基于PLC的火災自動控制系統(tǒng)的設計設計

1、基于PLC的火災自動報警控制系統(tǒng)的設計摘 要目前，隨著電子產品在人類生活中的使用越來越廣泛，由此引起的火災也越來越多，在我們生活得四周到處潛伏著火災隱患。為了避免火災以及減少火災造成的損失，我們必須按照“隱患險于明火，防患勝于救災，責任重于泰山”的概念設計和完善火災自動報警系統(tǒng)，將火災消滅在萌芽狀態(tài)，最大限度地減少社會財富的損失。同時為了減少外界環(huán)境的干擾，采用PLC對其進行控制，從而大大提高系統(tǒng)的抗干擾性。PLC英文全名為Programmable Control，即可編程控制器包括邏輯運算、順序控制、時序、計數(shù)以及算術運算等程序。他用一串指令形式存放在存儲器中，然后根據(jù)存儲的控制內容，經過模

2、擬、數(shù)字等輸入輸出部件，對生產設備與生產過程進行控制。一套典型的PLC通常包括CPU模塊、電源模塊和一些I/O模塊，這些模塊被插在一塊背板上。如果配置增加，可能會包括一個操作員界面、監(jiān)控計算機、通信模塊、軟件以及一些可選的特殊功能模塊。可編程控制器不僅容易安裝，占用空間小，能源消耗小，帶有診斷指示器可以幫助故障診斷，而且可以被重復使用到其他的項目中去?，F(xiàn)在，盡管PLC的功能，如運行數(shù)度、接口種類、數(shù)據(jù)處理能力己經獲得了很大的提高，但PLC一直保持了最初設計的原則，那就是簡單之上的原則。本系統(tǒng)可安裝在各防火單位，它負責不斷地向所監(jiān)視的現(xiàn)場發(fā)出巡檢信號，監(jiān)視現(xiàn)場的溫度、濃度等，并不斷反饋給報警控制

3、器，控制器將接到的信號與內存的正常整定值比較、判斷確定火災，關鍵詞：火災報警 傳感器 PLCABSTRACTKeywords:第一章 緒論1.1 選題背景及意義火災作為危害人類生存的大敵，越來越受到人們的重視。隨著高層建筑的不斷增多，火災隱患增加。一旦發(fā)生火災，將對人的生命財產造成極大的危害，于是人們開始尋求一種早期發(fā)現(xiàn)火災的方法，并能及時控制和撲滅火災，以便減少損失，保障生命安全?；馂淖詣訄缶瘻缁鹂刂破骶褪菫榱藵M足這一需求而研制出來的，并越來越被人們所接受。其自身也隨著人們需求的不斷提高，在功能、結構、形式等方面不斷地完善?；馂膱缶刂破魇腔馂膱缶到y(tǒng)的核心。本文對火災報警控制器和探測器做了

4、深入的研究,并全面闡述了火災報警滅火系統(tǒng)硬件和軟件設計。1.2 本文所做的工作l、火災報警控制器選用了以為核心部件進行設計2、所設計的控制器具有較高的性價比,還具有操作人員管理、報告信息查詢、探測器管理、預報警、火警處理、通訊等功能,它實現(xiàn)了對火災信息的檢測和傳送;提高了系統(tǒng)的適應性與擴展性。 設計的主要技術指標 設計內容 設計的基本要求第二章 火災自動報警系統(tǒng)的總體設計火災自動報警及消防控制系統(tǒng)在發(fā)生火災的兩個階段發(fā)揮著重要作用：第一階段（報警階段）：火災初期，往往伴隨著煙霧、高溫等現(xiàn)象，通過安裝在現(xiàn)場的火災探測器、手動報警按鈕，以自動或人為方式向監(jiān)控中心傳遞火警信息，達到及早發(fā)現(xiàn)火情、通報

