摘 要: 为了提高对多层建筑给排水灭火性能， 进行多层建筑给排水自动喷淋灭火系统设计， 提出基于联动性控制方法进行多层建筑给排水自动喷淋灭火的自动管控制算法设计， 设计的灭火系统具有勘探火情、喷水灭火、应急输水等智能控制能力。构建多层建筑给排水自动喷淋控制的约束参量模型， 结合消防设施的联动性差异特征进行反馈控制， 采用模糊 PID 控制律进行多层建筑给排水自动喷淋系统的控制模型优化设计， 提高自动喷淋的自动性。采用集成 DSP 开发进行排水自动喷淋灭火系统的硬件开发设计， 系统的硬件模块包括传感器模块、自动控制模块、预警模块、上位机通信模块、人机交互模块和自动喷淋的水流调度模块等。测试结果表明， 采用该方法进行多层建筑给排水自动喷淋灭火的智能性较好， 自动控制能力较强， 灭火效果较好。

0 引言
    随着经济社会发展， 人们生活水平的提高， 越来越多的人们选择多高层建筑作为居住生活的场所， 多层建筑的防火性能成为建筑行业重点考虑的问题， 建立多层建筑的防火系统， 提高多层建筑的防火安全性。研究高多层建筑给排水自动喷淋灭火系统的优化设计方法， 结合防火预警控制性设计， 提高多层建筑的消防安全性，相关的系统设计方法研究受到人们的极大关注。对多层建筑给排水自动喷淋灭火系统设计设计需要重点考虑灭火的安全性和效益性， 结合自动喷淋灭火的新方法探究， 采用自动控制方法进行多层建筑给排水自动喷淋灭火系统的算法设计和硬件设计， 促进消防安全性建设［1］ 。
    当前， 对建筑自动喷淋灭火系统设计主要存在喷头设置不合理， 存在保护范围交叉、重复、远离等问题， 在建筑自动喷淋灭火系统报警装置与系统检验中， 可能会造成误喷和误报警。针对当前多层建筑给排水自动喷淋灭火系统设计存在的缺陷， 进行系统的改进设计， 提出基于联动性控制方法进行多层建筑给排水自动喷淋灭火的自动管控制算法设计， 设计的灭火系统具有勘探火情、喷水灭火、应急输水等智能控制能力［2］ 。构建多层建筑给排水自动喷淋控制的约束参量模型， 结合消防 设施的联动性差异特征进行反馈控制， 采用模糊 PID 控制律进行多层建筑给排水自动喷淋系统的控制模型优化设计， 提高自动喷淋的自动性。采用集成 DSP 开发进行排水自动喷淋灭火系统的硬件开发设计， 系统的硬件模块包括传感器模块、自动控制模块、预警模块、上位机通信模块、人机交互模块和自动喷淋的水流调度模块等［3］ 。首先进行系统的总体设计分析， 进行建筑的防火灭火的给排水的设计原理分析， 然后进行系统的控制算法设计和硬件设计， 最后进行实验测试， 得出有效性结论。
1 灭火系统的自动喷淋给排水施工设计分析
1. 1 喷头和管网
    自动喷淋系统是一种消防灭火装置， 在多层建筑设计中具有广泛地应用， 采用给排水自动喷淋方法进行消防灭火具有效能高和即时性好的优点， 且价格低廉， 因此， 研究给排水自动喷淋系统进行多层建筑的消防灭火受到人们的广泛关注， 对多层建筑给排水自动喷淋灭火系统设计的基础是进行给排水施工技术分析， 结合喷淋泵的功能性测试和给排水管道施工分析， 提高多层建筑给排 水 自 动 喷 淋 灭 火 系 统 的 输 出 压 力， 提 高 灭 火 效能［4］ 。在多层建筑给排水自动喷淋灭火系统的给排水设计中， 首先需要进行喷头和管网布置， 采用多传感器组网模型， 结合物联网设计技术， 进行多层建筑给排水自动喷淋灭火系统的喷头及管网的节点设计， 提高防火效率， 采用最短路径和最大覆盖面积约束方法， 构造给排水的局域网组网模型， 提高防火的覆盖率， 根据给排水的输出水流密度， 进行压力控制， 在火灾发生时可以喷出更高压力的水流， 从而提高防火能力［5］ 。
1. 2 建筑部分层自喷配水管入口减压设计
    在多层建筑的自动喷流给排水防火设计中， 设计建筑报警阀进行给排水输出的集中控制， 报警阀且距地面高度宜为 1. 2 m。采用分区域管网组网设计方法， 使得排水管网能够承受一根管道的水压， 各配水管入口的压力均不宜大于 0. 4 MPa。多层建筑给排水自动喷淋灭火系统的自动排水设计中， 根据最高层最不利喷头工作的原则进行输出管道压力自动调节， 采用水流指示器、压力阀、水力警铃进行联合控制， 在输出管道的水压监测中， 采用人工定期全面检测与不定期抽检结合方法， 进行自喷末端试水装置设计［6］ 。
1. 3 自动喷淋系统的给排水调试
    在进行了多层建筑的自动喷流给排水设计的基础上， 结合自动喷淋系统管路组网结构进行连通性调试，把灭火系统的输出水压力调至 0. 5 MPa 以下， 稳压泵应自动停泵， 当压力降至 0. 5 MPa 时， 稳压泵应自动启泵补水， 报警阀前的主干管充满水， 测试管道的压力。在水泵单机试运行调试中， 确保喷头全部装上， 启动喷淋系统稳压泵， 将稳压泵切换至自动状态， 稳压泵应不启 动， 采用动态监测技术进行自动喷淋系统调试， 以湿式报警阀， 分析多层建筑的自动喷流给排水系统的水流指示器的输出， 在室外消火栓处接水龙带至水泵接合器，依次对各个水泵接合器进行给排水调试， 测试输出压力， 确保多层建筑的自动喷流的压力， 从而确保灭火效果［7］ 。消防水系统如图 1 所示。

