十字路口交通灯的PLC顺序控制(常用版).doc

十字路口交通灯的PLC顺序控制（常用版）
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摘 要
近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，针对具体应用对象的特点，配以其它器件来加以完善。
电气控制与PLC是本学期新开的一门技术课，也是非常重要的一门课，对于以后的工作有很大的帮助。为了能更好的认识和理解PLC方面的知识，以便能更好的掌握PLC这门技术。
PLC课程组决定让我们完成一份PLC课程设计说明书。这一周是PLC课程设计周，我要全面的投入课程设计当中，按时完成一份完整的并排版打印好的《PLC课程设计》说明书。
本课程设计是我经历了一周的时间，花费了很多的精力才完成的。
我设计的题目是“十字路口交通灯的PLC控制”,此次设计主要内容包括:工作过程分析,梯形图,接线图,电气原理图及情况说明,由于是第一次写PLC课程设计,经验还不是很丰富,可能写的还不是很完美,还望任课老师们及同学们提出宝贵的意见和建议。
关键词：十字路口，交通灯，PLC
目 录
摘要 …………………………………………………………………………… 1
一、课题背景 ………………………………………………………………… 3
1、课题背景 …………………………………………………………………… 3
2、研究目的和意义 …………………………………………………………… 3
3、本文的主要工作 …………………………………………………………… 5
二、已知情况、控制要求、设计要求 ………………………………………… 6
1、已知情况 …………………………………………………………………… 6
2、控制要求 …………………………………………………………………… 6
3、设计要求 …………………………………………………………………… 7
三、总体设计思路 …………………………………………………………… 8
四、程序设计及调试 ………………………………………………………… 9
1、PLC的选型及I/0分配图 ………………………………………………… 9
2、拟定程序的SFC顺序功能图 …………………………………………… 10
3、梯形图、程序工作过程简析及编程元件明细表 ……………………… 11
五、电气设计 ………………………………………………………………… 16
1、PLC外部接线原理图 …………………………………………………… 16
2、交通灯顺控设备电气接线线原理图 …………………………………… 16
3、交通灯顺控设备电气元件明细表 ……………………………………… 17
六、安装、接线、及系统联合测试 …………………………………………… 18
七、后期工作 ………………………………………………………………… 19
1、操作过程简要说明 ……………………………………………………… 19
2、常见故障及排除方案 …………………………………………………… 19
3、编写并提交（课程）设计说明书 ………………………………………… 20
八、尚存在的问题及方案建议 ……………………………………………… 21
九、课程设计总结 …………………………………………………………… 22
十、致谢 ……………………………………………………………………… 23
十一、参考文献 ……………………………………………………………… 24
十字路口交通灯的PLC顺序控制
一、课题背景
1、课题背景
1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。 1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。
2、研究目的和意义
在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。
传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。
目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定时间的控制方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。为此，采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计交通灯控制器，能较好地解决这个问题。另外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用，城市空中各种电磁干扰日益严重，为保证交通控制的可靠、稳定，选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC是必要的。
随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的交通灯装置远远不能满足当前高度自动化的需要。可编程控制器交通灯控制系统集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。
可编程控制器交通灯控制系统的特点：
①脱机手动工作；
②联机自动就地工作；
③上机控制的单周期运行方式；
④由上位机通过串口向下位机送入设定配方参数实现自动控制；
⑤自动启动、自动停机控制方式。
近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能。
本系统采用PLC是基于以下四个原因：
①PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；
②编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现；
③抗干扰能力强，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证交通控制的靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC；
根据交通信号灯系统的要求与特点，我们采用了德国西门子公司S7-200型PLC。西门子PLC有小型化、高速度、高性能等特点，是S7-200系列中最高档次的超小型程序装置。西门子可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。本系统就是应用可编程序控制器(PLC)对十字路口交通控制灯实现控制。
3、本文的主要工作
首先，回顾交通灯的历史，随着社会经济的发展，交通管制的要求越来越高，采用可编程程序控制器来代替中间继电器和过程控制的微型机，设计开发了交通灯控制系统，才会满足稳定可靠的交通控制系统需求。
然后，叙述了可编程程序控制器的产生、发展、应用的历程，通过论述可编程程序控制器的各种优点、 卓越性能、结构、原理，有一个感性的总体认识。
然后，结合交通灯控制系统的要求，进行硬件、程序设计，从主要部件的选择、流程的分析、程序思路的产生来完成本次设计任务。
然后，通过对系统的调试和检测，再进行系统性梳理，将隐藏的不足之处加以修正和完善，确保系统能顺利运行。
二、已知情况、控制要求、设计要求