5、火災的目的；第二階段（滅火階段）：通過消防控制器及現(xiàn)場接口模塊，控制建筑物內的專用滅火設備（如排煙機、消防泵），有效實施救人、滅火，達到減少損失的目的。2.1 火災自動報警系統(tǒng)組成 現(xiàn)場由感煙探測器、感溫探測器、手動報警按鈕及聲光報警器等設備組成。探測器功能：火災初期，探測器對火災（如煙、溫）參數(shù)及時響應，自動產生火災報警信號。 手動報警按鈕功能：通常安裝在樓梯口、走廊等位置，當現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)火情時，通過按下附近的手動報警按鈕，可以人為方式產生火災報警信號。 2.2 倉庫結構 本人所述的火災自動報警與滅火系統(tǒng)是以現(xiàn)代火災自動報警系統(tǒng)為研究背景，以為硬件基礎，以某為研究對象，按照現(xiàn)代對火災報警系統(tǒng)

6、的具體要求對其進行設計開發(fā)。本倉庫是堆放一般貨物的小型倉庫，通常沒有專人看管，堆放的都是是一些日用商品，所以在此類倉庫中安放非常的有必要。小型倉庫的使用面積共240平米，高度為8米，有很好的通風環(huán)境。根據(jù)倉庫的具體情況，把倉庫分成滅火區(qū)域,每個報警區(qū)域面積為100平米。依據(jù)建筑設計協(xié)會的倉儲建筑防火設計規(guī)范，該建筑為二類建筑，耐火等級為二級1。2.3 自動報警滅火系統(tǒng)的組成與主要部件基于PLC控制的是由自動報警系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、控制系統(tǒng)這三個子系統(tǒng)組成。自動報警系統(tǒng)中包含報警器和各種電源裝置，自動噴水滅火系統(tǒng)中包含管道系統(tǒng)、噴淋泵和各種給水開關，控制系統(tǒng)中包含可編程序控制器和各種開關。自

7、動報警系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，這三個系統(tǒng)之間是通過線路系統(tǒng)聯(lián)系在一起 ，自動報警系統(tǒng)的開啟與關閉、自動噴水滅火系統(tǒng)的開啟與關閉都是由控制系統(tǒng)通過其與各系統(tǒng)之間的控制線路來實現(xiàn)對其余兩個子系統(tǒng)的控制。其主要部件及用途如表2-1所示。表2-1 系統(tǒng)主要部件及其用途溫度煙霧7水箱存儲火災用水8抽水泵抽取水箱中的水9供水泵補給水箱中的水10電磁閥控制各區(qū)域噴水滅火中水流的開啟與關閉的開啟過程：當各區(qū)域的火災探測器，探測到火災信號，通過線路將火災信號傳遞給PLC，PLC接收到火災信號后，根據(jù)其控制程序的要求，控制噴淋泵啟動和與之相對應的區(qū)域電磁閥開啟，電磁閥開啟后，與之相對應區(qū)域的噴頭噴水滅火

8、。同時，在傳感器失靈的情況下也可以按下各火災區(qū)域的手動啟動按鈕，將該區(qū)域的啟動信號傳遞給PLC，PLC在接收到火災信號后，也可以控制噴淋泵啟動和與之相對應的區(qū)域電磁閥開啟，電磁閥開啟后，開啟噴頭噴水滅火2。的關閉過程：在按下各著火區(qū)域的關閉按鈕和系統(tǒng)復位按鈕后，關閉并復位。圖2-1 火災探測器接線實物圖2.4 系統(tǒng)設計思路我國的火災自動報警控制系統(tǒng)經歷了從無到有、從簡單到復雜的發(fā)展過程，其智能化程度也越來越高。但目前國內廠家生產的還是以晶體管、小規(guī)模集成電路或單片機為基礎的產品,其系統(tǒng)復雜、成本高,不易維護。而在居民住宅區(qū)、機房、辦公室等小型防火單位，需要設置一種單一或區(qū)域聯(lián)網、廉價實用的火災

9、自動探測報警裝置，因此，研制一種結構簡單、價格低廉的數(shù)字聯(lián)網火災報警器是非常必要的，因此我提出一種由PLC控制的火災自動報警控制器的設想,其系統(tǒng)簡單、成本適中、易于系統(tǒng)維護和升級?；赑LC（PIogrmm able Logic ContrOller.可編程邏輯控制器）控制的以PLC為核心控制器，由于采用火災傳感器探測火災信號傳遞給PLC（中央控制器），PLC來控制電磁閥的開啟噴水滅火的時間短，其反應快具有安全性高、穩(wěn)定性好及靈活性強、質量可靠、通信速率高、軟硬件產品豐富、應用技術成熟等優(yōu)點在于業(yè)控制中得到廣泛的應用，該系列PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)控

