【基于PLC的消防預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)14000字（論文）】

基于PLC的消防預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目錄TOC\o"1-3"\h\u3391緒論 1113371.1研究背景及意義 1223941.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3173071.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 382671.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 3103582系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)及硬件選型 6289162.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 63662.2PLC硬件選型 8110892.2.1電源模塊 941302.2.2CPU模塊 1074122.2.3數(shù)字量模塊 11237112.2.4觸摸屏 11254522.2.5溫度傳感器 12217692.2.6煙霧傳感器模塊 13102012.2.7人體紅外傳感器模塊 14192982.3本章小結(jié) 1651343電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 17191053.1軟件設(shè)計(jì)原則 17137763.2西門(mén)子S7-300PLC核心程序設(shè)計(jì) 19177923.2.1S7-300PLC的I/O點(diǎn)設(shè)置 20268613.2.2核心程序設(shè)計(jì) 22298563.3觸摸屏設(shè)計(jì) 25264403.3.1一樓調(diào)試畫(huà)面 2599793.3.2溫度監(jiān)控界面 26220303.3.3參數(shù)設(shè)置界面 2678703.3.4默認(rèn)變量表 2786143.4本章小結(jié) 2897174系統(tǒng)聯(lián)合測(cè)試與分析 28179544.1測(cè)試思路設(shè)計(jì) 2986364.1.1Step7編程軟件和PLC的通訊設(shè)計(jì) 29205384.1.2上位機(jī)組態(tài)王軟件的設(shè)計(jì)步驟 31245264.1.3觸摸屏網(wǎng)絡(luò)通訊 317904.2實(shí)測(cè)結(jié)果與分析 32311414.3本章小結(jié) 3512658總結(jié) 3516781參考文獻(xiàn) 371緒論1.1研究背景及意義近年來(lái)，隨著中國(guó)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(wèn)題變得越來(lái)越多，因此由電路和電氣設(shè)備引起的電氣火災(zāi)逐年增加，導(dǎo)致人們的生命危險(xiǎn)。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(xiǎn)時(shí)，由于預(yù)警信息晚，系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)不良等原因，會(huì)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(diǎn)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(huì)化消防安全管理平臺(tái)”等，推動(dòng)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(gè)能力”和“一懂三會(huì)”的具體落實(shí)，不僅要結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)消防安全的現(xiàn)狀，還要不斷提升安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、告警機(jī)制。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011-2016年，我國(guó)電氣火災(zāi)發(fā)生起數(shù)達(dá)52.4萬(wàn)起，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)92億余元。2017年1月-10月，全國(guó)共接報(bào)21.9萬(wàn)起火災(zāi)事故，其中有7.4萬(wàn)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(lái)看，因線路漏電、短路、過(guò)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%。如圖1.1所示為2014年-2018年電氣火災(zāi)占比分布圖：圖1.12014年-2018年電氣火災(zāi)占比分布圖從圖1.1可以看出，電氣火災(zāi)的數(shù)量一直保持在總火災(zāi)數(shù)量的30％左右，并且全年仍然很高。因此，電氣防火的問(wèn)題解決迫在眉睫，已經(jīng)成為當(dāng)前電氣防火的重點(diǎn)。通過(guò)分析電氣火災(zāi)事故，發(fā)現(xiàn)電路和電氣設(shè)備故障的主要原因包括線路停電，泄漏，過(guò)度停電以及諸如接觸不良，設(shè)備報(bào)廢和非法操作等故障。發(fā)生火災(zāi)。圖1.2顯示了電氣火災(zāi)故障分類(lèi)的示意圖：圖1.2電氣火災(zāi)故障分類(lèi)示意圖從圖1.2中可以看出，引起電氣火災(zāi)的主要原因是線路短路，占比48%。從這些火災(zāi)數(shù)據(jù)不難看出，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(huì)和消防部門(mén)的重要隱患。中國(guó)傳統(tǒng)的防止電氣火災(zāi)的方法是通過(guò)配電箱中的各種探測(cè)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)接地故障的電流，電壓，溫度和剩余電流。當(dāng)參數(shù)異常時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)將報(bào)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(gè)警報(bào)系統(tǒng)，并且不能完全有效地實(shí)現(xiàn)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)。因此，針對(duì)目前的電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的缺陷，本文設(shè)計(jì)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(dú)立，預(yù)警響應(yīng)機(jī)制落后。該系統(tǒng)以PLC為核心，通過(guò)各種傳感器對(duì)電氣火災(zāi)故障點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)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(shí)現(xiàn)了改造。從“消”到“防”。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外具體研究現(xiàn)狀包括采用單一傳感器(如：感溫探測(cè)器)的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)和數(shù)據(jù)融合技術(shù)的多傳感器火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)[1]。其中，多傳感器火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)已經(jīng)穿越了公交車(chē)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)和智能火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的歷史。