图1. 示意图
1、已知情况
交通灯的布置，其工作过程（工作循环）如图1-1所示，元件动作状态如表1-1所示。
2、控制要求
绿1亮
红2
黄1闪
红2
绿2亮
红1
10s
黄2闪
红1
10s
3s
3s
(步1)
(步3)
(步2)
(步4)

图2. 工序图
交通灯控制系统的控制要求如下：
(1) 信号灯受一个起动开关控制，当起动开关接通时，信号系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当起动开关断开时，所有信号灯都熄灭。
(2) 南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，如果同时亮时应关闭信号灯系统，并报警。
(3) 南北红灯亮维持25S。在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20S。到20S时，东西绿灯闪烁，闪烁3S后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2S。到2S时，东西黄灯熄，东西红灯亮。同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。
(4)东西红灯亮维持25S。南北绿灯亮维持25S。然后闪烁3S，熄灭。同时南北黄灯亮，维持2S后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。
(5) 周而复始
3、设计要求
根据生产设备工作方面及其它方面的需要，本次设计要达到如下设计要求：
(1)       要求本次设计的控制装置采用PLC技术实现;
(2)       要能完全满足控制要求；
(3)       要按照电气设计惯例，提供短路、过载、联锁等故障保护措施；
(4)       本次设计的控制装置应由操作屏、电气控制箱（柜）等部分组成，要尽量与生产设备进行一体化安装，具体安装尺寸另行商定；
(5)     操作屏上要有完整的信号指示，包括对各工作步的指示，以及电源、启动、停止、故障等指示；

三、总体设计思路
根据已知情况、控制要求、设计要求，本液压组合机床的 PLC-控制装置的设计可按照“大而化小，分而治之”的思路，划分为以下5个部分，依序进行，各部分的设计任务分配如下:
(1) 程序设计及调试
拟采用切换法，完成程序的设计，并在实验室环境中进行模拟调试；
(2)电气设计
完成电气线路原理图、元件位置图、接线图、互连图、元件明细表的设计；
(3)*柜屏设计
完成电气元件安装图、控制箱（柜）、操作的设计
(40*安装、接线、联合测试
完成电气元件的安装、接线、并对程序与线路进行联合测试；
(5)后期工作
说明操作过程、拟定常见故障排除方案、编写设计说明书等。
下面按照这个总体设计思路的任务安排，逐步展开。
四、程序设计及调试
1 、PLC选型及I/O分配图
根据设计要求、控制要求，选定PLC的型号为：
EC -16M 16R
它是我国科威公司生产的E系列PLC(与三菱FX2N系列兼容)，拥有16路输入、16路(继电器)输出，而本例实际只需要15路输入、13路输出，输出留有约1/3的余量，输出所留余量超出1/3，完全满足要求；拥有8K步的内存容量，而本例用户程序的容量估计在20步左右，完全够用；支持内置CANbus、485、232通信功能，有利于今后与其它设备进行联网通信。
图3是十字路口交通灯的I/0分配图。

图3. I/O分配图
2、拟定程序的SFC顺序功能图
拟定程序的SFC顺序功能图如图3所示。

图3. 程序的SFC顺序功能图

程序中，各定时器的定时顺序如表1所示。
表1. 定时器定时顺序
定时器
时段1.1
时段1.2
时段1.3
时段1.4
时段2.1
T1
循环1
时段1定时

循环2
时段1定时
T2

循环1
时段2定时

T3

循环1
时段3定时

T4

循环1
时段4定时

3、 编程——PLC十字路口交通灯装置顺控程序、程序工作过程简析、编程元件明细表
本顺控程序的初始程序、切换程序、定时程序及输出程序的梯形图分别如图4～图7所示。