10、等。三菱PLC FX2N(C) PIC的強大功能使其無論單機運行，或連成網絡都能實現(xiàn)復雜的控制功能。PLC具有以下特性： 功能齊全：PLC的基本功能包括數(shù)字量輸入/輸出、模擬量輸入/輸出、內部中間繼電器、鎖存繼電器、延時ON/OFF繼電器、主控繼電器、計時器、計數(shù)器、移位寄存器、四則運算、邏輯運算、跳轉和強制I/O等。 PLC的擴展功能有通信聯(lián)網、數(shù)據(jù)塊傳送、矩陣運算、PID閉環(huán)回路控制、排序查表功能、中斷控制功能以及特殊功能程序塊或函數(shù)等。此外，PLC還具有自診斷、報警、監(jiān)控等功能。正因為如此，PLC的適應性極強，幾乎所有的控制要求它均能滿足。 應用靈活：現(xiàn)代可編程序控制器除極少數(shù)為整體式結

11、構外，絕大多數(shù)采用積木式硬件結構以及模塊化的軟件設計，這使得它不僅可以適應大小不同、功能復雜的控制要求，而且可以適應各種工藝流程變更較多的場合。 PLC的安裝和現(xiàn)場接線比較簡單，可以按積木方式擴充和刪減其系統(tǒng)規(guī)模。由于它的邏輯、控制功能是用軟件實現(xiàn)的，省去了大量安裝元件和布線工作，從而縮短了整個設計、生產和調試周期，研制費用相對來說也少了。 操作方便，維修容易：PLC的基本功能采用工程技術人員習慣的梯形圖編程，使用戶能十分方便地讀懂程序和編寫、修改程序。程序十分清晰直觀，操作人員只要稍加培訓，就能使用PLC。 另外，PLC帶有十分完善的監(jiān)視和診斷功能。PLC對其內部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、I/O點

12、狀態(tài)和異常狀態(tài)等均有醒目的提示。因此，操作人員和維修人員可以及時準確地了解機器故障點，利用更換模塊的方法迅速處理故障。 穩(wěn)定可靠：目前各生產PLC的廠家都嚴格地按有關技術標準進行生產，如美國有NEMA標準，日本有JIS標準，德國有DIN標準等。所以盡管PLC有各種型號，但都可以適應惡劣的工業(yè)環(huán)境3。 第三章 系統(tǒng)的硬件設計3.1 系統(tǒng)分析該系統(tǒng)是針對某倉庫的消防安全設計的火災自動報警與滅火系統(tǒng)。每個走廊均安裝排煙系統(tǒng)、安全疏散指示燈（牌），室內每一個房間都安裝有火災探測器、滅火用的消火栓（系統(tǒng)中消火栓用交流接觸器）.安裝感煙探測器、指示燈和手動報警按鈕。監(jiān)控室內有相應的信號指示燈系統(tǒng)電源接通以

13、后當有火災情況發(fā)生時，區(qū)域一中的傳感器（溫度傳感器和煙霧傳感器）探測到火災信號或現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)火災按下手動報警按鈕SB3，區(qū)域1的自動報警系統(tǒng)立即啟動，這時相應的紅色閃光燈閃爍，接著蜂鳴器蜂鳴，滅火系統(tǒng)延時啟動，向管理者提供火災相對應的區(qū)域，如管理員在延時時間之內沒有按下關閉按鈕，滅火系統(tǒng)將自動啟動；排煙系統(tǒng)開啟，按下關閉按鈕SB7，區(qū)域1自動報警滅火系統(tǒng)關閉。當區(qū)域二中傳感器（溫度傳感器和煙霧傳感器）探測到火災信號或現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)火災按下手動報警按鈕SB6，區(qū)域的自動報警系統(tǒng)立即啟動，這時相應的紅色閃光燈閃爍，接著蜂鳴器蜂鳴，滅火系統(tǒng)延時啟動，向管理者提供火災相對應的區(qū)域，如管理員在延時時間之內