關(guān)于實(shí)際應(yīng)用，國(guó)外有關(guān)火災(zāi)報(bào)警技術(shù)的研究方法[2]有以下幾種：（1）美國(guó)Sencell和德國(guó)Siemens等多家公司推出了多種傳感器檢測(cè)產(chǎn)品，即增加了CO傳感器或紅外傳感器，以增強(qiáng)煙霧和溫度傳感器的多種檢測(cè)功能。第二種是空氣采樣煙霧檢測(cè)技術(shù)：首先是空氣采樣，然后快速識(shí)別空氣中的易燃顆粒，各種聚合物分子和煙霧顆粒。這項(xiàng)技術(shù)不僅在國(guó)外引起了廣泛的關(guān)注，而且首先在中國(guó)已經(jīng)成熟。此外，由UTCFire＆SecurityCo.，Ltd.提出的BP的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在美國(guó)，這是非常先進(jìn)的。（2）在歐洲和澳大利亞等國(guó)家/地區(qū)，并行使用空氣采樣技術(shù)和多種激光技術(shù)以及無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)[3]，以將無(wú)線設(shè)備可靠地連接到系統(tǒng)的上層和下層計(jì)算機(jī)，以實(shí)現(xiàn)更好的無(wú)線通信，監(jiān)視和預(yù)警功能有線報(bào)警系統(tǒng)。另外，在算法方面，還提出了一種基于功率譜密度的處理算法，以使電火信號(hào)的處理更加準(zhǔn)確。（3）除了歐美等國(guó)許多用于火災(zāi)預(yù)警的研究方法外，紅外可燃?xì)怏w的探測(cè)技術(shù)也已成為國(guó)外的主要研究技術(shù)之一。為了降低誤報(bào)率，由意大利Senster公司開(kāi)發(fā)的“S”系列紅外氣體探測(cè)器在輸出端配備了兩個(gè)獨(dú)立的傳感器，解決了火警誤報(bào)率高的問(wèn)題。另外，視頻煙霧探測(cè)技術(shù)[4]已逐漸進(jìn)入國(guó)外市場(chǎng)。該技術(shù)首先從相機(jī)收集圖像，然后將其傳遞到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行分析。一旦出現(xiàn)大量煙霧，系統(tǒng)將通過(guò)數(shù)字圖像技術(shù)識(shí)別并發(fā)出警報(bào)。盡管上述技術(shù)和產(chǎn)品廣泛用于海外市場(chǎng)，但是它們?nèi)匀皇艿健熬妗钡南拗?。因此，為防止電火，必須從源頭上控制電火的隱患，以確保人民生命財(cái)產(chǎn)安全。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)在電氣火災(zāi)監(jiān)控這方面雖然早就有過(guò)研究，但對(duì)電氣火災(zāi)預(yù)警[5]的研究起步比較晚，比國(guó)外相對(duì)滯后。國(guó)內(nèi)對(duì)電氣火災(zāi)預(yù)警的研究現(xiàn)狀可分為4個(gè)階段[6]：（1）分立元件階段：雖能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能，但系統(tǒng)反應(yīng)速度慢，無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)警要求。（2）多線制開(kāi)關(guān)量式階段：該階段探測(cè)器與系統(tǒng)控制器之間對(duì)應(yīng)連接，可實(shí)現(xiàn)對(duì)小型火災(zāi)監(jiān)控預(yù)警，但布線量大，安裝維護(hù)復(fù)雜，可靠性也較低。（3）總線制階段[7]：該階段探測(cè)器與系統(tǒng)控制器總線相連接，加上微處理器的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)備的控制及故障檢測(cè)等復(fù)雜功能。（4）數(shù)字式分布階段：該階段系統(tǒng)在報(bào)警方面引入數(shù)字量，并且探測(cè)器敏感度可任意設(shè)置，不僅能對(duì)故障進(jìn)行智能分析，還增強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性。對(duì)于以上4個(gè)階段的不斷探索和研究，國(guó)內(nèi)已經(jīng)掌握電氣火災(zāi)預(yù)警的主要技術(shù)并逐步進(jìn)入成熟期。研究相對(duì)成熟的高校有浙江大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)、華中科技大學(xué)等院校。其中，設(shè)在中國(guó)科技大學(xué)的“火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”，是我國(guó)唯一一個(gè)從事火災(zāi)科學(xué)基礎(chǔ)研究的實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室不僅在火災(zāi)預(yù)警領(lǐng)域有很多研究成果，而且每年都召開(kāi)高端學(xué)術(shù)會(huì)議，成為我國(guó)火災(zāi)預(yù)警研究領(lǐng)域的先鋒。從上世紀(jì)八十年代初期[8]，人們對(duì)電氣火災(zāi)監(jiān)控的研究在不斷探索中前進(jìn)。國(guó)標(biāo)規(guī)定的監(jiān)控系統(tǒng)探測(cè)設(shè)備涉及到兩類(lèi)電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器，但在實(shí)際操作過(guò)程，當(dāng)采取二級(jí)/三級(jí)配電保護(hù)時(shí)，通常是在總箱、支線首端或線路末端安裝剩余電流保護(hù)裝置，但該方法具有誤動(dòng)作的缺點(diǎn)，探測(cè)器在過(guò)載狀態(tài)下無(wú)法動(dòng)作，且線路老化也會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作等問(wèn)題，這就導(dǎo)致實(shí)際報(bào)警過(guò)程中的報(bào)警效果和探測(cè)效果不達(dá)標(biāo)。進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)逐漸認(rèn)識(shí)到電氣火災(zāi)尤其是漏電流引發(fā)的電氣火災(zāi)的危害，所以國(guó)家陸續(xù)出臺(tái)了電氣防火領(lǐng)域的多個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范[9]，如《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、《電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)》等。極大促進(jìn)了我國(guó)電氣防火技術(shù)的發(fā)展并推出了種類(lèi)多樣的漏電火災(zāi)報(bào)警裝置。隨著傳感器技術(shù)、電子通訊技術(shù)以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，西安交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等院校在基于紅外溫度傳感器的非接觸測(cè)量技術(shù)方面取得了較大發(fā)展。在應(yīng)用方面，吉林市吉隆光電儀器有限責(zé)任公司研制的在線式紅外溫度探測(cè)器，不僅對(duì)電力系統(tǒng)領(lǐng)域的火災(zāi)故障識(shí)別具有很好的準(zhǔn)確性，而且此項(xiàng)成果填補(bǔ)了該領(lǐng)域的技術(shù)空白。并且該公司的電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)為吉林熱電廠、哈爾濱熱電廠、本溪鋼鐵公司、等單位多次成功預(yù)警，避免了電氣火災(zāi)事故的發(fā)生，為企業(yè)創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前國(guó)內(nèi)研究電氣火災(zāi)的幾種常用技術(shù)和方法包括以下幾點(diǎn)：（1）臘片試溫法或變色漆法該方法通過(guò)放置試溫蠟片或者涂變色漆的操作，對(duì)電氣設(shè)備接點(diǎn)是否出現(xiàn)故障作出判斷，如果各電氣設(shè)備溫度值正常，說(shuō)明該接點(diǎn)接觸良好。其優(yōu)點(diǎn)是可以提前感應(yīng)險(xiǎn)情；缺點(diǎn)是局限性大，操作復(fù)雜。