)地上電和斷電，把該電源的情況及時(shí)通知背板系統(tǒng)以便通過軟件進(jìn)行處理；同時(shí)需對CompactPCI接口板的總線信號(hào)提供預(yù)充電電壓，使CompaetPCI接插件的插針點(diǎn)的預(yù)充電電壓達(dá)到1V，保證CompactPCI接口板在插拔過程中，對CompactPCI總線的沖擊很小；另外需對背板的PCIRST信號(hào)和CompaetPCI接口板的電源好壞情況進(jìn)行邏輯處理來產(chǎn)生該接口板上的LOCAL_PCI_RST信號(hào)。為此，熱插拔電源電路采用了芯片LTCl646作為CompactPCI熱插拔電源管理器。它能夠使線路板在運(yùn)行中的CompactPCI總線插槽內(nèi)安全地插入和拔出。兩個(gè)外部N溝道通路晶體管IRF7413控制3．3V和5V電源，使電源能在電流限制或可設(shè)置速率上電。電子電路斷路器可保護(hù)兩組電源不受過流故障情況的損害。
圖2
3．2．2LTCl646芯片的主要引腳功能
·LTCl646的3．3V和5V輸入主要來自中等長度的電源插針。3．3V和5V連接器長插針在CompactPCI插卡上與中等長度的3．3V和5V電源插針短接在一起，為LTCl646的預(yù)充電電路、VI／O上拉電阻和PCI9030芯片提供初期電源。
CompactPCI背板的連接器插針中有引腳BD_SEL#、HEALTHY#用于熱插拔電源電路。
·芯片PWRGD#信號(hào)引腳輸出指示何時(shí)所有電源電壓都在容許范圍內(nèi)，連接于PWRGD#引腳的HEALTHY#信號(hào)把板卡電源情況通知背板主機(jī)，當(dāng)HEALTHY#信號(hào)變高時(shí)，說明板卡電源情況出了問題。
·芯片OFF／ON#輸入信號(hào)引腳連接于板卡的BD_SEL#引腳，用來控制開關(guān)板卡電源或?qū)㈦娫磾嗦菲鲝?fù)位。而BD_SEL#信號(hào)應(yīng)通過1．2kΩ電阻上拉至PCI9030的I／O工作電壓VI／O。
·芯片PRECHARGE引腳用于產(chǎn)生1V的預(yù)充電電壓。可在板卡插拔過程中對總線I／O引腳施加偏置。板卡上需要進(jìn)行預(yù)充電的CompactPCI總線引腳(即接插件J1、J2與CompactPCI接口器件PCI9030連接的引腳)包括：ADO～AD31、C／BEO#~C／BE3#、PAR、FRAME#、IRDY#、TRDY#、STOP#、LOCK#、IDSEL、DEVSEL#、PERR#、SERR#。LTCl646產(chǎn)生的預(yù)充電信號(hào)經(jīng)過較大的10kΩ電阻上拉至預(yù)充電電壓(PRECHARGEOUT)。而BD_SEL#、ENUM#、INTA#信號(hào)應(yīng)上拉至PCI9030的I／O工作電壓VI／O。
·芯片的RESETIN#引腳輸入信號(hào)PCI_RST#，在片內(nèi)與HEALTHY#信號(hào)進(jìn)行邏輯結(jié)合，從而在引腳RESETOUT#生成LOCAL_PCI_RST#信號(hào)送到PCI9030芯片的PCI_RST#信號(hào)引腳，用來在任一組電源超出范圍時(shí)對板卡和芯片PCI9030進(jìn)行復(fù)位。
3．2．3在LTCl646芯片控制下CompactPCI接口板的上電順序
當(dāng)插卡插入時(shí)，長3．3V和5V連接器插針以及長GND插針首先接觸。LTCl646預(yù)充電電路在插入階段將總線I／O插針偏置為1V。3．3V和5V中等長度的電源插針在插入的下一個(gè)階段接觸，但只要OFF／ON#引腳被1．2kΩ上拉電阻拉到VI／O，線路板電源則被關(guān)斷。在線路板插入的最后階段，BD_SEL#短連接器插針開始接觸，OFF／ON#引腳被拉低。這使得通路晶體管導(dǎo)通；并且在內(nèi)部有一個(gè)5μA電流源與TIMER引腳連接。時(shí)每個(gè)通路晶體管的電流開始增加，直至增加到各自的電流限值；然后，3．3V和5V電源被允許按一定的速率上電，一旦兩組電壓都在容差范圍之內(nèi)，HEALTHY#將拉低，LOCAL_PCI_RST#可自由跟隨PCI_RST#。
3．2．4在LTCl646芯片控制下CompactPCI接口板的斷電順序
當(dāng)BD_SEL#被拉高時(shí)則開始一個(gè)斷電過程。LTCl646內(nèi)部開關(guān)被連接于每個(gè)輸出電源電壓引腳，使旁路電容器向地放電。TIMER引腳立即被拉低。GATE引腳被一個(gè)200μA的電流源拉低，以防止3．3V和5V電源上的負(fù)載電流同時(shí)變?yōu)榱銖亩鴮﹄娫措妷涸斐筛蓴_。當(dāng)任一輸出電壓跌落在門限以下時(shí)，HEALTHY#引腳被拉高，LOCAL_PCI_RST#將被確定為低。