14、沒有按下關閉按鈕，滅火系統(tǒng)將自動啟動；按下關閉按鈕SB7，區(qū)域2自動報警滅火系統(tǒng)關閉?；馂奶綔y器把探測到的信號發(fā)送到PLC控制中心，如果控制中心確認事件的真實性后立即啟動消防系統(tǒng)。滅火排煙系統(tǒng)開啟，5秒后對應失火倉庫的消火栓開啟噴淋頭噴水滅火。滅火完成后按下復位按鈕，系統(tǒng)便恢復正常，供電照明4。3.2 I/O端口表3-1 I/O分配表輸入輸出X1 區(qū)域1溫度傳感器Y1 區(qū)域1電磁閥X2 區(qū)域1煙霧傳感器Y2 區(qū)域2電磁閥X3 區(qū)域1手動報警按鈕Y3 區(qū)域1排煙設備X4 區(qū)域2溫度傳感器Y4 區(qū)域2排煙設備X5 區(qū)域2煙霧傳感器Y5 抽水泵（交流接觸器代替）X6 區(qū)域2手動報警按鈕Y6 供水泵（

15、交流接觸器代替）X7 復位Y7 區(qū)域1火災報警閃光燈X10 水位上限Y10 區(qū)域1報警器X11 水位下限Y11 區(qū)域2火災報警閃光燈Y12 區(qū)域2報警器3.3 PLC外部接線圖3-1 PLC外部接線圖3.4 消防控制圖3-2 滅火系統(tǒng)消防控制圖在主控界而上可以看出，總共兩個區(qū)域，每個區(qū)域均設置有手動報警開關、感煙探測器、排煙機、報警燈和疏散指示燈、復位按鈕。3.5 水箱結構圖3-3 水箱結構圖系統(tǒng)工作后，當水位到達下限時，供水泵開始供水，當水位到達上限時，供水泵停止供水。3.6 PLC的選型選擇合適的機型是PLC控制系統(tǒng)硬件配置的關鍵問題，目前，生產PLC的廠家很多，如西門子，三菱，松下，歐姆

16、龍，LG，ABB公司等，不同廠家的PLC產品雖然基本功能相似，但有些特殊功能，價格及使用的編程指令和編程軟件都不相同，而同一廠家生產的PLC產品又有不同系列，同一系列中又有不同的CPU型號，PLC的功能應強大，要具有開關量邏輯運算，定時，計數(shù)，數(shù)據(jù)處理等基本功能，鑒于本設計對控制速度要求不是很高，主要是開關量控制的應用系統(tǒng)。選用小型PLC就可滿足要求5。PLC的結構主要有整體式和模塊式，本設計屬于單機控制系統(tǒng)宜選用整體式PLC結構。綜上所述比較各廠家的整體式小型PLC可知，三菱系列PLC具有性價比高、抗干擾能力強、性能穩(wěn)定、輸入輸出點數(shù)多等優(yōu)點。因為PLC是采用順序控制掃描的工作方式，從輸入信

17、號到輸出控制存在著滯后現(xiàn)象，輸入量的變化通常要在12個掃描周期之后才能反映到輸出端，這對于大多數(shù)應用場合是允許的。響應時間包括輸入濾波時間、輸出濾波時間和掃描周期。其順序掃描工作方式使它不能可靠地接收持久時間小于一個掃描周期的輸入信號。為此，對于快速反應的信號需要選取速度高的機型，如FX2N基本指令的運行處理時間為0.08微秒/步指令。故根據(jù)本系統(tǒng)的設計要求、工作環(huán)境、服務對象等方面考慮，三菱PLC完全可以滿足本系統(tǒng)的設計要求?，F(xiàn)在三菱PLC主要有FX1N，F(xiàn)X2N，F(xiàn)X3U，Q系列，A系列等，其中是FX2N為基礎發(fā)展而來的，成本比FX2N略低，且 PLC完全可以滿足本系統(tǒng)的設計要求，所以本次