图4. 十字路口交通灯-初始程序-梯形图

图5. 十字路口交通切换程序-SFC图、梯形图

图6. 十字路口交通灯定时及动作程序-梯形图

图7. 十字路口交通灯定时及动作程序-梯形图（晚间只亮黄灯方案，有缺陷）

由上述可得十字路口交通灯的指令表如图9所示。

图9. 十字路口交通灯顺控程序-指令表
本程序中所用到的PLC内部的编程元件及其作用如表2所示。
表2. PLC编程元件明细表
编程元件
作用
X0
起动及循环起点
Y2
南北绿输出
Y1
南北黄输出
Y0
东西红输出
Y12
东西绿输出
Y11
东西黄输出
Y10
南北红输出
M10
中间继电器，把X0的状态保持
T1
东西绿定时
T2
东西黄定时
T3
南北绿定时
T4
南北黄定时

五、电气设计
1、 PLC外部接线原理图
PLC外部接线原理图如图10所示。

图10. PLC外部接线原理图

2、 交通灯顺控设备电气接线线原理图
交通灯顺控设备电气接线线原理图如图11所示。

（暂缺）

图11. 交通灯顺控设备电气接线线原理图

3、交通灯顺控设备电气元件明细表
参考《电气控制与PLC应用》（胡汉文 丁如春主编，人民邮电出版社，2021.5）第9章设计样例，拟定本顺控设备电气元件明细表如表所示。
表3. 交通灯顺控设备-电气元件明细表（不完整）
序号
文字符号
名称
型号
规格
单位
数量
备注
1
1#PLC
1号PLC
EC-08M08R
8路输入
8路输出
台
1
黄石科威
生产
2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

11

12

14

15

16

17

18

下面，对各电气元件型号规格的选定依据，详细说明如下：
（暂缺）
六、 安装、接线、及系统联合测试
按照元件安装图安装元件；参考原理图，按照接线图完成“板内接线”；参考原理图，按照互连图，完成板间、柜间接线。
最后，对程序系统与电气系统进行联合测试，详细步骤略。
如不满足要求，再回去修改程序或检查接线，直到满足要求为止
七、 后期工作
1、操作过程简要说明
(1) 信号灯受一个起动开关控制，当起动开关接通时，信号系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当起动开关断开时，所有信号灯都熄灭。
(2) 南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，如果同时亮时应关闭信号灯系统，并报警。
(3) 南北红灯亮维持25S。在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20S。到20S时，东西绿灯闪烁，闪烁3S后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2S。到2S时，东西黄灯熄，东西红灯亮。同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。
(4)东西红灯亮维持30S。南北绿灯亮维持25S。然后闪烁3S，熄灭。同时南北黄灯亮，维持2S后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。
(5) 周而复始。
2、常见故障及其排除方案
(1)检查PLC[RUN]→P0[按一下]，绿1红2[点亮]?
没有点亮：程序错误
解决方案：程序重编
(2)检查PLC能否完成1个工作流程?
不能：程序错误
解决方案：程序重编
(3)检查PLC能否从最后1步(黄)回到步1(绿)开始新一轮循环?
不能：程序错误
解决方案：程序重编
(4)P1[按一下]，待进行到最后1步(黄2)之后，不再做新一轮循环?
不能：预停程序错误
解决方案：修改预停程序
3、编写并提交(课程)设计说明书
“课程设计说明书”应包括以下内容：
(1)封面
(2)课程设计任务书
(3)摘要
(4)目录
(5)已知情况、控制要求、设计要求
(6)总体设计思路
(7)程序设计及调试
(8)电气设计
(9)*安装、接线、联合测试
(10)后期工作
(11)课程设计总结
(12)致谢
(13)主要参考文献及资料
八、尚存在的问题及方案建议
本设计方案虽然“设计简约，考虑面广，满足要求”，但至少存在以下2个问题尚未解决：
(1)       电源问题：在设计过程中，为了简化操作过程，对PLC未加装分电源开关，这样不利于操作。
(2)       PLC电源净化问题：科威PLC供电电压为AC180-260V,适应电源范围较宽，可直接从低压电网取用220V电源；但为了减弱电网对PLC的干扰，仍应加装电压净化元件，如电源滤波器、隔离变压器等。
建议采取以下方案解决：
(1)       针对电源问题，建议加一个电源分开关来解决。
(2)       针对PLC电源净化问题，建议加装电源滤波器或隔离变压器的方案来解决。
课程设计总结
PLC和学别的学科一样，在学完PLC理论课程后我们做了课程设计，此次设计以分组的方式进行，每组有一个题目。我们做的是一个由三个部分组成的浇灌系统。由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，拿到的时候都不知道怎么做。但通过各方面的查资料并学习。我们基本学会了PLC设计的步聚和基本方法。分组工作的方式给了我与同学合作的机会，提高了与人合作的意识与能力。
    通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。
     通过合作，我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。能过比较选出最好的方案。在这过程也提高了我们的表过能力。
     在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆。做事要学思结合。
致谢

