《基于PLC的消防報警器設(shè)計9700字（論文）》

基于PLC的消防報警器設(shè)計TOC\o"1-3"\h\u249821引言 引言近年來，隨著中國家用電氣設(shè)備的不斷多樣化，各種電路和設(shè)備的故障問題變得越來越多，由電路和電氣設(shè)備引起的電氣火災(zāi)逐年增加，導(dǎo)致人們的生命危險。電火不斷威脅著安全，壓力也在不斷增加。但是，當(dāng)前的電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)中的信息共享系統(tǒng)仍不成熟，電氣火災(zāi)預(yù)警能力較弱。發(fā)生電氣火災(zāi)危險時，由于預(yù)警信息晚，系統(tǒng)聯(lián)動不良等原因，會發(fā)生電氣火災(zāi)事故。2017年1月，公安部消防局在《2017年消防工作總體思路和重點工作》通知中強(qiáng)調(diào)消防工作要“加快構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)、依托‘智慧城市’、綜治網(wǎng)絡(luò)社會化消防安全管理平臺”等，推動可視化火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)”。本著提升全民消防“四個能力”和“一懂三會”的具體落實，不僅要結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)消防安全的現(xiàn)狀，還要不斷提升安全風(fēng)險預(yù)警、告警機(jī)制。據(jù)統(tǒng)計，2011-2016年，我國電氣火災(zāi)發(fā)生起數(shù)達(dá)52.4萬起，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)92億余元。2017年1月-10月，全國共接報21.9萬起火災(zāi)事故，其中有7.4萬起火災(zāi)事故是由于電氣故障引發(fā)。從引發(fā)火災(zāi)的直接原因來看，因線路漏電、短路、過負(fù)荷以及違反電氣安裝使用規(guī)定而引發(fā)的火災(zāi)占總量的30.4%。電氣火災(zāi)的原因往往是多種多樣和復(fù)雜的，并已成為當(dāng)今社會和消防部門的重要隱患。中國傳統(tǒng)的防止電氣火災(zāi)的方法是通過配電箱中的各種探測器實時監(jiān)測接地故障的電流，電壓，溫度和剩余電流。當(dāng)參數(shù)異常時，檢測系統(tǒng)將報警。盡管這種監(jiān)視設(shè)備在一定程度上可以防止發(fā)生電氣火災(zāi)事故，但是從本質(zhì)上講，它仍然是一個警報系統(tǒng)，并且不能完全有效地實現(xiàn)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的聯(lián)動。因此，針對目前的電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的缺陷，本文設(shè)計了一套適用于現(xiàn)有低壓配電系統(tǒng)的智能預(yù)警系統(tǒng)-“基于PLC的建筑物配電電氣火災(zāi)預(yù)警”。監(jiān)控彼此獨立，預(yù)警響應(yīng)機(jī)制落后。該系統(tǒng)以PLC為核心，通過各種傳感器對電氣火災(zāi)故障點進(jìn)行監(jiān)控，實現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動控制，監(jiān)控和預(yù)警。從源頭上控制火災(zāi)，為電氣火災(zāi)的預(yù)防提供了很大幫助，真正實現(xiàn)了改造。從“消”到“防”。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計及硬件選型2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計本設(shè)計，現(xiàn)場主控采用西門子S7-300PLC，如圖4-1所示為系統(tǒng)總體流程圖。當(dāng)出現(xiàn)火警信號時，系統(tǒng)會使用溫度，煙霧和其他傳感器來判斷是否存在危險情況。一旦發(fā)生危險情況，信號將被傳遞到PLC。經(jīng)PLC處理后，將被傳遞到上位機(jī)配置監(jiān)控系統(tǒng)。它顯示電火信號的位置。當(dāng)出現(xiàn)并檢測到火災(zāi)信號時，它將立即發(fā)出警報。一方面，聽到鈴鐺和指示燈的聲音以提醒人們存在嚴(yán)重狀況；另一方面，控制室注意到存在危險狀況，并立即檢查是否存在錯誤。