一旦斷電過程完成，插卡就可以從插槽內(nèi)取出。在拔出期間，預(yù)充電電路繼續(xù)將總線I／O插針偏置為1V，直到5V和3．3V長連接器插針分開。
3．3CompactPCI接口設(shè)計(jì)的其它電氣措施
·熱插拔板卡在帶電拔插過程中，為了保護(hù)板卡免遭靜電損壞，必須進(jìn)行靜電放電。所以，必須在板卡上設(shè)計(jì)放電條。
·為了減小板卡上的CompactPCI總線的信號(hào)線分支對總線的影響，必須對CompactPCI總線信號(hào)進(jìn)行串聯(lián)電阻匹配。需要加串聯(lián)匹配電阻的引腳包括：AD0～AD31、C／BE0#～C／BE3#、PAR、FRAME#、IRDY#、TRDY#、STOP#、LOCK#、IDSEL、DEVSEL#、PERR#、SERR#以及INTA#。根據(jù)CompactPCI規(guī)范，對CompactPCI的信號(hào)線長度和到預(yù)充電電阻的分支線的長度必須進(jìn)行限制(PCB的布線特征阻抗應(yīng)設(shè)計(jì)為65Ω±10％)。線的長度越短，對CompactPCI總線的沖擊越小。在CompactPCI接口板上，對于預(yù)充電的信號(hào)，從接插件J1n或J2到PCI9030器件管腳，總的信號(hào)線長度應(yīng)小于38．1mm。其中，從接插件插針到串聯(lián)電阻的PCB連線長度應(yīng)小于15．2mm，預(yù)充電電阻的分支長度最好是零，最長不能超過2．5mm。
1．1被控對象分析
蒸發(fā)器的示意所示，其工作流程大致可描述為：待濃縮的稀液從蒸發(fā)器上部進(jìn)入蒸發(fā)器E1201，吸收過熱蒸汽提供的熱量，稀液中的水分變成二次蒸汽從蒸發(fā)器頂部排出，濃縮液從蒸發(fā)器底部排出；濃縮液濃度不能在線測量；稀液流量為F1201，稀液管線上設(shè)閥門V1201；濃縮液流量為F1202，濃縮液管線上設(shè)閥門V1202；二次蒸汽流量為F1203，二次蒸汽管線上設(shè)閥門V1203；從蒸發(fā)器中部通入滿足工藝要求的過熱蒸汽，蒸汽流量為F1105，過熱蒸汽管線上設(shè)閥門V1105；換熱后的過熱蒸汽變?yōu)槔淠懦觥Ｕ舭l(fā)器為真空操作，蒸發(fā)器液位為L1201，溫度為T1201，壓力為P1201。
1．2工藝流程分析蒸發(fā)器的工藝流程可以具體描述為：
1）打開稀液流量閥V1201，向蒸發(fā)器E1201注入稀液，并使蒸發(fā)器液位穩(wěn)定在80％左右。
2）打開過熱蒸汽流量閥V1105和二次蒸汽流量閥V1203，向蒸發(fā)器通入過熱蒸汽，使蒸發(fā)器溫度達(dá)到108℃，并保持穩(wěn)定。
3）待濃縮液濃度達(dá)到7．5％時(shí)，開啟濃縮液流量閥V1202，開始連續(xù)出料，使?jié)饪s液流量達(dá)到4．63kg／s，并保持流量平穩(wěn)。
2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
2．1控制要求與技術(shù)指標(biāo)
（1）控制要求
基礎(chǔ)過程控制（BPCS）的任務(wù)是保證蒸發(fā)器溫度、濃縮液濃度以及濃縮液流量均符合工藝要求。根據(jù)工藝要求可以將BPCS的控制任務(wù)分解為：建立蒸發(fā)器液位、提升蒸發(fā)器溫度、蒸發(fā)器提升負(fù)荷運(yùn)行、濃縮液濃度控制、蒸發(fā)器溫度控制、蒸發(fā)器液位控制、濃縮液流量控制。
（2）系統(tǒng)安全要求
現(xiàn)代過程控制系統(tǒng)包括基本過程控制系統(tǒng)(BPCS)和安全儀表系統(tǒng)（SIS）。蒸發(fā)過程可能會(huì)出現(xiàn)蒸發(fā)器內(nèi)壓力過大而引起事故，因此SIS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常重要。
2．2控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