（2）傳統(tǒng)接觸式測(cè)溫法該方法采用傳統(tǒng)接觸式溫度傳感器測(cè)溫，并向數(shù)據(jù)接收器發(fā)送無(wú)線信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)是感應(yīng)靈敏，能遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)；缺點(diǎn)是傳感器只能安裝在電氣設(shè)備等表面，無(wú)法探測(cè)內(nèi)部故障。（3）故障電弧探測(cè)技術(shù)該技術(shù)主要針對(duì)電氣線路故障，通過(guò)小波變換對(duì)電流信號(hào)中的奇異性點(diǎn)進(jìn)行分析，達(dá)到監(jiān)測(cè)線路電弧的目的。優(yōu)點(diǎn)是對(duì)線路系統(tǒng)內(nèi)部的故障點(diǎn)有效的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；缺點(diǎn)是對(duì)電弧瞬間產(chǎn)生的高溫監(jiān)測(cè)具有滯后性。（4）電子鼻技術(shù)該技術(shù)利用仿生學(xué)原理，通過(guò)電化學(xué)傳感器陣列和識(shí)別裝置，達(dá)到氣味識(shí)別的功能。優(yōu)點(diǎn)是不僅具有識(shí)別復(fù)雜氣味的功能，而且響應(yīng)時(shí)間短；缺點(diǎn)是對(duì)算法及傳感器信號(hào)的預(yù)處理方面要求較高。（5）紅外熱像技術(shù)該技術(shù)首先對(duì)電氣設(shè)備的溫度進(jìn)行了采集，然后生成溫度分布熱像圖并傳遞給信號(hào)處理電路，最終發(fā)送給計(jì)算機(jī)終端處理并以圖像形式顯示在監(jiān)控畫(huà)面上。優(yōu)點(diǎn)是不受電磁干擾，能及時(shí)給出溫度信息，有效預(yù)防電氣設(shè)備、電纜高溫?zé)峁收系陌l(fā)生；缺點(diǎn)是監(jiān)控距離短，成像后的對(duì)比度低且價(jià)格昂貴。（6）紅外傳感器技術(shù)該技術(shù)利用紅外輻射原理，將探測(cè)到的紅外信號(hào)經(jīng)放大等處理后，最終傳送給控制器并顯示。優(yōu)點(diǎn)是電路制作簡(jiǎn)單，目標(biāo)物體的真實(shí)溫度易于計(jì)算；缺點(diǎn)是受光線影響大，測(cè)距能力差。（7）其他檢測(cè)技術(shù)目前人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展，并與現(xiàn)代電氣火災(zāi)檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，使得檢測(cè)技術(shù)變的更準(zhǔn)確、更可靠。而后，隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，日本科學(xué)家提出了通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中前饋網(wǎng)絡(luò)和反向傳播來(lái)探測(cè)光、電、溫度以及氣體的算法。隨著模糊控制技術(shù)的發(fā)展，研究人員研制出基于模糊邏輯算法的新型感煙探測(cè)器。隨著DSP技術(shù)越來(lái)越多的運(yùn)用到電氣防火領(lǐng)域，科學(xué)家提出了一種基于數(shù)字圖像處理的電氣火災(zāi)探測(cè)器，主要通過(guò)火災(zāi)熱特性和火焰圖像特點(diǎn)，達(dá)到電氣火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)狀況監(jiān)控預(yù)警的目的。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)及硬件選型2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)主控采用西門(mén)子S7-300PLC[10]，如圖4-1所示為系統(tǒng)總體流程圖。當(dāng)出現(xiàn)火警信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)使用溫度，煙霧和其他傳感器來(lái)判斷是否存在危險(xiǎn)情況。一旦發(fā)生危險(xiǎn)情況，信號(hào)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(hào)的位置。當(dāng)出現(xiàn)并檢測(cè)到火災(zāi)信號(hào)時(shí)，它將立即發(fā)出警報(bào)。一方面，聽(tīng)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(xiǎn)狀況，并立即檢查是否存在錯(cuò)誤。相應(yīng)地對(duì)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(hào)時(shí)，人體的紅外傳感器會(huì)自動(dòng)開(kāi)始檢測(cè)人的位置，同時(shí)，將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送實(shí)時(shí)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(shí)具有MPI協(xié)議功能，但尚無(wú)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(guò)建筑網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將PLC，觸摸屏和計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，形成一個(gè)以太網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)信息的無(wú)阻礙傳輸。計(jì)算機(jī)可以使用配置軟件更好地監(jiān)視整個(gè)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(shí)時(shí)溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，若溫度變化異常，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行預(yù)報(bào)警，提前提醒觀測(cè)人員，觀測(cè)人員可調(diào)出預(yù)報(bào)警處的監(jiān)控系統(tǒng)，檢測(cè)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(jì)主控單元采用的是西門(mén)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(cè)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(hào)硬件名稱(chēng)型號(hào)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(hào)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(jì)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(shí)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(hào)槽為CPU模塊，CPU內(nèi)的元件封裝在一個(gè)牢固而緊湊的塑料機(jī)殼內(nèi)，面板上有模式選擇開(kāi)關(guān)，通信接口和狀態(tài)提示LED燈。本設(shè)計(jì)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(guò)編程軟件對(duì)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(guò)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(shí)，可復(fù)位存儲(chǔ)器，使CPU回到初始狀態(tài)。本設(shè)計(jì)選用的CPU313C，包含5個(gè)模擬量輸入點(diǎn)、2個(gè)模擬量輸出點(diǎn)、24個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)和16個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)。