相應(yīng)地對待它。此外，人體紅外傳感器也將安裝在走廊上方。當(dāng)出現(xiàn)火警信號時，人體的紅外傳感器會自動開始檢測人的位置，同時，將通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送實時顯示位置的配置界面。到相應(yīng)的設(shè)備。圖2.1系統(tǒng)總體流程圖在信息傳輸方面，由于這次批準(zhǔn)的PLC是Siemens313C，盡管它確實具有MPI協(xié)議功能，但尚無現(xiàn)成的以太網(wǎng)接口。因此，本文指定了一種EHT-MPI適配器，將PLC的MPI協(xié)議轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)協(xié)議，然后通過建筑網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將PLC，觸摸屏和計算機(jī)連接起來，形成一個以太網(wǎng)，以實現(xiàn)信息的無阻礙傳輸。計算機(jī)可以使用配置軟件更好地監(jiān)視整個系統(tǒng)。觸摸屏可幫助我們更定期地安裝，校正和維護(hù)設(shè)備，以防止電擊。圖2.2顯示了完整的系統(tǒng)圖：圖2.2系統(tǒng)總體框圖該系統(tǒng)還可以根據(jù)實時溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，若溫度變化異常，系統(tǒng)會進(jìn)行預(yù)報警，提前提醒觀測人員，觀測人員可調(diào)出預(yù)報警處的監(jiān)控系統(tǒng)，檢測是否有異常狀況發(fā)生。2.2PLC硬件選型硬件是系統(tǒng)整體控制的重要組成部分，本設(shè)計主控單元采用的是西門子S7-300PLC，主要包括機(jī)架、電源（PS）、中央處理器(CPU)、數(shù)字量擴(kuò)展模塊(SM321/SM322)、觸摸屏、MPI編程線纜、MPI轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊。探測系統(tǒng)則包括溫度傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器等硬件。如表4-1所示為電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)硬件選型清單：表2.1電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)硬件選型清單序號硬件名稱型號1機(jī)架RACK-3002電源PS3075A3中央處理器CPU313C4數(shù)字量模塊SM321/SM3225觸摸屏TP7008溫度傳感器Pt1009煙霧傳感器MQ-210紅外傳感器HC-SR5012.2.1電源模塊如圖2.3所示：中央機(jī)架的1號槽為電源模塊（PS），PS307電源模塊將AC220V電壓轉(zhuǎn)換為DC24V電壓，額定輸出電流有2A、5A和10A，本設(shè)計輸出電流為5A。如圖2.4所示為電源模塊：S7-300、傳感器和執(zhí)行器的供電電壓為24V，該電壓同時還給輸入/輸出模塊供電。圖2.3PLC硬件組成圖2.4電源模塊2.2.2CPU模塊如圖2.5所示，2號槽為CPU模塊，CPU內(nèi)的元件封裝在一個牢固而緊湊的塑料機(jī)殼內(nèi)，面板上有模式選擇開關(guān)，通信接口和狀態(tài)提示LED燈。本設(shè)計采用的是緊湊型S7-300CPU中的CPU313C，具有RUN、STOP、MRES3種運(yùn)行模式。CPU在RUN（運(yùn)行模式）下可執(zhí)行程序并可通過編程軟件對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控；在STOP（停機(jī)模式）下不執(zhí)行程序，但可通過編程軟件導(dǎo)出和修改程序。此外，MRES為復(fù)位模式，當(dāng)切換到MRES模式時，可復(fù)位存儲器，使CPU回到初始狀態(tài)。本設(shè)計選用的CPU313C，包含5個模擬量輸入點、2個模擬量輸出點、24個數(shù)字量輸入點和16個數(shù)字量輸出點。圖2.5CPU模塊2.2.3數(shù)字量模塊S7-300PLC的3號槽是接口模塊，由于本設(shè)計不需要擴(kuò)展機(jī)架，同時機(jī)架導(dǎo)軌在現(xiàn)實中是不存在物理槽位的，此時3號槽仍然被實際上并不存在的接口模塊所占用，所以CPU模塊與4號槽的模塊是緊挨在一起的。