考慮到安全可靠和經(jīng)濟(jì)適用的同時(shí)兼顧，本方案選擇了西門子的PLCS7416－2F，與PCS7BOX構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，兩個(gè)CPU同時(shí)具有基礎(chǔ)控制系統(tǒng)（BPCS）和安全控制系統(tǒng)（SIS）的功能，正常運(yùn)行狀態(tài)下PCS7BOX執(zhí)行BPCS功能，PLCS7416－2F執(zhí)行SIS功能。BPCS系統(tǒng)和SIS系統(tǒng)共用一個(gè)工程師站和一個(gè)操作員站，這樣避免了傳統(tǒng)DCS和SIS之間復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，節(jié)省了成本與安裝費(fèi)用，系統(tǒng)中備件品種少，經(jīng)濟(jì)性好，并且可以互為代用，便于維護(hù)。BPCS系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)之間的通信連接采用光纖實(shí)現(xiàn)，使系統(tǒng)的安全可靠性大大提高。此外，PCS7BOX和冗余PLC相互獨(dú)立，冗余系統(tǒng)的存在與否不影響控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。用PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)擴(kuò)展此系統(tǒng)，使此系統(tǒng)一方面可與管理系統(tǒng)對接，另一方面具有了良好的可擴(kuò)展性，能方便地實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能，同時(shí)使此系統(tǒng)的維護(hù)也變得更加方便。
3控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
3．1儀表供配電設(shè)計(jì)
為保證供電的安全和可靠，設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)按照用電儀表的電壓等級(jí)和電源類型進(jìn)行設(shè)計(jì)。本方案采用二級(jí)供電方式，由第一級(jí)總供電箱直接向設(shè)置在底層的各二級(jí)供電箱供電，并在第二級(jí)供電系統(tǒng)中同樣設(shè)置總供電箱、分供電箱。供電系統(tǒng)可采用多回路供電的配電方式，將各分供電箱分別接到總供電箱上的各組端子上，這樣在靈活分配用電負(fù)荷的同時(shí)能夠分散端子故障所帶來的影響。
3．2輸入／輸出模塊配置
BPCS和SIS的輸入／輸出模塊配置相類似，以BPCS為例，在分析控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上。確定了BPCS所需配置的I／O點(diǎn)數(shù)后，即可進(jìn)行輸入／輸出模塊的選擇。本方案選擇西門子公司的分布式I／O產(chǎn)品ET200M。
3．3系統(tǒng)控制柜設(shè)計(jì)
接下來是系統(tǒng)控制柜的設(shè)計(jì)，包括主控制柜和分控制柜的設(shè)計(jì)，確定控制柜以及輸入輸出模塊后，繪制系統(tǒng)輸入輸出模塊的接線原理圖。
3．4系統(tǒng)組態(tài)
在SIMATICManager中完成系統(tǒng)組態(tài)。系統(tǒng)硬件組態(tài)如圖3上半部分所示，左邊是BPCS系統(tǒng)的硬件組態(tài)，右邊是SIS系統(tǒng)的硬件組態(tài)。通信網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)如圖3的下半部分所示，完成BPCS功能和SIS功能的DCS和PLC均掛接在PROFIBUS總線上。PCS7BOX和IM153－2分別是BPCS的CPU和ET200M通信模塊；AS400F和IM153－2FO則是SIS的CPU和ET200M通信模塊。
4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
4．1控制程序總體設(shè)計(jì)
根據(jù)程序的功能以及程序執(zhí)行情況，控制程序可以被劃分為3個(gè)部分：
1）啟動(dòng)組織塊OB100。OB100在PLC啟動(dòng)時(shí)執(zhí)行一次，通過該組織塊可以實(shí)現(xiàn)初始化操作。
2）主程序OB1。OB1由操作系統(tǒng)不斷地循環(huán)調(diào)用。通過OB1可以進(jìn)行系統(tǒng)常規(guī)處理，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，比如更新程序中的標(biāo)志，并進(jìn)行相應(yīng)處理。