圖2.5CPU模塊2.2.3數(shù)字量模塊S7-300PLC的3號(hào)槽是接口模塊，由于本設(shè)計(jì)不需要擴(kuò)展機(jī)架，同時(shí)機(jī)架導(dǎo)軌在現(xiàn)實(shí)中是不存在物理槽位的，此時(shí)3號(hào)槽仍然被實(shí)際上并不存在的接口模塊所占用，所以CPU模塊與4號(hào)槽的模塊是緊挨在一起的。本設(shè)計(jì)用了4、5兩個(gè)槽位，如圖2.6所示：數(shù)字量輸入模塊SM321共有16個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)，置于4號(hào)槽；數(shù)字量輸出模塊SM322共有32個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，置于5號(hào)槽。圖2.6SM321和SM322模塊2.2.4觸摸屏本設(shè)計(jì)采用的觸摸屏是西門(mén)子公司的TP700系列，如圖2.7所示：TP700具有高分辨率、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，采用WindowsCE系統(tǒng)，且擁有兩個(gè)USB接口，可接入鼠標(biāo)，鍵盤(pán)，優(yōu)盤(pán)等外部設(shè)備，能使操作者擁有更加智能的操作體驗(yàn)。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(jì)中溫度傳感器采用Pt100溫度傳感器[11]，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(hào)。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(cè)單元、信號(hào)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(hào)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(cè)量范圍是4-20mA，對(duì)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(gè)接線點(diǎn)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(gè)溫度傳感器，在PLC上的輸出點(diǎn)分別是PIW752、PIW754、PIW756、PIW758。當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，Pt100溫度傳感器測(cè)得溫度通過(guò)溫度變送器轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)傳到PLC，經(jīng)過(guò)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(guò)設(shè)定值，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。2.2.6煙霧傳感器模塊本設(shè)計(jì)中煙霧傳感器采用MQ-2氣體傳感器[12]。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(shí)，就會(huì)導(dǎo)致傳感器的電導(dǎo)率變大，一旦超過(guò)設(shè)定值，管腳就會(huì)輸出高電平，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。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(hào)，為了使輸出的模擬量信號(hào)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(shí)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(hào)，進(jìn)而觸發(fā)內(nèi)部的程序的運(yùn)行。同時(shí)，煙霧傳感器模塊上還有一個(gè)旋鈕，可根據(jù)自己的需求來(lái)扭動(dòng)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(cè)建筑物房間內(nèi)人員的具體位置，本設(shè)計(jì)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(cè)到人體紅外輻射及溫度時(shí)，傳感器內(nèi)部就會(huì)釋放電荷，經(jīng)電路檢測(cè)后，一旦房間內(nèi)有人，電路信號(hào)就會(huì)傳給系統(tǒng)并報(bào)警。而火焰產(chǎn)生的則是1-2um的近紅外波長(zhǎng)，這正好區(qū)別人與火焰發(fā)出的紅外波長(zhǎng)，很好的保證了探測(cè)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(cè)范圍時(shí)，傳感器就會(huì)輸出高電平。當(dāng)檢測(cè)到高電平以后，會(huì)觸發(fā)繼電器線圈閉合，使PLC接收到數(shù)字量輸入信號(hào)，繼而觸發(fā)內(nèi)部的程序的運(yùn)行。為了使輸出的信號(hào)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(duì)指示燈做了簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，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(kāi)觸點(diǎn)閉合時(shí)，其中一個(gè)指示燈燈亮指示逃生出口；當(dāng)常閉觸點(diǎn)閉合時(shí)，另一個(gè)指示燈亮；發(fā)生火災(zāi)時(shí)，PLC經(jīng)過(guò)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2.3本章小結(jié)本章主要是系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)以及硬件選型。其中，下位機(jī)主要選用S7-300PLC中的CPU313C作為主控單元，并對(duì)主控單元進(jìn)行I/O點(diǎn)設(shè)置。主要包括以下內(nèi)容：（1）系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)：采用西門(mén)子PLC，構(gòu)建了一個(gè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，即通過(guò)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(guò)建筑網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將PLC、觸摸屏和電腦相連接，構(gòu)成一個(gè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息的無(wú)障礙傳遞。同時(shí)通過(guò)電腦與組態(tài)軟件的連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警；（2）硬件選型：選用西門(mén)子系列S7-300PLC，能有效地滿(mǎn)足和自適應(yīng)電氣火災(zāi)預(yù)警的任務(wù)。觸摸屏則選用西門(mén)子公司的TP700系列，TP700的高性能的觸摸屏以及高分辨率顯示，使操作人員具有更加舒適的視覺(jué)體驗(yàn)。探測(cè)系統(tǒng)則由Pt100溫度傳感器、MQ-2氣體傳感器、HC-SR501人體紅外傳感器等構(gòu)成，并在電腦組態(tài)界面上顯示電氣火災(zāi)信號(hào)出現(xiàn)的位置。通過(guò)以上方案設(shè)計(jì)與硬件選型，不僅能有效的為電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)提供整體思路，而且為下文軟件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試打下良好的基礎(chǔ)。3電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1軟件設(shè)計(jì)原則軟件設(shè)計(jì)是本文的重要組成部分之一，對(duì)硬件系統(tǒng)、監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)乃至整個(gè)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(cè)系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)采集功能則由下位機(jī)PLC來(lái)完成[13]。