这次课程设计基本上涵盖了我们所学习的PLC程序的大部分知识点，课程设计题目要求不仅要求对课本知识有较深刻的了解，同时要求程序设计者由较强的思维能力和操作动手能力。这次课程设计使我对PLC程序的编程、程序的录入、以及在上机操作调试有了很大的提高。大部分同学只关心程序运行的结果，而对程序的创新丝毫不在意。这是非常不可取的，因为往往在动脑思考创新中我们会有更多收获，学到更多的知识。做课程设计不仅让我们修补了以前学习的漏洞，也让我明白了一个道理：学习好PLC这门技术，需要自己对它有兴趣，而且要自己肯于动手操作实验。
最后该感谢帮助我的同学和老师。首先该感谢这门课程任教的胡老师给我们精心的讲解和适用的资料。感谢同学们对我学习上的交流和帮助，还得感谢学校给我们这样的一个自己动手设计的好机会！
参考文献
[1]电气控制与PLC应用，胡汉文 丁如春 主编，人民邮电出版社，2021
[2]科威PLC资料，来自于公司网站
[3]三菱及西门子PLC资料，来自工控网
[4]可编程控制器教程，黄云龙主编，科学出版社，2003
[5]可编程控制器应用技术，张万忠主编，化学工业出版社，2002
[6]机电电气自动控制（修订版），陈远龄主编，重庆大学出版社出版，2005

[8]可编程控制器原理及应用教程，王晖 孙玉峰 王文华 主编，清华大学出版社出版，2004

[ 资源来源 ] 鄂东职业技术学院 学生PLC课程设计
[ 资料整理 ] 胡码三笔网 2010-5-31
原文已完。下文为附加论文，如不需要，下载后可以编辑删除，谢谢！

轰燃对建筑室内火灾灭火救援的影响

　　【摘 要】：在室内轰燃研究理论基础上，简要介绍了轰燃的定义和轰燃判据，并结合建筑火灾实际情况，分析了因轰燃引起的室内火灾中灭火救援难点问题，根据轰燃的特点，提出了应对此类火灾的灭火救援对策，为消防部队处置室内轰燃火灾提供参考。
　　【关键词】：消防； 建筑火灾； 轰燃； 灭火救援