3）循環(huán)中斷OB35。循環(huán)中斷組織塊按照設(shè)定的時(shí)間間隔執(zhí)行中斷程序。在循環(huán)中斷中完成模擬量采集、數(shù)字濾波、PID運(yùn)算，最后是控制量輸出。
4．2控制程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
（1）S7CFC編程語言
CFC（ContinuousFunctionChart，連續(xù)功能圖）用圖形的方式連接程序庫中的各種功能塊，包括從簡單的邏輯操作到復(fù)雜的閉環(huán)和開環(huán)控制等領(lǐng)域。編程的時(shí)候?qū)⑿枰墓δ軌K復(fù)制到圖中并用線連接起來即可。定時(shí)中斷程序即采用CFC來編寫。
（2）定時(shí)中斷的整體結(jié)構(gòu)
在定時(shí)中斷中進(jìn)行模擬量采集、數(shù)字濾波、PID運(yùn)算以及控制信號(hào)輸出，同時(shí)實(shí)現(xiàn)參數(shù)超限時(shí)的報(bào)警和停車。程序的控制單元主要有：溫度控制、液位控制、濃度控制等。不同被控量所需定時(shí)中斷的時(shí)間間隔均不相同，定時(shí)時(shí)間要根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試情況來確定。
4．3推理程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
經(jīng)過分析，可以看出被控對象的特點(diǎn)是多回路、多參數(shù)、強(qiáng)耦合。因此控制策略為：將復(fù)雜大系統(tǒng)分解成相對獨(dú)立的簡單子系統(tǒng)進(jìn)行處理，控制律力求簡單實(shí)用。其中，根據(jù)對被控對象的分析，發(fā)現(xiàn)濃縮液濃度不可在線測量。為了實(shí)現(xiàn)濃度的準(zhǔn)確控制，采用了推理控制策略，利用可實(shí)時(shí)測得的稀液流量、濃縮液流量以及二次蒸汽流量，通過推理運(yùn)算實(shí)現(xiàn)濃度的間接控制。推理控制算法采用SCL（類似于C語言）進(jìn)行編程，并將其編譯成模塊，供CFC編程調(diào)用。BPCS部分主要采用連續(xù)功能圖CFC實(shí)現(xiàn)。
4．4系統(tǒng)安全SIS設(shè)計(jì)
作為保證生產(chǎn)安全的重要措施，安全控制系統(tǒng)主要包含安全儀表和信號(hào)報(bào)警兩部分。大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)過程要求安全儀表系統(tǒng)和信號(hào)報(bào)警遵循失效安全原則，使工業(yè)設(shè)備在發(fā)生故障的時(shí)候轉(zhuǎn)入預(yù)定義的安全狀態(tài)。在本方案中，包括了報(bào)警指示、緊急停車聯(lián)鎖等安全控制。緊急停車聯(lián)鎖在蒸發(fā)器裝置的機(jī)械設(shè)備故障、某些過程參數(shù)越限、系統(tǒng)自身故障或稀液進(jìn)料中斷時(shí)，對系統(tǒng)實(shí)施緊急停車。緊急停車聯(lián)鎖能自動(dòng)產(chǎn)生一系列預(yù)先定義的動(dòng)作，使工藝裝置和人員處于安全狀態(tài)。
4．5系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)使用西門子WinCC組態(tài)軟件對操作員站進(jìn)行了組態(tài)，實(shí)現(xiàn)對蒸發(fā)器的實(shí)時(shí)控制及調(diào)整、系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控與管理。WinCC使生產(chǎn)過程的狀態(tài)能夠以文字、圖像、曲線和報(bào)警等多種形式清晰地表達(dá)出來，同時(shí)能夠記錄生產(chǎn)過程中發(fā)生的事件，供歷史查詢使用，還可以組態(tài)可打印的報(bào)表。
5系統(tǒng)運(yùn)行與驗(yàn)證控制
關(guān)鍵詞：體育場照明設(shè)計(jì)電氣控制設(shè)計(jì)
1.體育場照明的重要性
對于一座現(xiàn)代化的體育場，不但要求建筑外形美觀大方、各種體育設(shè)備齊全完善，而且要求有良好的照明環(huán)境，即要求有合適、均勻的照度和亮度、理想的光色，有立體感及無眩光等。除保證滿足觀眾良好的視看效果外，還必須保證裁判員、運(yùn)動(dòng)員和比賽項(xiàng)目所需的照明要求以及應(yīng)保證有良好的電視轉(zhuǎn)播效果。