因此，本文提出以下設(shè)計(jì)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(shí)施過(guò)程中難度較大。因此，對(duì)電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)尤為重要。在傳感器探測(cè)系統(tǒng)方面，各硬件與PLC連接時(shí)，信號(hào)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(lái)保證信號(hào)的可靠傳輸。此外，本文對(duì)BP算法進(jìn)行改進(jìn)，提出基于模糊的改進(jìn)BP算法，通過(guò)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(jiǎn)潔：本設(shè)計(jì)采用西門(mén)子Step7軟件進(jìn)行編程。該軟件對(duì)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(kù)中直接定義子程序。對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行編譯時(shí)，也可以調(diào)用子程序，操作起來(lái)直觀易懂，同時(shí)對(duì)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(mén)子313C，雖然具有MPI協(xié)議功能，但沒(méi)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(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將PLC、觸摸屏和電腦相連接，構(gòu)成一個(gè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息的無(wú)障礙傳遞。4.監(jiān)控便捷：本設(shè)計(jì)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(kù)上具有很大的優(yōu)勢(shì)，能直接調(diào)用圖形，根據(jù)不同用戶(hù)的需求加載更多的圖形，而且畫(huà)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(guò)該設(shè)計(jì)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(bào)警信號(hào)，達(dá)到了較好的預(yù)警目的。通過(guò)以上設(shè)計(jì)原則，本文針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)以及PLC的特點(diǎn)，進(jìn)行了軟件系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)核心程序設(shè)計(jì)、上位機(jī)設(shè)計(jì)、觸摸屏設(shè)計(jì)以及各系統(tǒng)的通訊設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)不僅能使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，而且對(duì)實(shí)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(jì)流程圖：圖3.1軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖如上圖所示，系統(tǒng)開(kāi)機(jī)運(yùn)行后會(huì)進(jìn)行自檢，自檢通過(guò)后，一方面進(jìn)行程序的編譯，另一方面?zhèn)鞲衅魈綔y(cè)系統(tǒng)與PLC可靠連接[14]。當(dāng)完成硬件連接和編程后，就可以運(yùn)行程序，通過(guò)設(shè)定的程序來(lái)判定是否有電氣故障發(fā)生，一旦有險(xiǎn)情信號(hào)出現(xiàn)，探測(cè)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)探測(cè)到信號(hào)傳給PLC，并在組態(tài)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)報(bào)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(dòng)主電源，主電源啟動(dòng)后，系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，這時(shí)會(huì)在組態(tài)軟件上對(duì)溫度、煙霧等故障點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)[15]，并通過(guò)探測(cè)系統(tǒng)對(duì)溫度、煙霧等值測(cè)量，如果各項(xiàng)指標(biāo)超過(guò)程序預(yù)先設(shè)定的閾值，系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警，并作出相應(yīng)處理，為電氣火災(zāi)搶險(xiǎn)救災(zāi)節(jié)約了時(shí)間。3.2西門(mén)子S7-300PLC核心程序設(shè)計(jì)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(cè)系統(tǒng)的良好通訊與連接[16]，程序設(shè)計(jì)更是整個(gè)系統(tǒng)不可或缺的一部分，一個(gè)程序設(shè)計(jì)的是否科學(xué)直接關(guān)系到整個(gè)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[17]，該軟件不僅操作簡(jiǎn)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(diǎn)。當(dāng)程序發(fā)生故障時(shí)，我們可以通過(guò)監(jiān)控FC1塊來(lái)迅速判斷是哪個(gè)IO點(diǎn)出了問(wèn)題，并到對(duì)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(dòng)與停止程序及FB1塊到FB5塊，同時(shí)還有啟動(dòng)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(cè)量，用FC105來(lái)測(cè)量溫度；FB3塊為一樓指示燈系統(tǒng)；FB4塊為紅外探測(cè)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(duì)應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊。圖3.3PLC程序塊3.2.1S7-300PLC的I/O點(diǎn)設(shè)置由于本設(shè)計(jì)所用的數(shù)字量輸入輸出點(diǎn)較多，為了更好地在上位機(jī)實(shí)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(diǎn)的預(yù)留，方便以后硬件以及相關(guān)程序，整個(gè)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(shí)擴(kuò)展了兩個(gè)數(shù)字量輸出SM322模塊[18]，其中第一個(gè)數(shù)字量輸出SM322模塊有32個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，另一個(gè)有16個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)。