本設(shè)計用了4、5兩個槽位，如圖2.6所示：數(shù)字量輸入模塊SM321共有16個數(shù)字量輸入點，置于4號槽；數(shù)字量輸出模塊SM322共有32個數(shù)字量輸出點，置于5號槽。圖2.6SM321和SM322模塊2.2.4觸摸屏本設(shè)計采用的觸摸屏是西門子公司的TP700系列，如圖2.7所示：TP700具有高分辨率、操作簡便等優(yōu)點，采用WindowsCE系統(tǒng)，且擁有兩個USB接口，可接入鼠標(biāo)，鍵盤，優(yōu)盤等外部設(shè)備，能使操作者擁有更加智能的操作體驗。在通訊方面，TP700支持profibus和modbus協(xié)議，能使編程人員能更好操作。圖2.7觸摸屏2.2.5溫度傳感器本設(shè)計中溫度傳感器采用Pt100溫度傳感器，該傳感器能將溫度變量經(jīng)處理后轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號。如圖2.8、圖2.9所示：該模塊主要由傳感器和變送器組成。其中，傳感器主要由熱電偶或熱電阻構(gòu)成；變送器由檢測單元、信號處理單元和轉(zhuǎn)換單元組成。變送器采用的是把傳感器采集到的溫度轉(zhuǎn)換為電流信號并傳到PLC上進(jìn)行轉(zhuǎn)換成數(shù)字在組態(tài)上顯示，它的測量范圍是4-20mA，對應(yīng)著傳感器的0-100℃。圖2.8Pt100溫度傳感器圖2.9溫度變送器Pt100溫度傳感器與變送器接線如圖2.10所示，兩根藍(lán)線與紅線之間串連著電阻。另外兩個接線點負(fù)極直接與24V電源負(fù)極連接，電源正極則與PLC連接。圖2.10Pt100溫度傳感器與變送器接線本文一共用了4個溫度傳感器，在PLC上的輸出點分別是PIW752、PIW754、PIW756、PIW758。當(dāng)PLC運(yùn)行時，Pt100溫度傳感器測得溫度通過溫度變送器轉(zhuǎn)化為電流信號傳到PLC，經(jīng)過處理，再轉(zhuǎn)化為溫度值在組態(tài)上進(jìn)行顯示，當(dāng)變電箱溫度超過設(shè)定值，系統(tǒng)就會自動報警。2.2.6煙霧傳感器模塊本設(shè)計中煙霧傳感器采用MQ-2氣體傳感器。如圖2.11所示：其氣敏材料是二氧化錫，由于二氧化錫的電導(dǎo)率在清潔空氣中非常低，當(dāng)空氣中可燃?xì)怏w的濃度增大時，就會導(dǎo)致傳感器的電導(dǎo)率變大，一旦超過設(shè)定值，管腳就會輸出高電平，產(chǎn)生報警信號。圖2.11煙霧傳感器其中，輸入電壓是5V和12V，而輸出電壓則根據(jù)煙霧濃度的高低產(chǎn)生0-5V的模擬量信號，為了使輸出的模擬量信號更加穩(wěn)定，采用PNP三極管作為放大電路，如圖2.12所示為煙霧傳感器原理圖：圖2.12煙霧傳感器工作原理當(dāng)輸出的電壓大于設(shè)定值的時候，管腳將輸出高電平觸發(fā)固態(tài)繼電器閉合，使PLC接收到數(shù)字量輸入信號，進(jìn)而觸發(fā)內(nèi)部的程序的運(yùn)行。同時，煙霧傳感器模塊上還有一個旋鈕，可根據(jù)自己的需求來扭動旋鈕，調(diào)節(jié)靈敏度大小。2.2.7人體紅外傳感器模塊為了更好的探測建筑物房間內(nèi)人員的具體位置，本設(shè)計中采用的紅外傳感器模塊為HC-SR501人體紅外傳感器。如圖2.13所示：當(dāng)紅外傳感器探測到人體紅外輻射及溫度時，傳感器內(nèi)部就會釋放電荷，經(jīng)電路檢測后，一旦房間內(nèi)有人，電路信號就會傳給系統(tǒng)并報警。而火焰產(chǎn)生的則是1-2um的近紅外波長，這正好區(qū)別人與火焰發(fā)出的紅外波長，很好的保證了探測的準(zhǔn)確性。圖2.13紅外傳感器其中，輸入電壓是5V和12V，當(dāng)人進(jìn)入探測范圍時，傳感器就會輸出高電平。當(dāng)檢測到高電平以后，會觸發(fā)繼電器線圈閉合，使PLC接收到數(shù)字量輸入信號，繼而觸發(fā)內(nèi)部的程序的運(yùn)行。為了使輸出的信號更加穩(wěn)定，采用NPN三極管作放大電路，如圖2.14所示為紅外傳感器原理圖：圖2.14紅外傳感器工作原理除上述硬件介紹外，本文還對指示燈做了簡單設(shè)計，采用的消防指示燈為雙向指示燈。如圖2.15所示：正常狀態(tài)下，雙向指示燈指向最近的逃生出口。當(dāng)內(nèi)部繼電器常開觸點閉合時，其中一個指示燈燈亮指示逃生出口；當(dāng)常閉觸點閉合時，另一個指示燈亮；發(fā)生火災(zāi)時，PLC經(jīng)過運(yùn)算，雙向指示燈指向距離最近且安全的逃生出口。