照明是依靠光線的功能，保證燈光作用于運(yùn)動(dòng)員、裁判員、觀眾的眼睛、產(chǎn)生視覺，才能看見體育場地上的一切，如場地環(huán)境的明暗、物體建筑、器具及服裝等表面的顏色、觀看目標(biāo)的形狀和大小、深度、立體感及運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)時(shí)的狀態(tài)和體育場的氣氛等等。所以，良好的照明在現(xiàn)代體育場中占有重要地位。
一般，在一個(gè)體育場的照明設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮以下三方面的因素：
1滿足運(yùn)動(dòng)比賽時(shí)運(yùn)動(dòng)員的視覺要求，并且使燈光對比賽的客觀影響降到最低程度。
2滿足觀眾的視覺要求，使燈光對觀看比賽時(shí)所引起的不適感覺降低到最低程度。
3滿足彩電轉(zhuǎn)播的照明要求，盡可能提高轉(zhuǎn)播質(zhì)量。
總之，照明與運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的比賽要求密切相關(guān)，與觀眾視看效果密切相關(guān)，沒有良好照明設(shè)施的體育場是不完整的體育場，必將嚴(yán)重影響它的使用功能。
2.體育場照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
為了得到良好的照明設(shè)計(jì)方案，合理利用光線的分布來滿足運(yùn)動(dòng)員、觀眾、裁判員視覺以及良好的電視轉(zhuǎn)播效果的要求，必需先確定照明標(biāo)準(zhǔn)，包括照度標(biāo)準(zhǔn)和照明質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。照明質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其中包括眩光、光源色溫有顯色性要求，光的方向性、節(jié)能要求等。
2.1照度標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)國際體聯(lián)第83號(hào)推薦照度要求及《民用建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GBJ133－90中第2.2.9條中的規(guī)定，提出以下照度標(biāo)準(zhǔn)推薦值見表1。幾點(diǎn)說明：
1根據(jù)《民用建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GBJ133－90中第2.2.9－1條中規(guī)定：足球場比賽照度標(biāo)準(zhǔn)值：當(dāng)觀看距離為120m時(shí)，為150～200～300lx；觀看距離為160m時(shí)，為200～300～500lx；觀看距離為200m時(shí)，為300～500～750lx.觀看距離指觀眾席最后一排到場地邊線的距離。
2根據(jù)《民用建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GBJ133－90中第2.2.9－2條中規(guī)定：電視轉(zhuǎn)播需要的垂直照度：最大拍攝距離分為三組，①對于足球項(xiàng)目而言，最在拍攝距離為25m時(shí)平均垂直照度應(yīng)為750lx；最大拍攝距離為75m時(shí)平均垂直照度應(yīng)為1000lx；最大拍攝距離為150m時(shí)平均垂直照度為1500lx；②對于田徑項(xiàng)目而言，最大拍攝距離為25m時(shí)平均垂直照度應(yīng)為500lx；最大拍攝距離為75m平均垂直照度應(yīng)為750lx；最大拍攝距離為150m時(shí)平均垂直照度為1000lx.上述每個(gè)垂直照度用于一個(gè)給定的運(yùn)動(dòng)等級(jí)和給定的最在拍攝距離相對于1.0m垂直面的值，各照度值的中間值用于其它拍攝距離。
3上述照度指體育場的最終平均照度，設(shè)計(jì)時(shí)選取的初始照度必須計(jì)入維護(hù)系數(shù)，一般可采用0.7～0.8的數(shù)值。
4水平照度的均勻度：照度均勻度一般用最小照度與最大照度之比表示，也可用最小照度與平均照度之比表示，最小照度與最大照度的比值應(yīng)大于0.5.