　　一、引  言
　　轰燃是室内火灾发展过程中的一种特殊燃烧现象。室内发生火灾后，若具备合适的燃料和通风条件，就可能发生轰燃。轰燃一旦发生，室内所有可燃物会在极短时间内同时全面着火，室内整个空间都充满火焰，可燃物燃烧速率和室内温度急剧上升，并且室内会产生大量有毒烟气，氧气浓度也随之急剧下降。这些都会使室内人员受到严重威胁，也给消防灭火救援带来极大困难。国内外发生的很多建筑火灾事故中，轰燃就是造成严重人员伤亡和财产损失的元凶，如新疆克拉玛依友谊馆火灾、洛阳东都商厦火灾、吉林中百商厦火灾、英国布拉德福市足球场火灾和皇家十字地铁车站火灾。因此，结合轰燃的特点和危害性，分析轰燃对建筑火灾中灭火救援工作造成的难点问题，有针对性的加强对室内火灾的控制，对于提高消防部队灭火救援工作效率具有重要意义。
　　二、轰燃及相关研究
　　（一）轰燃定义
　　NFPA 921中轰燃定义为：室内火灾发展的一个过渡阶段，热辐射作用下的所有可燃物在轰燃时几乎同时着火，火焰迅速在室内所有物体传播蔓延，室内形成一片火海。轰燃的发生是火灾失控发展的危险信号，产生的高温烟气会对建筑结构安全产生严重影响，强大的破坏力往往造成恶性死伤事故和巨大财产损失，极易造成群死群伤事故与巨额财产损失，也是火灾即将向临近区域蔓延的重要标志。
　　目前对轰燃还没有统一的定义，比较常用的三种：（1）室内火灾由局部火向大火的转变，转变完成后，室内所有可燃物表面都开始燃烧；（2）室内燃烧由燃料控制向通风控制的转变；（3）在室内顶棚下方积聚的未燃气体或蒸气突然着火而造成火焰迅速扩展。
　　（二）轰燃判据及预测
　　室内火灾是一种受限空间内的燃烧，是建筑火灾的主要形式，将发生轰燃的条件量化为可以测量或计算的物理量是一件极为困难的事情。现在应用最多的三个轰燃判据为：（1）室内接近顶棚热烟气温度超过600℃；（2）室内地板平面辐射热通量超过20 kW/m2；（3）通风口有火焰喷出。以上判据都源于火灾实验观察结果，虽然具有一定局限性，但可以作为判定轰燃的参考标准。
　　对轰燃的预测方法，不同的研究者提出了不同的温度和热通量判据。V.Barauskas、McCaffrey、Quintiere、Harkleroad、Thomas等分别提出了基于热释放速率预测轰燃的经验公式。此外，武警学院陈爱平教授将内衬材料的热惯性因素引入考虑，基于McCaffrey的方法提出了轰燃综合预测法；B.Hagglund等建议采用临界轰燃燃烧速率预测轰燃；J.G. Quintiere等提出采用临界轰燃燃料面积预测轰燃；S.R.Bishop根据经典热爆炸和非线性热动力学理论温度微分方程特征值预测轰燃等。这些预测方法的实用性和精确性还有待改进。
　　三、轰燃对室内火灾灭火救援的影响
　　（一）轰燃时间预测困难，影响灭火救援决策
　　消防部队在轰燃前到达现场，如果未及时预测和侦察到轰燃，急剧升高的温度和喷出火焰会对消防队员造成伤害。消防官兵到火场后，没有人能够准确预测是否会发生轰燃和什么时候发生轰燃。有些火灾，消防员内攻进入室内的瞬间就可能被卷入火海中，而有些火灾，在灭火救援进行过程中突然轰燃，也有的至灭火战斗结束也不发生轰燃。如何在火场快速判断轰燃发生的可能性及时间，仍是一线消防指挥员的一个难题。而目前对轰燃的预测研究多限于学术理论方面，并没有便于在灭火救援现场操作的轰燃预测仪器或技术手段。指挥员只能依靠个人积累的灭火经验，对轰燃的感官印象及火情侦查情况进行初略判断，容易导致现场决策低效率、低质量，甚至做出错误的决策，造成不必要的人员伤亡和财产损失。
　　（二）火场温度高，灭火进攻困难