18、設計選用三菱 PLC作為本系統(tǒng)的控制器。FX2N系列PLC是FX系列中最高級的模塊，有其他模塊無法比擬的速度，具有邏輯選件以及定位控制等優(yōu)點，是從16256路輸入/輸出應用的選擇方案。此外，F(xiàn)X2N(C)系列PLC在保留原有強大的功能下，實現(xiàn)了極為可觀的規(guī)?？s小。I/O型連接口降低了接線成本并節(jié)省了時間6。3.7 傳感器的選擇 感煙傳感器的選擇火災發(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。感煙火災探測器的功能在于：在初燃生煙階段，能自動發(fā)出火災報警信號，以期將火撲滅在未成災害之前。根據(jù)結構不同，感煙探測器可分為離子感煙探測器和光電感煙探測器。根據(jù)本設計的控制要求選用光電式感煙探測器

19、離子感煙探測器離子式感煙探測器是由兩個內含Am241放射源的串聯(lián)室、場效應管及開關電路組成的。內電離室即補償室，是密封的，煙不易進入；外電離室即檢測室，是開孔的，煙能夠順利進入。在串聯(lián)兩個電離室的兩端直接接入24V直流電源。當火災發(fā)生時，煙霧進入檢測電離室，Am241產生的射線被阻擋，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，而補償電離室因無煙進入，電離室的阻抗保持不變，因此，引起施加在兩個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到一定值時，開關電路動作、發(fā)出報警信號。光電感煙探測器感光探測器:光是熱源輻射的結果,所以感光也就是感應輻射,人體也在不斷的輻射

20、波,但是由于本體溫度較低,輻射波的波長一般較大,而火災的熱源發(fā)出的光較強能被探測出來,據(jù)某些科學家分析,火災發(fā)生的時候還會發(fā)出一種獨特的聲波,根據(jù)這種波做出感聲探測器能有效克服其他探測器的普遍失誤的情況.光電式感煙探測器由光源、光電元件和電子開關組成。利用光散射原理對火災初期產生的煙霧進行探測，并及時發(fā)出報警信號。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。 一般光電式感煙探測器根據(jù)其結構特點可分為遮光型和散射型兩種。圖3-4 感煙探測器工作原理圖圖示的反射式煙霧報警器靈敏度較高。在沒有煙霧時，由于紅外對管相互垂直，煙霧室內又涂有黑色吸光材料，所以紅外LED發(fā)

21、出的紅外光無法到達紅外光敏三極管。當煙霧進入煙霧室后，煙霧的固體粒子對紅外光產生漫反射（圖中示出幾個微粒的反射示意），使部分紅外光到達光敏三極管。煙霧越大，接收到光也越強流過光敏三極管的電流也越大。第四章 系統(tǒng)的軟件設計消防控制系統(tǒng)使用GX DEVELOPER編程軟件進行程序編輯和硬件設置，與PLC之間的通信連接使用了力控。GX DEVELOPER軟件是三菱電機公司開發(fā)的用于三菱全系列的可編程序控制器的編程軟件。該軟件集成了項目管理、程序編輯、編譯鏈接、模擬仿真、程序調試和PLC通信等功能。GX DEVELOPER編程具有其自身的特點，在編程之前需要在符號表中對所有輸入輸出的全局變量進行定義，

22、使程序具有可讀性。其中包括：I/O地址、數(shù)據(jù)塊命名、注釋等9。設計主要采用控制系統(tǒng)來實現(xiàn)報警、噴水，通過變頻器輸入信號來控制送風。總的來說，實現(xiàn)了現(xiàn)場設備的實時、準確報警和可靠的聯(lián)動控制。實踐表明，系統(tǒng)可靠性商、靈活性強。編好后的程序通過串口線下載到PLC設置狀態(tài)開關使PLC處于 RUN （運行）狀態(tài)。當感煙探測器探測到煙霧信號便反饋給PLCPLC的輸出端即驅動執(zhí)行元件執(zhí)行各自的任務。利用力控軟件與PIC通信可觀察現(xiàn)場系統(tǒng)的動作情況10。4.1 程序流程程序開始區(qū)域2有火災區(qū)域2報警系統(tǒng)立即啟動區(qū)域1報警系統(tǒng)立即啟動區(qū)域1有火災是否有誤是否有誤是是否抽水泵啟動抽水泵啟動5S后區(qū)域1電磁閥啟動5