如圖5-4所示為PLC的I/O點(diǎn)分配圖：圖3.4PLCI/O點(diǎn)分配圖其中數(shù)字量輸入點(diǎn)I0.0至I1.6依次為啟動(dòng)、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(dòng)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(diǎn)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(diǎn)Q0.0至Q0.6依次為設(shè)備運(yùn)行、報(bào)警A204、報(bào)警B211、報(bào)警C203、報(bào)警A110、主電源、指示燈照明；第一個(gè)數(shù)字量輸出SM322模塊的數(shù)字量輸出點(diǎn)Q0.7至Q3.3為指示燈1至指示燈21。另一個(gè)SM322模塊上的數(shù)字量輸出點(diǎn)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(jì)為了達(dá)到預(yù)防電氣火災(zāi)的目的，本文針對(duì)電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)溫度、煙霧、漏電流等故障點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和程序編寫(xiě)。如圖3.5所示，以溫度監(jiān)測(cè)為例：當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，把溫度所設(shè)定的報(bào)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(guò)上位機(jī)來(lái)進(jìn)行修改，當(dāng)PLC重新上電時(shí)溫度報(bào)警值會(huì)重新恢復(fù)到PLC的初始溫度報(bào)警值。同時(shí)通過(guò)變送器把4—20mA電流信號(hào)給PLC通過(guò)FC105轉(zhuǎn)換成實(shí)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(diǎn)的部分程序設(shè)計(jì)，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(cè)程序如圖3.6所示，當(dāng)房間內(nèi)實(shí)時(shí)溫度或煙霧等值達(dá)到所設(shè)定的報(bào)警值，即滿(mǎn)足其中一個(gè)條件時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警，并且應(yīng)急電源會(huì)啟動(dòng)，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(mǎn)足，系統(tǒng)也會(huì)繼續(xù)報(bào)警，直到按下復(fù)位鍵。進(jìn)行復(fù)位后，會(huì)停止報(bào)警，并且應(yīng)急電源關(guān)閉，主電源會(huì)重新啟動(dòng)。圖3.6故障點(diǎn)部分報(bào)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(gè)管腳定義如下：IN——模擬量模塊的輸入量地址；HI_LIM——現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的最大量程值；LO_LIM——現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的最小量程值；BIPOLA——極性設(shè)置，當(dāng)房間A204現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)為有極性信號(hào)（例如-10V—+10V)，即輸出為1，如果現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)為無(wú)極性信號(hào)（例如4mA—20mA），則輸出為0；OUT為現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)值，信號(hào)類(lèi)型為實(shí)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[19]程序的設(shè)計(jì)，PLC給每個(gè)房間分配4個(gè)寄存器，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，每個(gè)寄存器的數(shù)值都會(huì)往下傳遞，并讀入新的實(shí)時(shí)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(jì)3.3.1一樓調(diào)試畫(huà)面圖3.9一樓調(diào)適畫(huà)面如圖3.9所示，是整個(gè)系統(tǒng)中的一樓調(diào)試畫(huà)面。眾所周知，消防系統(tǒng)對(duì)于穩(wěn)定性的要求非常的高，而真正啟動(dòng)消防系統(tǒng)的概率又非常小，大部分時(shí)間內(nèi)整個(gè)消防系統(tǒng)都是處于一個(gè)休眠狀態(tài)，如何保證在其設(shè)備不運(yùn)行的時(shí)候還能保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，這是業(yè)界的一個(gè)難題。為此本文專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)出一個(gè)調(diào)試界面，將一樓整個(gè)建筑面積以房間的形式劃分為若干個(gè)區(qū)域，并且對(duì)房間進(jìn)行編號(hào)，通過(guò)號(hào)碼按鈕的觸發(fā)來(lái)模擬各個(gè)區(qū)域是否有電氣火災(zāi)險(xiǎn)情出現(xiàn)，引導(dǎo)程序來(lái)運(yùn)行報(bào)警與消防智能預(yù)警的程序，繼而觸發(fā)各個(gè)硬件設(shè)備。通過(guò)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(duì)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(gè)重要數(shù)據(jù)。因此，對(duì)溫度的采集與顯示則是十分必要的。溫度監(jiān)控界面對(duì)整個(gè)一樓房間變電箱的溫度進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，本設(shè)計(jì)由于成本考量，只是對(duì)A110，A204，B211和C203這四個(gè)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(guò)溫度等參數(shù)的顯示，能夠很好的去推測(cè)各個(gè)房間的現(xiàn)有的環(huán)境，提前預(yù)測(cè)火情。3.3.3參數(shù)設(shè)置界面圖3.11溫度報(bào)警值界面如圖3.11所示，為溫度報(bào)警值設(shè)置界面。在中國(guó)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(gè)溫度報(bào)警值，則具有很大的缺陷。溫度值報(bào)警設(shè)置界面則可以輸入自己想要的溫度報(bào)警值，輸入完以后，輸入的參數(shù)則自動(dòng)讀入到PLC程序當(dāng)中，溫度報(bào)警值改變?yōu)檩斎胫担⑶伊⒓瓷?，更好的適應(yīng)整個(gè)環(huán)境，提高了整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)的柔性。同時(shí)，這類(lèi)型的參數(shù)十分重要，為了防止非專(zhuān)業(yè)人員的誤操作，本文加入了密碼驗(yàn)證操作，進(jìn)行修改的時(shí)候，必須先輸入賬號(hào)和密碼，兩個(gè)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(shí)現(xiàn)無(wú)障礙的信息交換，必須使每一個(gè)變量一一對(duì)應(yīng)。下圖為整個(gè)設(shè)計(jì)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(gè)變量對(duì)應(yīng)著唯一的一個(gè)變量值地址，通過(guò)以太網(wǎng)協(xié)議，PLC與觸摸屏通過(guò)這唯一的地址交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)觸摸屏對(duì)PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控。