圖2.15雙向指示燈3電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.1軟件設(shè)計原則軟件設(shè)計是本文的重要組成部分之一，對硬件系統(tǒng)、監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)乃至整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行都至關(guān)重要。本文構(gòu)建的基于S7-300PLC和組態(tài)軟件Kingview6.55的電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，由上位機(jī)組態(tài)軟件進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和監(jiān)控等管理,具體硬件探測系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)采集功能則由下位機(jī)PLC來完成。因此，本文提出以下設(shè)計原則：1.穩(wěn)定性強(qiáng)：由于電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)內(nèi)部的穩(wěn)定性受多方面影響，在具體實施過程中難度較大。因此，對電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)的設(shè)計尤為重要。在傳感器探測系統(tǒng)方面，各硬件與PLC連接時，信號傳輸存在不穩(wěn)定性，本文在連接方式上采用加繼電器的做法來保證信號的可靠傳輸。此外，本文對BP算法進(jìn)行改進(jìn)，提出基于模糊的改進(jìn)BP算法，通過大量數(shù)據(jù)樣本訓(xùn)練，能有效增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性與預(yù)警的準(zhǔn)確性。2.程序簡潔：本設(shè)計采用西門子Step7軟件進(jìn)行編程。該軟件對程序的調(diào)用方便快捷，易于操作，并且電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)中的溫度、煙霧等程序均可在程序庫中直接定義子程序。對整體系統(tǒng)進(jìn)行編譯時，也可以調(diào)用子程序，操作起來直觀易懂，同時對后期修改奠定了基礎(chǔ)。3.通訊穩(wěn)定：系統(tǒng)的通訊是電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的核心。由于本次采用的PLC為西門子313C，雖然具有MPI協(xié)議功能，但沒有現(xiàn)成的以太網(wǎng)接口。因此，本文選取EHT-MPI轉(zhuǎn)換器，將PLC的MPI協(xié)議轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)協(xié)議，然后通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將PLC、觸摸屏和電腦相連接，構(gòu)成一個以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)信息的無障礙傳遞。4.監(jiān)控便捷：本設(shè)計在監(jiān)控預(yù)警方面采用組態(tài)王Kingview6.55軟件。該軟件不僅在圖形庫上具有很大的優(yōu)勢，能直接調(diào)用圖形，根據(jù)不同用戶的需求加載更多的圖形，而且畫質(zhì)分辨率高，變量設(shè)置、參數(shù)設(shè)置以及函數(shù)調(diào)用也非常方便。因此，通過該設(shè)計能使操作者在運(yùn)行界面中直觀地查看各參數(shù)信息以及報警信號，達(dá)到了較好的預(yù)警目的。通過以上設(shè)計原則，本文針對整個系統(tǒng)以及PLC的特點，進(jìn)行了軟件系統(tǒng)流程設(shè)計、系統(tǒng)整體設(shè)計、系統(tǒng)核心程序設(shè)計、上位機(jī)設(shè)計、觸摸屏設(shè)計以及各系統(tǒng)的通訊設(shè)計。這些設(shè)計不僅能使整個系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，而且對實現(xiàn)電氣火災(zāi)智能預(yù)警奠定了基礎(chǔ)。