5垂直照度的均勻度：最小照度與最大照度的比值應(yīng)大于0.4，才能滿足主電視攝像的要求。
2.2照明質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
1眩光
體育照明的關(guān)鍵除提供足夠的水平和垂直照度以外，還需要減少眩光，從而達(dá)到亮而無眩光的效果。眩光是影響照明質(zhì)量的最重要因素之一。根據(jù)CIENO.83出版物“彩電系統(tǒng)的體育場地照明”，場內(nèi)最大眩光指數(shù)GRmax應(yīng)小于50.眩光額定值GR愈小，眩光限制愈好，眩光額定值為50時(shí)。眩光額定值GR由下列公式算出：
GR=27＋24LgLvl/Lve0.9
1式中，Lvl是燈具產(chǎn)生的光幕亮度，Lve是環(huán)境產(chǎn)生的光幕亮度。一般在計(jì)算照度時(shí)，應(yīng)計(jì)算不同方向的眩光額定值GR，在GR<50時(shí)，即可行。眩光的限制除了合理確定燈具的選型，安裝高度和排列方式外，還可以采取提高賽場背景照度的方法。
2光源色溫及顯色性要求
為達(dá)到良好的彩電轉(zhuǎn)播效果，體育場的照明質(zhì)量不但與照度有關(guān)，而且與照明光源的色溫及顯色性有緊密關(guān)系。我國《民用建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GBJ133－90中第3.3.2條中規(guī)定：彩電轉(zhuǎn)播用一般光源顯色指數(shù)Ra不應(yīng)小于65.依據(jù)CIENO.83號(hào)出版物及國際足聯(lián)的要求，光源相關(guān)色溫Tc大于5000K和光源顯色指數(shù)Ra大于等于80，以達(dá)到最佳的現(xiàn)場照明效果及彩電轉(zhuǎn)播效果。
3光的方向性
燈具的俯角不僅影響垂直照度，同時(shí)也對運(yùn)動(dòng)員、觀眾和裁判有可能產(chǎn)生較大眩光影響。對地體育場照明設(shè)計(jì)，應(yīng)選擇好燈具的瞄準(zhǔn)方向。另外，主攝像機(jī)與另一側(cè)過來的光線之比例應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，而照明的最重點(diǎn)是在足球場的中央及設(shè)置。
4節(jié)能要求
照明節(jié)能重在采用合理的照明方案和高效的照明裝置，降低線路損耗及良好的照明控制。體育建筑屬照明用電較大的建筑項(xiàng)目，從節(jié)能意義上講，僅比較初始投資費(fèi)用，而不以最低運(yùn)行成本為基礎(chǔ)選擇得出的照明設(shè)計(jì)不是合理的設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)具體情況，將初始投資及運(yùn)行成本綜合加以考慮。
應(yīng)選擇高效率的光源和燈具，采用能耗較低的鎮(zhèn)流器等附件，并加補(bǔ)償電容，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。照明設(shè)計(jì)應(yīng)有多種開燈模式及對應(yīng)的控制方案。可以通過調(diào)節(jié)燈具數(shù)量，為不同需要的比賽和活動(dòng)提供合適的照明，控制方案要簡單、實(shí)用，并具有較強(qiáng)的靈活性。
3.體育場照明設(shè)計(jì)的計(jì)算
體育場照明設(shè)計(jì)的照度計(jì)算通常有三種方法：一是單位面積容量估算法；二是平均照度計(jì)算法，用以計(jì)算被照面上的平均照度；三是逐點(diǎn)計(jì)算法，可以精確的計(jì)算出某一點(diǎn)的照度。
1單位面積容量估算法基本公式：
N=P×A/PL2
式中：N—泛光燈燈數(shù)；PL—每臺(tái)泛光燈功率W；P—單位面積功率W/m2；A—被照面積m2。
m=1/η×η1×U×U1×K3
式中：m—簡化系數(shù)；η—燈具效率；η1—光源效率，1m/W；U—利用系數(shù)；U1—照度均勻度；K—燈具維護(hù)系數(shù)，一般取0.7～0.8.
為簡化計(jì)算，按照η=0.6、U=0.75、U1=0.7、K=0.7給出不同光源的m值見表2.
P=m×E4
式中E為最小照度，lx.