3.4本章小結(jié)本章構(gòu)建了基于S7-300PLC和組態(tài)軟件Kingview6.55的電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)由上位機(jī)組態(tài)軟件進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和管理,具體硬件探測(cè)系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)采集等功能則由下位機(jī)PLC來(lái)完成，具體包括PLC核心程序設(shè)計(jì)和通訊設(shè)計(jì)，其中程序設(shè)計(jì)應(yīng)用step7編程軟件對(duì)啟動(dòng)停止、溫度、煙霧等程序塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)觸摸屏的設(shè)計(jì)，應(yīng)用Winccflexible軟件對(duì)調(diào)試畫(huà)面以及監(jiān)控畫(huà)面進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且選用工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，使各個(gè)設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙與良好的通訊，一旦出現(xiàn)火災(zāi)信號(hào)，系統(tǒng)將提醒人員險(xiǎn)情出現(xiàn)并做出相應(yīng)處理，達(dá)到了較好的預(yù)警目的。4系統(tǒng)聯(lián)合測(cè)試與分析為了進(jìn)一步驗(yàn)證電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本設(shè)計(jì)除以上模擬仿真外，還對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)合測(cè)試與分析。由于上文已經(jīng)對(duì)整個(gè)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(jì)，因此，本章在實(shí)測(cè)時(shí)，主要闡述測(cè)試設(shè)計(jì)思路和測(cè)試結(jié)果分析，具體參數(shù)以及通訊方式等設(shè)置只作簡(jiǎn)單介紹。4.1測(cè)試思路設(shè)計(jì)本文針對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)條件，對(duì)聯(lián)合調(diào)試部分的設(shè)計(jì)思路步驟如下：首先是Step7編程軟件與PLC的通訊設(shè)計(jì)；然后對(duì)組態(tài)王監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行步驟闡述與畫(huà)面測(cè)試；最后是對(duì)觸摸屏的設(shè)計(jì)。通過(guò)這三部分的設(shè)計(jì)，能很好的實(shí)現(xiàn)上位機(jī)、下位機(jī)以及整個(gè)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(jì)本設(shè)計(jì)采用MPI轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊[20]來(lái)實(shí)現(xiàn)編程軟件Step7與PLC之間的通訊[21]。首先單擊選項(xiàng)—設(shè)置PG/PC接口，然后選擇ETH-AUTO。如圖4.1所示：?jiǎn)螕魧傩赃M(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(diǎn)擊在線測(cè)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(kāi)IE瀏覽器，輸入http：//22，點(diǎn)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(duì)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(duì)溫度、煙霧等故障點(diǎn)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(jì)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(kù)，可以對(duì)各房間變電箱溫度等參數(shù)進(jìn)行記錄，本設(shè)計(jì)將時(shí)間定為每6秒自動(dòng)插入一次記錄，點(diǎn)擊“查詢(xún)記錄”，可以查詢(xún)插入的記錄。當(dāng)滿(mǎn)足以下三種條件其中一條時(shí)便會(huì)觸發(fā)報(bào)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(bào)警，則頁(yè)面會(huì)自動(dòng)跳入報(bào)警房間所在樓層，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行報(bào)警，提示觀測(cè)人員有險(xiǎn)情發(fā)生，觀測(cè)人員可打開(kāi)監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行查驗(yàn)報(bào)警房間變電箱溫度值是否過(guò)高。報(bào)警發(fā)生時(shí)，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(dòng)。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(shí)驗(yàn)室或不同的季節(jié)，還可以輸入不同的報(bào)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(hù)才可以進(jìn)行改變。4.1.3觸摸屏網(wǎng)絡(luò)通訊本設(shè)計(jì)為了更好的使各個(gè)設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙與友好的通訊，選擇的是工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議[22]。由于消防行業(yè)是一個(gè)特種行業(yè)，對(duì)系統(tǒng)與通訊[23]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(mǎn)足了這一點(diǎn)。同時(shí)，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(duì)TP700PLC的IP地址設(shè)為9，對(duì)西門(mén)子300PLC的IP地址設(shè)為00，使其處于同一個(gè)網(wǎng)段上，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通訊。通過(guò)這種做法，既滿(mǎn)足了對(duì)以太網(wǎng)通訊的物理通道需求，同時(shí)還節(jié)約了成本，有效的提高了系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。圖4.5通訊設(shè)置4.2實(shí)測(cè)結(jié)果與分析本文設(shè)計(jì)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(shí)際應(yīng)用則更為重要。由于試驗(yàn)條件限制，只對(duì)上述部分參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。漏電流等其他測(cè)試采取上文中設(shè)置的點(diǎn)位報(bào)警來(lái)模擬，燈亮表示電氣火災(zāi)故障。具體實(shí)測(cè)過(guò)程如下：當(dāng)PLC上電后，啟動(dòng)主電源（只有在應(yīng)急電源啟動(dòng)后主電源才會(huì)關(guān)閉）。系統(tǒng)運(yùn)行，這時(shí)會(huì)進(jìn)行溫度等測(cè)量，并傳到組態(tài)和觸摸屏上進(jìn)行顯示，通過(guò)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(hào)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(shí)[24]，系統(tǒng)正常監(jiān)控，不進(jìn)行報(bào)警，此時(shí)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(duì)房間變電箱漏電流進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警設(shè)計(jì)，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(dòng)跳入報(bào)警房間電源監(jiān)控界面并報(bào)警。