如圖3.1所示為軟件系統(tǒng)設(shè)計流程圖：圖3.1軟件系統(tǒng)設(shè)計流程圖如上圖所示，系統(tǒng)開機(jī)運(yùn)行后會進(jìn)行自檢，自檢通過后，一方面進(jìn)行程序的編譯，另一方面?zhèn)鞲衅魈綔y系統(tǒng)與PLC可靠連接。當(dāng)完成硬件連接和編程后，就可以運(yùn)行程序，通過設(shè)定的程序來判定是否有電氣故障發(fā)生，一旦有險情信號出現(xiàn)，探測系統(tǒng)會自動探測到信號傳給PLC，并在組態(tài)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)報警處理。如圖3.2所示為系統(tǒng)整體運(yùn)行框圖：圖3.2系統(tǒng)運(yùn)行框圖當(dāng)PLC上電后，先啟動主電源，主電源啟動后，系統(tǒng)開始運(yùn)行，這時會在組態(tài)軟件上對溫度、煙霧等故障點進(jìn)行監(jiān)測，并通過探測系統(tǒng)對溫度、煙霧等值測量，如果各項指標(biāo)超過程序預(yù)先設(shè)定的閾值，系統(tǒng)就會報警，并作出相應(yīng)處理，為電氣火災(zāi)搶險救災(zāi)節(jié)約了時間。3.2西門子S7-300PLC核心程序設(shè)計電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)不僅依靠上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、下位機(jī)PLC控制系統(tǒng)以及探測系統(tǒng)的良好通訊與連接，程序設(shè)計更是整個系統(tǒng)不可或缺的一部分，一個程序設(shè)計的是否科學(xué)直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的智能化程度。因此，本文在編程軟件方面，采用step7作為編程軟件，該軟件不僅操作簡便，而且程序調(diào)用和編譯快捷。如圖3.3所示，是PLC的所有程序塊。其中OB1塊為主程序，下面嵌套了三層：第一層是FC1，為監(jiān)控模塊，上面顯示了所有IO點。當(dāng)程序發(fā)生故障時，我們可以通過監(jiān)控FC1塊來迅速判斷是哪個IO點出了問題，并到對應(yīng)的程序塊進(jìn)行查找并修復(fù)。第二層為FC2，塊里放置了啟動與停止程序及FB1塊到FB5塊，同時還有啟動與停止程序。第三層為FB1到FB5，其中FB1塊為電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)；FB2塊為溫度、煙霧等測量，用FC105來測量溫度；FB3塊為一樓指示燈系統(tǒng)；FB4塊為紅外探測系統(tǒng)；FB5塊為溫度等歷史數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；DB1塊到DB5塊分別為FB1塊到FB5塊所對應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊。圖3.3PLC程序塊3.2.1S7-300PLC的I/O點設(shè)置由于本設(shè)計所用的數(shù)字量輸入輸出點較多，為了更好地在上位機(jī)實現(xiàn)控制以及相關(guān)的數(shù)字量以及模擬量的輸入輸出點的預(yù)留，方便以后硬件以及相關(guān)程序，整個系統(tǒng)的監(jiān)視、控制的添加，所以我們選用S7-300PLC中的CPU313C作為主控單元，同時擴(kuò)展了兩個數(shù)字量輸出SM322模塊，其中第一個數(shù)字量輸出SM322模塊有32個數(shù)字量輸出點，另一個有16個數(shù)字量輸出點。如圖5-4所示為PLC的I/O點分配圖：圖3.4PLCI/O點分配圖其中數(shù)字量輸入點I0.0至I1.6依次為啟動、煙感A204、煙感B211、煙感C203、煙感A110、剩余電流A204、剩余電流B211、剩余電流C203、剩余電流A110、停止、啟動主電源、復(fù)位、紅外輸入1、紅外輸入2、紅外輸入3；模擬量輸入點PIW752至PIW758依次為溫度A204、溫度B211、溫度C203、溫度A110；CPU313C上的數(shù)字量輸出點Q0.0至Q0.6依次為設(shè)備運(yùn)行、報警A204、報警B211、報警C203、報警A110、主電源、指示燈照明；第一個數(shù)字量輸出SM322模塊的數(shù)字量輸出點Q0.7至Q3.3為指示燈1至指示燈21。另一個SM322模塊上的數(shù)字量輸出點Q3.4至Q4.1為雙向指示燈1至雙向指示燈6，Q4.2為24V供電。