2 系统软件设计
2. 1 控制对象和控制约束参量分析
    构建多层建筑给排水自动喷淋控制的约束参量模型， 结合消防设施的联动性差异特征进行反馈控制， 采用模糊 PID 控制律进行多层建筑给排水自动喷淋系统的控制模型优化设计， 提高自动喷淋的自动性［8］ ， 首先进行多层建筑给排水自动喷淋控制的控制约束参量分析， 以 en 为水流输出控制的观测误差， 通过对各个水泵接合器的误差稳定性调节， 构建模糊控制约束参量模型， 采用压泵补水控制方法， 得到自动喷淋系统充水的稳态调节误差为 Ｒi( P) ， 对控制约束参量 Pi 求导， 并使其等于 0 得到:

    由此， 采用附加阻尼协调控制方法， 对自动喷流给排水的问题控制问题转化为对目标函数 Finner_dq和 Fouter_dq求最优解的问题， 给在主导模态下， 得到灭火系统的输出控制补偿集合 x = { KP1， K11， KP2， K12， Ｒ， L， Keq， Teq} ， 综上分析， 实现对给排水自动喷淋的自动控制的约束参量分析。
2. 2 控制律设计
    采用模糊 PID 控制方法， 构建给排水自动喷淋灭火系统的主动控制模型， 以灵敏度实部和虚部值为约束参量， 进行喷淋过程中的控制系统参数调节， 得到多层建筑给排水自动喷淋灭火控制器的输入为:

    其中， 0≤p( ai) ≤1( i = 0， 1， 2， …， m) 表示多层建筑给排水自动喷淋灭火控制稳定临界点处的多模控制的时滞函数［11－13］ ， 采用灵敏度分析法进行输出水流调节，假设 x( t) ， t = 0， 1， …， n－1 为多层建筑给排水自动喷淋的水流序列， 结合小扰动抑制， 构建排水控制的传动状态方程为:x( t) = Ax( t) +BKx( t－ds( t) －da( t) ) ( 7)
    其中， A 为小干扰稳定性转矩， B 为电磁暂态特征量， K为时滞特性参数， ds( t) 为阶跃扰动系数， 忽略控制器的前馈耦合项， 得到模糊 PID 控制的约束状态方程为:x( t) = Ax( t) +Bx( t－d1( t) －d2( t) )x( t) = φ( t) t∈［－h， 0］ ( 8)在随机泛函学习下， 对小干扰动态模型进行自适应调度［14］ ， 输入小干扰动态模型的扰动性分别为 d1( t) 和d2( t) ， 受到 d 轴电流内环约束下， 得到最优控制函数描述为:

    通过 Lyapunov 稳定性原理， 分析多层建筑给排水自动喷淋灭火系统控制算法的稳定性， 定义 Lyapunov 函数:

    分析可见， 采用本文方法进行多层建筑给排水自动喷淋灭火系统是稳定收敛的。图 2 为多层建筑给排水自动喷淋灭火系统软件设计流程图。

3 系统的硬件设计
    在上述软件设计的基础上， 对多层建筑给排水自动喷淋灭火系统硬件进行设计， 给出系统硬件的总体构架， 并对系统硬件的各组成模块进行详细介绍。
3. 1 系统硬件总体构架
    采用集成 DSP 开发进行给排水自动喷淋灭火系统的硬件开发设计， 系统的硬件模块包括传感器模块、自动控制模块、预警模块、上位机通信模块、人机交互模块和自动喷淋的水流调度模块等。系统的总体构架如图 3所示。