2平均照度計(jì)算法，運(yùn)用以下公式可以計(jì)算出燈具的數(shù)量。
N=E×A/η×F×K5
式中：N—燈具的數(shù)量個(gè)；E—表面平均照度lx，由表1查得：A—被照面面積m2；η—燈具的效率；F—光通量1m；K—維護(hù)系數(shù)，取0.7～0.8.以上兩種照度計(jì)算法應(yīng)用較普遍，主要用于照度的估算，比較適合方案和初步設(shè)計(jì)階段。
3點(diǎn)光源逐點(diǎn)計(jì)算法
采用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行逐點(diǎn)計(jì)算。泛光燈的尺寸與其照射的距離相比要小的多，因此泛光燈可被當(dāng)作點(diǎn)光源，一盞燈具照度計(jì)算的數(shù)學(xué)模型如公式6所示。
EΦcosα±D/h×sinαEh=ΨEh
6式中，Eh：一盞燈照射到垂直立面上產(chǎn)生的平均照度lx，Eh用公式7計(jì)算：
Eh=Iθ×cosθ/R27
Iθ—θ角照射方向的光強(qiáng)cd；R—光源至被照面間的距離m；h—光源至垂直立面的垂直計(jì)算距離m；D—R在垂直立面上的投影m；α—斜面與水平面的夾角，單位為度；θ—燈具光束中心與水平面的夾角，單位為度；Ψ—系數(shù)，Ψ=cosα±D/h×sinα。
4.體育場照明燈具分類與布置方式
4.1照明燈具分類
體育場照明燈具按其光束形狀可分為A、B、C三類，如表3所示。
在照明設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的燈具。通常對于側(cè)面布燈方式，采用光束為扇形B或C型泛光燈的利用系數(shù)要高于圓柱對稱光束A型泛光燈。對于四塔布燈方式，采用圓柱對稱光束A型泛光燈的利用系數(shù)要高于扇形B或C型泛光燈。
4.2燈具的布置方式
為有效地利用光源的光通量，還應(yīng)根據(jù)投射距離選擇泛光燈光束角的大小。按光束角的大小可分為7類，如表4所示。
1四塔式布燈
①四角燈塔位置應(yīng)選在球門中線民地底線成15°角、半場中心線與邊線成5°角的兩線相交后延長線所夾得空間范圍，并宜將燈塔設(shè)置在場地的對角線上。將泛光燈安裝在4個(gè)高塔上，這種布置型式適用于沒有挑棚的體育場，其照明利用率較低；而且要解決好燈具的維護(hù)檢修問題。
②燈塔的高度應(yīng)使最低一排泛光燈至場地中心與場地水平地面的夾角在20°～30°，超過這一范圍，不僅使燈塔的造價(jià)大大提高，同時(shí)也會(huì)降低垂直照度與水平照度的比例，影響物體造型的立體感和降低識(shí)別運(yùn)動(dòng)物體的速度。
燈塔最低一排泛光燈至場地水平面的垂直高度可由式8確定：
H≥L×tan25°或H≥0.4663L
8式中：H—燈塔最低一排泛光燈至場地水平面的垂直高度m；L—場地中心點(diǎn)至燈塔座的水平距離m。
上式中的L與H關(guān)系還可以采用下列比值確定：與場地水平面夾角為25°時(shí)，LH=2.1451；與場地水平面夾角為20°時(shí)，LH=2.7471
③燈塔頂部應(yīng)裝置防雷接地設(shè)施，接地電阻不大于10Ω。燈塔頂部應(yīng)設(shè)置紅色高度標(biāo)志燈，且不少于2臺(tái)。燈塔上安裝的接線端子箱、敷設(shè)的電纜及線醴均由燈塔廠配套提供。
④燈塔設(shè)置位置及塔上最低一排泛光燈投射角度及高度應(yīng)滿足以下要求：α>5°，β>15°，20°<γ<30°，45°<θ<70°
2混合式布燈
①將燈帶式與燈塔式有機(jī)地組合在一起的布燈方法。一般大型綜合性體育場解決照明技術(shù)效果比較好的一種布燈型式。
②混合布置，燈塔的投射角和方位布置可以適當(dāng)靈活處理，光帶的長度可以適當(dāng)縮短，光帶的高度也可適當(dāng)降低。
5.體育場照明供電設(shè)計(jì)
1體育場的照明供電，一般由低壓配電室引來兩路電源供給，互為備用，手動(dòng)與自動(dòng)投切，平時(shí)兩路電源各帶50％左右的負(fù)荷，且均勻分布，以便任何一路斷電，熄滅了的燈光尚未點(diǎn)燃時(shí)，場地內(nèi)仍能保持均勻的照度分布，使一般性比賽仍可進(jìn)行。另外，由于氣體放電燈的啟動(dòng)時(shí)間約為4～8min，再啟動(dòng)時(shí)間約為10～15min，因此，即使采用兩種電源自投，也無法使熄滅了的燈光立即點(diǎn)燃，故對有人值班的控制室，可采用兩種電源手動(dòng)互投的切換方式。對無人值班的控制室則應(yīng)采用兩路電源自投不自復(fù)的切換方式，保證比賽的正常進(jìn)行，延長光源的使用壽命。