3.2.2核心程序設(shè)計為了達(dá)到預(yù)防電氣火災(zāi)的目的，本文針對電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的特點，對溫度、煙霧、漏電流等故障點進(jìn)行監(jiān)測和程序編寫。如圖3.5所示，以溫度監(jiān)測為例：當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時，把溫度所設(shè)定的報警值傳給上位機(jī)，PLC設(shè)定初始溫度，放在OB100里，并且可以通過上位機(jī)來進(jìn)行修改，當(dāng)PLC重新上電時溫度報警值會重新恢復(fù)到PLC的初始溫度報警值。同時通過變送器把4—20mA電流信號給PLC通過FC105轉(zhuǎn)換成實數(shù)再轉(zhuǎn)換成雙整數(shù)傳送到組態(tài)和觸摸屏上進(jìn)行顯示和監(jiān)控。本文整體程序在附錄中體現(xiàn)，如圖3.6所示為故障點的部分程序設(shè)計，圖3.7所示為模擬量轉(zhuǎn)換部分程序：圖3.5溫度值監(jiān)測程序如圖3.6所示，當(dāng)房間內(nèi)實時溫度或煙霧等值達(dá)到所設(shè)定的報警值，即滿足其中一個條件時，系統(tǒng)就會報警，并且應(yīng)急電源會啟動，主電源關(guān)閉。如果不按下復(fù)位鍵，那么即使條件已經(jīng)不滿足，系統(tǒng)也會繼續(xù)報警，直到按下復(fù)位鍵。進(jìn)行復(fù)位后，會停止報警，并且應(yīng)急電源關(guān)閉，主電源會重新啟動。圖3.6故障點部分報警程序如圖3.7所示，F(xiàn)C105是處理模擬量輸入的功能塊，其中，每個管腳定義如下：IN——模擬量模塊的輸入量地址；HI_LIM——現(xiàn)場信號的最大量程值；LO_LIM——現(xiàn)場信號的最小量程值；BIPOLA——極性設(shè)置，當(dāng)房間A204現(xiàn)場信號為有極性信號（例如-10V—+10V)，即輸出為1，如果現(xiàn)場信號為無極性信號（例如4mA—20mA），則輸出為0；OUT為現(xiàn)場信號值，信號類型為實數(shù)。圖3.7模擬量轉(zhuǎn)換部分程序此外，本文還進(jìn)行了數(shù)據(jù)傳輸程序的設(shè)計，PLC給每個房間分配4個寄存器，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時，每個寄存器的數(shù)值都會往下傳遞，并讀入新的實時溫度，各房間變電箱的溫度數(shù)值被傳到組態(tài)上，由組態(tài)進(jìn)行分析。如圖3.8所示為部分?jǐn)?shù)據(jù)采集程序：圖3.8部分?jǐn)?shù)據(jù)采集程序3.3觸摸屏設(shè)計3.3.1一樓調(diào)試畫面圖3.9一樓調(diào)適畫面如圖3.9所示，是整個系統(tǒng)中的一樓調(diào)試畫面。眾所周知，消防系統(tǒng)對于穩(wěn)定性的要求非常的高，而真正啟動消防系統(tǒng)的概率又非常小，大部分時間內(nèi)整個消防系統(tǒng)都是處于一個休眠狀態(tài)，如何保證在其設(shè)備不運(yùn)行的時候還能保證整個系統(tǒng)的可靠性，這是業(yè)界的一個難題。為此本文專門設(shè)計出一個調(diào)試界面，將一樓整個建筑面積以房間的形式劃分為若干個區(qū)域，并且對房間進(jìn)行編號，通過號碼按鈕的觸發(fā)來模擬各個區(qū)域是否有電氣火災(zāi)險情出現(xiàn)，引導(dǎo)程序來運(yùn)行報警與消防智能預(yù)警的程序，繼而觸發(fā)各個硬件設(shè)備。通過這一種形式，定期去模擬火災(zāi)的發(fā)生，不僅可以檢查軟件程序是否準(zhǔn)確，還可以對硬件設(shè)備是否正常運(yùn)行提供科學(xué)的參考依據(jù)。3.3.2溫度監(jiān)控界面圖3.10溫度監(jiān)控界面如圖3.10所示為系統(tǒng)的溫度監(jiān)控界面。溫度是監(jiān)控電氣火災(zāi)發(fā)生的一個重要數(shù)據(jù)。因此，對溫度的采集與顯示則是十分必要的。溫度監(jiān)控界面對整個一樓房間變電箱的溫度進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，本設(shè)計由于成本考量，只是對A110，A204，B211和C203這四個房間內(nèi)變電箱溫度等參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程采集與觸摸屏的顯示。