　　室内发生轰燃后，火势突然猛涨，进入全面燃烧阶段，产生的高温能达到1000℃左右。有关研究表明，对于没有任何保护的皮肤，只要暴露在137-160℃的环境中就会造成严重伤害。扑救建筑火灾最有效的灭火措施是内攻，而轰燃产生如此的高温会对消防员产生强烈的烘烤，加上可能从门窗喷出的火焰和高温烟气，消防队员很难近距离灭火，内攻更加危险、艰难。如灭火中水枪掩护不充分，个人防护不周全，还会危及消防员人身安全。同时由于轰燃中可燃物不完全燃烧会产生大量有毒浓烟和气体，降低了火场能见度，更加难以发现较隐蔽的火势威胁，影响了灭火效率。
　　（三）室内充满烟气，搜索救援难度大
　　轰燃发生前，大量积聚的浓烟和高温会迫使消防员将身子放低，弯腰或匍匐前进，在搜索被困人员时行动不便，效率低下。此外，室内积聚的浓烟具有较强的减光性，室内能见度很低，对侦查和搜救非常不利，受困人员也无法自行安全疏散，消防员也有误入危险区域和迷路的危险。轰燃后转为全面燃烧，燃烧更为猛烈，无法深入开展室内救援，而由于燃烧速率急剧增长，因燃料不充分燃烧会产生大量有毒气体如：CO、H2S、HCL、SO2等，导致被困人员中毒、窒息，消防灭火救援时间更加紧迫，人员疏散更加困难。
　　（四）建筑受高温烘烤，结构有倒塌危险
　　室内轰燃发生后，释热速率急剧增大，温度急剧升高，达到500℃-600℃的高温，最高可达1000℃左右，建筑构件的强度在高温、强烈热辐射作用下会下降。混凝土在高于300℃温度作用下抗压强度线性下降，超过600℃时抗拉强度基本丧失，在900℃左右时抗压强度下降到常温时的10%；钢结构虽不燃烧，但在火灾高温中强度会迅速下降，500℃左右时全负荷钢结构就会失去静态平衡稳定性，600℃其强度下降2/3，进而结构发生变形引发倒塌。因此轰燃扑救过程中，建筑结构很容易发生局部倒塌甚至整体坍塌，使室内人员受到威胁，影响消防救援工作。
　　（五）火焰易窜出蔓延，控制火势难度大
　　室内具备轰燃条件时，可能在着火3-10 min后就会发生轰燃，消防队赶赴火场后可能已经发生轰燃，火灾发展至猛烈燃烧阶段，第一出动力量如对火灾形势估计不足，到达火场后往往控制不住逐渐增长蔓延的火势。此外，轰燃后伴随着喷出火焰和飞火，能冲出着火房间，造成火势蔓延。而且轰燃产生的强烈辐射热也对临近可燃物形成威胁，强辐射热也是火势向上层和四周扩散蔓延的主要原因。
　　四、预防和控制轰燃的灭火救援对策
　　（一）全面侦查火情，注意轰燃征兆
　　在处置建筑室内火灾时，应全面侦查火情，快速掌握起火房间位置、火势大小、人员被困情况、室内可燃物数量与类别、建筑结构特点、周围毗邻建筑情况等，尤其对于通风不好且室内可燃物数量较多时，应提高警惕，密切监视，谨防轰燃突发造成恶性事故。为延缓或避免可能发生的轰燃，到场后应确保室内自动喷水灭火系统动作，尽量为后续灭火与人员疏散救援争取时间。同时应派安全员密切注意轰燃发生征兆，轰燃的警报信号主要是高温辐射、“闪燃”和“白烟”。有条件进入室内侦查时，如发现室内烟气温度较低，则轰燃可能性不大，应及时出开花水冷却；如消防员进入后，明显受到高温烘烤，热烟气层不断变厚，表明有轰燃危险，应及时撤离至外围控制火势。同时，消防员进入室内时，还应密切关注是否有浓烟从门窗翻滚、溢出，或则浓烟中夹杂有较小火焰和闪燃现象，如果出现这些征兆，则说明此房间具有轰燃的危险。
　　（二）准确迅速，疏散抢救人员