通過(guò)以上實(shí)測(cè)，進(jìn)一步驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)在火災(zāi)沒(méi)發(fā)生或火災(zāi)初期具有針對(duì)性的預(yù)防作用，為人員疏散、財(cái)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(shí)測(cè)過(guò)程中，均按照國(guó)家《建筑設(shè)計(jì)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(shí)施[25]。在傳感器探測(cè)系統(tǒng)方面，各硬件與PLC連接時(shí)，信號(hào)傳輸存在不穩(wěn)定性[26]，本文在連接方式上采用加繼電器的做法來(lái)保證信號(hào)的可靠傳輸。此外，采用EHT-MPI轉(zhuǎn)換器將PLC的MPI協(xié)議轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)協(xié)議[27]，然后通過(guò)建筑網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將PLC、觸摸屏和電腦相連接，構(gòu)成一個(gè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息的無(wú)障礙傳遞，從而最大程度上避免了信號(hào)干擾等問(wèn)題。4.3本章小結(jié)本章針對(duì)上位機(jī)和下位機(jī)之間的通訊問(wèn)題和整個(gè)系統(tǒng)預(yù)警的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證，主要包括：（1）Step7編程軟件與PLC之間的通訊：采用MPI轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)編程軟件與PLC之間的通訊，實(shí)現(xiàn)了二者的無(wú)障礙連接,同時(shí)對(duì)程序的寫(xiě)入和識(shí)別的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證；（2）PLC、組態(tài)王等硬件的聯(lián)機(jī)實(shí)測(cè)：首先對(duì)PLC信號(hào)采集的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證，然后通過(guò)組態(tài)王進(jìn)行監(jiān)控，測(cè)試表明二者通信良好，在組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)中能有效的進(jìn)行報(bào)警。通過(guò)本章實(shí)測(cè)，進(jìn)一步驗(yàn)證了電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性，為實(shí)際火災(zāi)預(yù)警需求提供了較為科學(xué)的參考價(jià)值?？偨Y(jié)電氣火災(zāi)問(wèn)題已成為人們當(dāng)下普遍關(guān)注的問(wèn)題之一，傳統(tǒng)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)雖然在一定程度上實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)預(yù)警，但沒(méi)有形成子系統(tǒng)之間的信息共享，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，人們不能在火災(zāi)初期及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，這就可能導(dǎo)致重大電氣火災(zāi)的發(fā)生。針對(duì)該現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)了基于PLC的建筑配電電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)在組態(tài)監(jiān)控方面進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)與介紹，對(duì)大量硬件進(jìn)行了參數(shù)設(shè)置。通過(guò)實(shí)測(cè)，進(jìn)一步驗(yàn)證了該預(yù)警系統(tǒng)的可行性，為實(shí)際電氣火災(zāi)預(yù)警提供了較為科學(xué)的參考價(jià)值。（1）針對(duì)電氣火災(zāi)的常見(jiàn)故障進(jìn)行原因分析和機(jī)理介紹，通過(guò)對(duì)低壓配電系統(tǒng)的詳細(xì)闡述，得出短路、漏電、過(guò)負(fù)荷等故障對(duì)電氣火災(zāi)的影響；（2）下位機(jī)采用西門(mén)子S7-300PLC系列，通過(guò)EHT-MPI轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)信息傳輸。然后與溫度、煙霧等傳感器可靠連接，實(shí)現(xiàn)線路及設(shè)備的溫度、煙霧等參數(shù)的監(jiān)測(cè)，從而判斷各個(gè)故障點(diǎn)是否異常，做到了從“消”到“防”的轉(zhuǎn)變；本文通過(guò)仿真模擬與實(shí)測(cè)驗(yàn)證了電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的可行性與科學(xué)性，但由于試驗(yàn)條件的限制，僅對(duì)短路、漏電、煙霧等故障點(diǎn)監(jiān)測(cè)，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)所有故障點(diǎn)的監(jiān)測(cè)，并且系統(tǒng)穩(wěn)定性有待提高。在接下來(lái)的工作中，期望實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化，并與手持設(shè)備、AI等技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域協(xié)同合作，提升安全效能和實(shí)戰(zhàn)能力。參考文獻(xiàn)[1]程文彬,杜磊,劉依依.無(wú)線多傳感器數(shù)據(jù)融合的家庭火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電信科學(xué),2017,33(9):174-181.[2]王迅.建筑配電電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)研發(fā)[D].長(zhǎng)春工程學(xué)院,2015：7-12.[3]Fu-YuanMU,ZhangY.ResearchonKeyTechnologiesofRealTimeMonitoringandEarlyWarningSystemforFireSafety[J].ValueEngineering,2017.35(3):238-239.[4]YangW,MoS,LiangD,etal.DesignofElectricalFireSimulationTestSystem[J].BulletinofScience&Technology,2017,33(2).245-249.[5]郭冰陶,劉珊,劉強(qiáng),等.基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的智能火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀表,2016,31(2):29-32.[6]申彬彬.智能消防實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].湖南大學(xué),2014.2-3.[7]魏立明,陳曉旭,孫雪景,等.智能消防控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J].現(xiàn)代建筑電氣,