3. 2 系统硬件模块化设计与实现
    由于传统方法已经对预警模块、上位机通信模块和自动喷淋的水流调度模块进行了设计， 因此本文重点对 传感器模块、自动控制模块以及人机交互模块进行设计， 具体设计过程如下。
( 1) 传感器模块
    基于 AＲM 嵌入式设计方案进行多层建筑给排水自动喷淋灭火系统的硬件设计， 设计的多层建筑给排水自动喷淋灭火系统的硬件模块有上位机模块、数模转换模块。采用 AＲM11 CPU S3C6410 作为多层建筑给排水自动喷淋灭火系统的输出端口， 采用 AＲM Cortex－M0 处理器进行多层建筑给排水自动喷淋灭火系统集成设计［15］ ，构建时钟电路和复位电路进行输出转换控制， 从而实现对传感器模块的设计。
( 2) 自动控制模块
    自动控制模块是整个系统设计的核心模块， 该模块能够实现对多层建筑给排水自动喷淋灭火系统的总线控制， 因此， 本文对自动控制模块进行重点设计。采用ADM706 芯片进行多层建筑给排水自动喷淋灭火系统的自动控制和程序加载设计， 采用 ADSP －BF537 作为外围器件进行给排水自动喷淋灭火系统的 AD 信息采样， 在嵌入式环境下实现对集成信息的处理。通过上述设计，自动控制模块可以实现以下功能: 对多层建筑给排水自动喷淋灭火的现场进行实时监测; 根据火情测得火灾严重程度的相关数据， 对数据进行处理， 并采用不同信号频率将处理结果传送至预警模块; 自行调节控制器的运行频率， 从而给出准确的水压、气压对应的输出值。
( 3) 人机交互模块
    人机交互模块能够实现自动灭火的接口输出控制功能， 人机交互模块由微控制器、语音录放芯片、键盘、液晶显示和控制执行单元构成。其中， 语音录放芯片的功能为对提示语言进行存储和播放; 键盘的功能是对用户输入的信息进行接收， 接受方式为通过扫描方式接收键盘输入信息。采用 VIX 总线设计方法进行给排水自动喷淋灭火系统的人机交互接口设计， 并在 CＲT 显示终端对给排水自动喷淋灭火系统的输出视频进行分析， 将采集的多层建筑给排水自动喷淋灭火 AD 信息及视频分析结果输入到集成信息终端， 实现自动灭火控制。
    综上所述， 完成对多层建筑给排水自动喷淋灭火系统的硬件以及软件部分的设计。
4 系统测试分析
    在上述设计的基础上， 采用 MSP430F149 进行系统调试和交叉编译， MSP430F149 是一种 16 位的单片机，具有低电压和低功耗的特点。其配备了不同的外设集以满足 各 类 应 用 需 求。具 有 功 能 强 大 的 16 位 ＲISCCPU， 有助于获得最大编码效率的常数发生器， 从而完成从低功耗模式到激活模式的唤醒。在系统调试的基础上， 运用 Matlab Simulink 对系统的稳定性进行分析。建筑给排水自动喷淋灭火系统的串口输出为+FSＲ /2－7 /2LSB， 水流喷 淋 控 制 的 迭 代 步 长 为 100， 迭 代 次 数 为 2000， 适应度值为 0. 24， 喷淋的覆盖面积为 650 m2， 根据上述仿真参数设定， 测试设计的多层建筑给排水自动喷 淋灭火系统的控制性能， 得到控制性能曲线如图 4 所示。

    分析图 4 得知， 采用本文方法进行多层建筑给排水自动喷淋灭火控制的收敛性较好， 而传统方法的振荡性较大， 自动喷淋的感应性能不好， 控制效果来讲， 本文方法具有优越性。
5 结语
    对多层建筑给排水自动喷淋灭火系统设计设计需要重点考虑灭火的安全性和效益性， 结合自动喷淋灭火的新方法探究， 采用自动控制方法进行多层建筑给排水自动喷淋灭火系统的算法设计和硬件设计。提出基于联动性控制方法进行多层建筑给排水自动喷淋灭火的自动管控制算法设计， 设计的灭火系统具有勘探火情、喷水灭火、应急输水等智能控制能力。构建多层建筑给排水自动喷淋控制的约束参量模型， 结合消防设施的联动性差异特征进行反馈控制， 采用模糊 PID 控制律进行多层建筑给排水自动喷淋系统的控制模型优化设计， 提高自动喷淋的自动性。采用集成 DSP 进行排水自动喷淋灭火系统的硬件开发设计， 系统的硬件模块包括传感器模块、自动控制模块、预警模块、上位机通信模块、人机交互模块和自动喷淋的水流调度模块等。测试结果表明， 采用该方法进行多层建筑给排水自动喷淋灭火的智能性较好， 自动控制能力较强， 灭火效果较好。
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