　　轰燃具有一定突发危险性，消防部队到达火场后，人员抢救时间非常有限，在迅速掌握火情和人员被困情况后，积极做好冷却防护同时，立即组织精干人员成立搜救小分队，展开人员疏散和救援。进入室内救援前，应根据人员被困位置和数量，确定好各小组任务，定好一次作业时间、紧急情况联络方式和撤离路线。每个搜救人员都应穿好灭火服，必要时穿防火服，佩戴空气呼吸器，在水枪跟进掩护中小心进入。搜索时2人或3人一小组，协同搜寻，尽量靠墙前进，弯腰或则匍匐行进，能见度太低时要利用导向绳保护，防止在浓烟中迷路，并密切注意火情变化，随时做好紧急撤离准备。在搜救中注意检查门窗附近有无昏迷人员，当室内烟气温度过高时，不能进入火场内部太远，严格按照作业时间行动，按时返回。如果赶到火场轰燃已经发生，不要盲目进入室内，应先设法进行通风散热，控制火势，适当破拆开辟救人通道，待火势稍减再内攻灭火救援。
　　（三）喷雾冷却稀释，适时通风散热
　　轰燃前和轰燃后都要出枪射水，如能直接对火源射水，可有效降低火源热释放速率，降低火焰区温度，能延迟或抑制轰燃发生。但区别于普通建筑火灾，轰燃火灾处置中水枪的射流形式、射水部位都有特殊要求。对于轰燃火灾，室内烟气层很厚，可燃气体浓度大，如果仅用直流水冷却灭火，可以对火焰区起到降温作用，对未燃材料起到润湿和减缓热分解作用，但对热烟气层效果不明显，所以射水直击火源的同时还需要开花水或喷雾水对热烟气层实施稀释、冷却。向热烟气层喷水雾一方面可以降低烟气温度，减小热烟气的热辐射，另一方面水雾滴吸热汽化后可以稀释可燃气浓度。现在大多室内顶部有易燃装修材料，还要注意向屋顶和墙壁射水冷却。
　　扑救轰燃火灾时，还要注意适时通风和排烟，李晋等研究发现在增大房间送风量，轰燃时间提前，稳定送风量并加大排烟量时，轰燃不发生。杜兰萍等研究表明，燃料一定时，排烟量与送风量之比大于某定值就不会发生轰燃。送风可通入新鲜空气，排烟可减少热烟气浓度，有利于室内散热，所以在轰燃前采取合理通风排烟措施，比如打开门窗、启动机械排烟装置等都有利于灭火救援。但对于通风的时机和通风量的大小，指挥员一定要正确把握，对于已经充满浓烟的高温密闭的房间，谨防因开门通风引起回燃。
　　（四）小队突击，内攻灭火
　　通常对建筑火灾最有效的灭火措施就是内攻，直击火点，消灭火势。轰燃火灾由于高温、强辐射、室内热烟气浓、建筑有倒塌风险等特点，应该谨慎选择内攻时机，把突发险情的危害降到最低。在仔细侦查火情，掌握火势发展态势后，确保无轰燃发生危险征兆，比如：观察门窗有无浓烟翻滚或闪燃，着火房间门把手是否很热，室内烟气是否有明显的烘烤灼热感等。同时还应确保建筑没有倒塌危险，内攻进入时以精干小组为单位，做好安全防护和掩护，交叉掩护前进，注意避开吊顶、高热区等危险，遇有紧急情况，立即撤离。内攻应量力而行，火势太过猛烈时，不能勉强内攻，应先控制住火势，增援力量到达或兵力相对火势具有一定优势时再内攻灭火。
　　（五）重点监护，防止倒塌和火势蔓延
　　轰燃产生的高温对建筑构件和结构有巨大破坏作用，灭火过程中，要对建筑承重构件加强冷却保护，并应指定人员密切注意建筑破坏情况，一旦有倒塌危险就及时撤离。对于着火时间较长的建筑，冷却承重构件时，避免用冲击力过大的直流水直接向构件射水，尽量用开花水均匀冷却降温，防止高温的混凝土在水流冲击和冷却作用下开裂，强度下降。此外，扑救轰燃火灾中，把握火场全局，重点突破，加强冷却降温的同时，还应出枪抑制从门窗喷出的高温烟气和火焰，防止火势从门窗及管线向上层和四周蔓延。对于已经发展成全面燃烧的大火，应从整体上合理部署兵力，集中优势兵力控制火势，再逐步消灭火灾。
　　五、结  语
　　由于轰燃现象的复杂性，对于轰燃产生的条件及轰燃本质等问题研究还存有争议，需要进一步的理论研究和实验验证，随着轰燃研究的不断深入，我们可以更加有针对性地预防和抑制轰燃的发生，轰燃火灾中的消防灭火救援工作也会更加科学高效。