通過溫度等參數(shù)的顯示，能夠很好的去推測各個房間的現(xiàn)有的環(huán)境，提前預(yù)測火情。3.3.3參數(shù)設(shè)置界面圖3.11溫度報警值界面如圖3.11所示，為溫度報警值設(shè)置界面。在中國的大部分地方，一年四季的溫差十分大，如果只是設(shè)置一個溫度報警值，則具有很大的缺陷。溫度值報警設(shè)置界面則可以輸入自己想要的溫度報警值，輸入完以后，輸入的參數(shù)則自動讀入到PLC程序當(dāng)中，溫度報警值改變?yōu)檩斎胫担⑶伊⒓瓷?，更好的適應(yīng)整個環(huán)境，提高了整個報警系統(tǒng)的柔性。同時，這類型的參數(shù)十分重要，為了防止非專業(yè)人員的誤操作，本文加入了密碼驗證操作，進(jìn)行修改的時候，必須先輸入賬號和密碼，兩個都正確才能進(jìn)行修改，否則不能修改，很好的保證了系統(tǒng)的安全性。3.3.4默認(rèn)變量表圖3.12默認(rèn)變量表如圖3.12所示為觸摸屏的默認(rèn)變量表。為了使PLC和觸摸屏實現(xiàn)無障礙的信息交換，必須使每一個變量一一對應(yīng)。下圖為整個設(shè)計的部分變量信息，其中包含模擬量變量數(shù)據(jù)和數(shù)字量變量數(shù)據(jù)。每一個變量對應(yīng)著唯一的一個變量值地址，通過以太網(wǎng)協(xié)議，PLC與觸摸屏通過這唯一的地址交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)觸摸屏對PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控。4系統(tǒng)聯(lián)合測試與分析為了進(jìn)一步驗證電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本設(shè)計除以上模擬仿真外，還對整個系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)合測試與分析。由于上文已經(jīng)對整個系統(tǒng)的軟件、硬件、通訊等方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述與設(shè)計，因此，本章在實測時，主要闡述測試設(shè)計思路和測試結(jié)果分析，具體參數(shù)以及通訊方式等設(shè)置只作簡單介紹。4.1測試思路設(shè)計本文針對現(xiàn)有實驗設(shè)備和實驗條件，對聯(lián)合調(diào)試部分的設(shè)計思路步驟如下：首先是Step7編程軟件與PLC的通訊設(shè)計；然后對組態(tài)王監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行步驟闡述與畫面測試；最后是對觸摸屏的設(shè)計。通過這三部分的設(shè)計，能很好的實現(xiàn)上位機(jī)、下位機(jī)以及整個系統(tǒng)的可靠通訊，達(dá)到電氣火災(zāi)預(yù)警的目的。4.1.1Step7編程軟件和PLC的通訊設(shè)計本設(shè)計采用MPI轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊來實現(xiàn)編程軟件Step7與PLC之間的通訊。首先單擊選項—設(shè)置PG/PC接口，然后選擇ETH-AUTO。如圖4.1所示：單擊屬性進(jìn)行ETH-MPI轉(zhuǎn)換器的IP地址修改，本文所設(shè)的IP地址為http：//00，點擊在線測試可以查看所設(shè)IP地址是否正確。如圖4.2和圖4.3所示：打開IE瀏覽器，輸入http：//22，點擊參數(shù)設(shè)置可以查看ETH-MPI的IP地址。圖4.1PLC通訊流程圖圖4.2ETH-MPI轉(zhuǎn)換器登錄界面圖4.3ETH-MPI轉(zhuǎn)換器設(shè)置界面通訊方式設(shè)置完成之后，本文對電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的變量表進(jìn)行如下設(shè)置，包括對溫度、煙霧等故障點的變量分配，如圖4.4所示為部分PLC變量分配表：圖4.4PLC變量分布表4.1.2上位機(jī)組態(tài)王軟件的設(shè)計步驟PLC上電運(yùn)行后，電氣火災(zāi)預(yù)警工程切換到VIEW狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控。