①此種供電方式可不再另外考慮場地的應(yīng)急照明，而且當(dāng)電源轉(zhuǎn)換時(shí)仍能基本保證比賽的正常進(jìn)行。
②配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對較為復(fù)雜，造價(jià)亦相應(yīng)較高。
③采用四塔式照明時(shí)，將電源柜放在燈塔底部內(nèi)側(cè)，電源線沿?zé)羲?nèi)壁敷設(shè)，燈具的鎮(zhèn)流器箱放在塔的頂部，這種配電方式較為合理。
④采用光帶式照明時(shí)，將電源直接送到挑棚馬道上的配電柜臺(tái)，配電的分支線路可以采用沿馬道旋轉(zhuǎn)的金屬線槽敷設(shè)方式。
2比賽燈的開關(guān)，主要靠交流接觸器或無觸點(diǎn)的晶閘管可控硅實(shí)現(xiàn)。用交流接觸器控制，簡單可靠，也較經(jīng)濟(jì)；用晶閘管控制，技術(shù)先進(jìn)，但價(jià)格較貴。為了便于維護(hù)和燈光方案的變化，宜采用單燈單控，也可一個(gè)開關(guān)控制2～3個(gè)燈，以不超過3個(gè)燈為宜。
3氣體放電燈點(diǎn)燃時(shí)，沖擊電流很大，開啟燈光時(shí)，單燈宜間隔0.5s；組控時(shí)，宜間隔10～30s.另外，氣體放電燈的頻閃效應(yīng)對照明質(zhì)量的影響很大。由交流電源供電的氣體放電燈有二倍于電源頻率的周期性頻閃。頻閃會(huì)使迅速運(yùn)動(dòng)的物體，出現(xiàn)幻影，這種效應(yīng)對于攝像，尤其是慢動(dòng)作攝像影響很大，放映時(shí)，會(huì)顯示出一種令人難以忍受的閃動(dòng)，頻閃還會(huì)造成視覺疲勞。通常用光通量的波動(dòng)深度Fbd來衡量。
Fbd=Fmax－Fmin/2Fav×100％
9式中：Fmax—光通量的最大值；Fmin—光通量的最小值；Fav—光通量的平均值。只要將波動(dòng)深動(dòng)降至25％以下，人的視覺對頻閃將不產(chǎn)生疲勞效應(yīng)。這可通過改變配電方式來實(shí)現(xiàn)。例如：將相鄰的氣體放電燈接在不同相位的電源上；在方案設(shè)計(jì)時(shí)，還可考慮氫不同相位的氣體放電燈所發(fā)出的光通量相到重疊等。總之，在大量使用氣體放電燈的體育場照明設(shè)計(jì)中必須考慮頻閃對照明質(zhì)量的影響。
6.體育場照明控制
體育場及觀眾席照明控制主要形式為在專設(shè)的燈光控制室采用計(jì)算機(jī)控制臺(tái)集中控制。計(jì)算機(jī)控制臺(tái)為人機(jī)對話形式，設(shè)有燈位布置模擬盤、燈光單控、組控開關(guān)等，燈光單控開關(guān)的布置應(yīng)與燈位布置模擬盤相對應(yīng)。可以自動(dòng)控制，也可以手動(dòng)控制，計(jì)算機(jī)可以模擬現(xiàn)場開燈狀態(tài)，自動(dòng)控制及檢測燈具是否正常工作，并反饋顯示故障燈組位置，可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置不同的控制方案，以滿足不同比賽內(nèi)容及活動(dòng)對照度的不同要求及同一體育項(xiàng)目不同比賽級(jí)別對照度的不同需要。預(yù)先確定若干種開燈方案，編程后存入計(jì)算機(jī)內(nèi)，根據(jù)不同的需要調(diào)用相應(yīng)的開類方案。
7.結(jié)束語
良好的體育場照明環(huán)境的實(shí)現(xiàn)，主要取決于正確地確定照明設(shè)計(jì)方案，同時(shí)依賴于使用性以面優(yōu)異的照明設(shè)備的選取及照明電氣控制系統(tǒng)。這里所談的僅是一些粗淺的認(rèn)識(shí)，有待于在今后的照明設(shè)計(jì)中深入探討，摸索出其內(nèi)在的規(guī)律，使之進(jìn)一步理論化、系統(tǒng)化，從而更有利于指導(dǎo)實(shí)踐工作。
以上是筆者對于體育場照明及電氣控制設(shè)計(jì)的一些粗淺認(rèn)識(shí)，不當(dāng)之處請讀者指正。
參考文獻(xiàn)
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