电石火灾处置对策研究

　　摘  要：根据电石的理化性质和化学危险特性，结合电石火灾的特点，对电石火灾事故的处置方法和措施进行了探讨，具体从现场火情侦查、初期控制、灭火剂选用、安全防护与防暴和防止环境污染五个方面进行分析，研究了如何高效处置电石火灾事故。
　　关键词：电石；火灾；灭火救援

　　一、引言
　　电石作为重要的基础化工原料，在保障国民经济平稳较快增长、满足相关行业需求等方面发挥着重要的作用，它广泛应用于工业、农业、建筑、医药等领域。电石本身不可燃，但遇水剧烈反应生成易燃易爆的气体乙炔，在工业生产中常引发火灾甚至爆炸。
　　丹江口市辖区内的汉江集团电化公司、宏茂冶金公司电石年产量都达20万吨以上，新港金家湾工业园及三官殿还有数家小型电石生产、经营企业，丹江口市已经成为华中地区电石重要生产基地。然而，近几年因电石在生产、运输、贮存过程中发生的火灾事故比较频繁，造成了严重的经济损失。因此，我们有必要全面认识电石的火灾危险性，研究出高效的事故处置对策，提高灭火救援人员对电石火灾事故的处置能力。
　　二、电石的理化性质
　　（一）电石理化性质
　　电石是碳化钙的俗称，它是工业上广泛使用的基本原料。纯净碳化钙为无色晶体，暴露空气中会吸水受潮而呈灰白色。工业电石为碳化钙与氧化钙的混合物，碳化钙含量70%-80%，外观呈灰色、棕黄色或黑褐色，一般由焦炭和石灰经高温熔炼得到。电石的化学分子式为CaC2，密度为2.22g/cm3，熔点447℃，沸点2300℃，闪点﹣17℃，可导电，遇水剧烈反应生成乙炔，并放出热量，属于甲类第2项火灾危险物品。
　　（二）电石的化学危险性
　　（1）遇湿受潮燃烧。电石为一级遇湿易燃物品，遇水反应剧烈，生成乙炔和氢氧化钙，并放出热量，每公斤碳化钙水解放热约为1962J。
　　乙炔爆炸极限为2.5%~82%，在空气中达到爆炸极限浓度时，遇明火即发生爆炸。若电石包装不严而不慎受潮，会积聚一定的乙炔气和热量，当乙炔浓度处于爆炸极限范围内时，遇明火则爆炸。此外，乙炔的过量积累也可能导致物理爆炸。
　　（2）受撞击引发爆炸。电石在受到碰撞、摩擦时，电石与容器间可能产生静电、火花，造成电石自燃甚至引爆聚集的乙炔。电石中一般含有少量硅、铁、镁、铝等杂质，这些杂质在碰撞摩擦中更容易产生火花。
　　（3）高温下电石能与氯、硫、磷、乙醇、氯化氢等发生剧烈反应。电石与酸性溶液反应激烈，比遇水反应更剧烈，可能引起液体飞溅。
　　（4）对人体皮肤具有腐蚀作用。电石粉末接触到皮肤，能与汗