首先連接數(shù)據(jù)庫，可以對各房間變電箱溫度等參數(shù)進(jìn)行記錄，本設(shè)計將時間定為每6秒自動插入一次記錄，點擊“查詢記錄”，可以查詢插入的記錄。當(dāng)滿足以下三種條件其中一條時便會觸發(fā)報警，分別為：溫度值達(dá)到預(yù)設(shè)值、煙霧傳感器被觸發(fā)或漏電流值達(dá)到設(shè)定值。若有房間報警，則頁面會自動跳入報警房間所在樓層，系統(tǒng)會進(jìn)行報警，提示觀測人員有險情發(fā)生，觀測人員可打開監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行查驗報警房間變電箱溫度值是否過高。報警發(fā)生時，雙向指示燈指向最近的樓梯或安全出口，紅外定位裝置啟動。若多處發(fā)生火災(zāi)，則可以在組態(tài)上進(jìn)行指示燈方向的改變。除此之外，根據(jù)不同的實驗室或不同的季節(jié)，還可以輸入不同的報警溫度，使系統(tǒng)能夠更廣泛的被運(yùn)用。同樣只有權(quán)限高的賬戶才可以進(jìn)行改變。4.1.3觸摸屏網(wǎng)絡(luò)通訊本設(shè)計為了更好的使各個設(shè)備之間實現(xiàn)無障礙與友好的通訊，選擇的是工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。由于消防行業(yè)是一個特種行業(yè)，對系統(tǒng)與通訊的穩(wěn)定性的要求十分之高，而以太網(wǎng)通訊協(xié)議則很好的滿足了這一點。同時，依托建筑物中原有的網(wǎng)線和交換機(jī)等物理通道資源，在網(wǎng)絡(luò)通訊安全的前提下進(jìn)行IP設(shè)定，如圖4.5所示為通訊設(shè)置。通訊協(xié)議選擇以太網(wǎng)通訊，然后對TP700PLC的IP地址設(shè)為9，對西門子300PLC的IP地址設(shè)為00，使其處于同一個網(wǎng)段上，實現(xiàn)以太網(wǎng)通訊。通過這種做法，既滿足了對以太網(wǎng)通訊的物理通道需求，同時還節(jié)約了成本，有效的提高了系統(tǒng)的優(yōu)勢。圖4.5通訊設(shè)置4.2實測結(jié)果與分析本文設(shè)計的電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，其科學(xué)性不僅在于其理論上的可行性，實際應(yīng)用則更為重要。由于試驗條件限制，只對上述部分參數(shù)進(jìn)行測試。漏電流等其他測試采取上文中設(shè)置的點位報警來模擬，燈亮表示電氣火災(zāi)故障。具體實測過程如下：當(dāng)PLC上電后，啟動主電源（只有在應(yīng)急電源啟動后主電源才會關(guān)閉）。系統(tǒng)運(yùn)行，這時會進(jìn)行溫度等測量，并傳到組態(tài)和觸摸屏上進(jìn)行顯示，通過組態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,如圖4.6所示為環(huán)境監(jiān)控界面：圖4.6環(huán)境監(jiān)控界面以上信號被采集后，當(dāng)線路或用電設(shè)溫度處于額定工作狀態(tài)下時，系統(tǒng)正常監(jiān)控，不進(jìn)行報警，此時的系統(tǒng)正常，綠燈亮。當(dāng)系統(tǒng)的煙霧濃度值異常，紅色燈亮，提醒控制室人員煙霧濃度異常。此外，對房間變電箱漏電流進(jìn)行監(jiān)控報警設(shè)計，如圖4.7所示為電源控制界面，圖4.8所示為供電監(jiān)視界面：圖4.7電源控制界面圖4.8供電監(jiān)視界面如上圖所示，紅燈亮起，表示漏電流異常，監(jiān)控界面自動跳入報警房間電源監(jiān)控界面并報警。通過以上實測，進(jìn)一步驗證了本文設(shè)計的電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)在火災(zāi)沒發(fā)生或火災(zāi)初期具有針對性的預(yù)防作用，為人員疏散、財產(chǎn)搶救和避免重特大火災(zāi)事故的發(fā)生提供了保障，真正做到從“消”到“防”的轉(zhuǎn)變。實測過程中，均按照國家《建筑設(shè)計防火規(guī)范》、《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)》等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范實施。在傳感器探測系統(tǒng)方面，各硬件與PLC連接時，信號傳輸存在不穩(wěn)定性，本文在連接方式上采用加繼電器的做法來保證信號的可靠傳