23、S后區(qū)域1電磁閥啟動噴淋頭噴水滅火噴淋頭噴水滅火按下關閉按鈕系統(tǒng)復位4.2 程序編制4.3 PLC程序說明 區(qū)域1自動報警滅火系統(tǒng)的啟停在該程序中，該區(qū)域自動報警滅火系統(tǒng)的啟動由(X1) (X2)或(X3)來實現(xiàn)，只要它們閉合，該區(qū)域的報警系統(tǒng)(Y7.Y10)立即啟動并自鎖，同時啟動一個5S的定時器（T0），定時時間到，抽水泵（Y5）啟動，滅火系統(tǒng)(Y1)啟動；同時排煙機（Y3）啟動排煙，當按下停止按鈕X7，該區(qū)域自動報警滅火系統(tǒng)關閉。 區(qū)域2自動報警滅火系統(tǒng)的啟停在該程序中，該區(qū)域自動報警滅火系統(tǒng)的啟動由(X4) (X5) 或(X6)來實現(xiàn)，只要它們中間有一個閉合，該區(qū)域的報警系統(tǒng)(Y11.

24、Y12)立即啟動并自鎖，同時啟動一個5S的定時器（T1），定時時間到，水泵（Y5）啟動，滅火系統(tǒng)(Y2）啟動；同時排煙機（Y4）啟動排煙，；當按下停止按鈕X7，該區(qū)域自動報警滅火系統(tǒng)關閉。 系統(tǒng)復位 當按下復位按鈕（X7），系統(tǒng)復位，各區(qū)域煙霧傳感器關閉，恢復其探測啟動自己所控制的自動報警滅火系統(tǒng)的功能.第五章 消防管理與維護5.1 消防管理制度 1. 消防設施日常使用管理由專職管理員負責，專職管理員每日檢查消防設施的使用狀況，保持設施整潔、衛(wèi)生、完好。 2. 消防設施及消防設備的技術性能的維修保養(yǎng)和定期技術檢測由消防工作歸屬管理部門負責，設專職管理員每日按時檢查了解消防設備的運行情況。查看運

25、行記錄，聽取值班人員意見，發(fā)現(xiàn)異常及時安排維修，使設備保持完好的技術狀態(tài)。 3. 消防器材管理： Ø 每年在冬防、夏防期間定期兩次對滅火器進行普查換藥。 Ø 派專人管理，定期巡查消防器材，保證處于完好狀態(tài)。 Ø 對消防器材應經常檢查，發(fā)現(xiàn)丟失、損壞應立即補充并匯報。 Ø 各部門的消防器材由本部門管理，并指定專人負責。 5.2 消防維護制度 5.2.1 火災自動報警系統(tǒng)的每月定期檢查 檢查報警控制器和區(qū)域報警控制器的功能是否正常。檢查方法：采用給一只探測器加煙(或加溫)的方法使探測器報警，來檢查集中報警控制器或區(qū)域報警控制器的功能是否正常。同時檢查復位、消音、故障報警的功能是否正常。如發(fā)現(xiàn)不正常，應在登記表中記錄并及時處理。 檢查備品備件、專用工具及加煙、加溫試驗器等是否齊備，并處于安全無損和適當保護狀態(tài)。 直觀檢查所有消防用電設備的動力線、控制線、報警信號傳輸線、接地線、接線盒及設備等是否處于安全無損狀態(tài)。5.2.2 自動噴水滅火系統(tǒng)的每月定期檢查系統(tǒng)在使用中，應定期進行檢查，檢查內容包括： 噴頭。每月檢查一次噴頭外觀，噴頭外表應清潔，尤其是感溫元件部分，對輕質粉塵可用空氣吹除或用軟布擦凈；對含有污垢的噴頭應將其分批拆換，集中清理，但不能用酸堿溶液或熱水洗擦。 報警閥各部件的工作狀態(tài)。巡檢一切供水總控制