PLC在自动消防灭火系统中的应用完整版.doc

摘 要火灾报警系统主要包括探测、控制两部分。探测器探测其周围温度、烟的浓度，经A/D转换变成数字信息并传送给报警控制器，控制器将数字信息进行比较、判别，确认火警后发出声、光报警信号并启动联动模块。消防系统对遏制早期火灾也起到关键作用。本文主要介绍火灾探测的机理、消防系统的构成以及原理。简要介绍楼宇消防发展的历史、国内外发展的状况、楼宇消防系统组成及选题的背景及意义。讨论了火灾探测器的分类、探测原理及由此发展的各种火灾探刻器，可编程控制器的发展历史、特点、结构及基本原理等，还论述了PLC的特点。同时也介绍了楼宇消防PLC控制系统的构成、要求及设计方法。最后介绍了楼宇消防PLC控制系统的程序设计及实现。本系统将火灾报警系统及消防系统集成到一起，解决了消防自动报警系统与消防系统一直分离，难于统一控制的局面。本系统有着高可靠率、低故障的特点，能够基本满足楼宇消防系统的要求关键词：楼宇消防，控制系统，探测器，可编程控制AbstractA fire alarm system consists of two part: detecting unit and control system. The detector of the fire alarm system detects temperature and concentration of smoke and transmit them to an A/D converter. The control system compares the numeric data from an A/D converter, then make a decision of fire alarm .If the fire emerges, the control system starts up sound, light alarm and I/O unit.This dissertation introduces the fire detecting mechanism, the constitute and principle of fire alarm system. All text consists five chapters.Introduce the history of the development of building fire, the development of the situation at home and abroad, building fire system components and the background and significance of topics. AND the classification of fire detectors. More attentions are paid to the ion, optical and temperature detector. And the history of the development of programmable logic controller, characteristics, structure and the basic principles, but also discusses the characteristics of S7-200 PLC. Also discusses components of PLC control system of the building fire, requirements and design methods. At last discusses design and implementation of the procedures. of PLC control system of the building fire.The system integrates with fire alarm system and fire system。This is a system of high reliability, low failure rate, which is able to basically meet the requirements of building fire system.Key Words：Fire System , Control System, Detector, Programmable Logic ControllerPLC在自动消防灭火系统中的应用（一）自动灭火消防系统重要性及特点1.基于PLC控制的自动灭火消防系统的特点2.自动灭火消防系统设计的意义（二）硬件简介及系统方案的确定1.酒店仓库自动消防灭火区域划分2.基于PLC控制的自动灭火消防系统主要部件(三) 控制系统硬件设计及 PLC选择1PLC的介绍2PLC型号的选择（1）内存容量的选择3电源模块的选择（1）对电源的处理（2）安装布线的注意事项（四） PLC控制系统的软件设计1 PLC程序的控制要求2介绍编程方法思路及程序流程图和梯形图（1）程序流程图（2）系统梯形图3PLC程序说明（1）区域1自动报警灭火系统的启停（2）区域2自动报警灭火系统的启停（3）区域3自动报警灭火系统的启停（4）喷淋泵的启停（5）系统复位（6）限时程序(五)总结PLC在自动消防灭火系统中的应用 摘要：本文通过对自动灭火消防系统可行性分析：“自动灭火消防系统的容量大、探测对象多样化、区域模块化，对设计与维修有很大的方便；在本次自动灭火消防系统的设计中采用了先报警延时启动灭火系统的控制模式，减少了因早期的消防系统的误报给用户带来的损失；同时在本次控制系统的设计中还采用了烟雾传感器之间的互锁控制模式，这就避免了因烟雾在仓库中的扩散而引起其它区域的误报，减少了系统的误报率。充分的说明了消防安全对于建筑物和保护人们生命安全及财产的重要性关键词：火灾PLC自动灭火消防系统论文内容：火灾，作为一种具有突发性和强破坏性的灾害现象，严重危害人类生命财产安全和自然环境。据统计，在众多的灾种中，火灾造成的直接损失约为地震的5倍，仅次于干旱和洪涝，而火灾发生的频度则居于各灾种之首。千百年来，人类和火灾进行了长期的斗争，积累了许多防火、灭火的经验教训。随着社会的不断发展，人们对于火灾的认识不断加深，针对火灾初期不同特征的各种探测方法越来越多。人类逐步掌握了火的燃烧机理，燃烧条件和燃烧发展的过程，创造了各种各样防火、灭火的方法。在上世纪70年代后期，开始出现一门新兴的多学科交叉应用基础科学，火灾科学，其中心内容就是用现代高科技手段研究火灾发生、发展和防治的机理和规律，为火灾防治提供新的思想、理论和方法，使得人类对火灾的研究进入了科学化、系统化的轨道，并促进了防火、灭火技术的进步。（一）自动灭火消防系统重要性及特点1. 基于PLC控制的自动灭火消防系统的特点基于PLC控制的自动灭火消防系统反应快，由于采用火灾传感器探测火灾信号传递给PLC（中央控制器），PLC来控制系统的开启，从火灾传感器探测火灾信号传递给PLC（中央控制器），PLC来控制电磁阀的开启喷水灭火的时间短，其反应快。自动喷水灭火系统控制面积大，用水量大。由于电磁式喷头向系统保护区域同时喷水，能有效的控制住火灾，防止火灾蔓延，初期灭火用水量很大完善系统自身的可靠性。自动灭火消防系统将在发展中得到完善。一方面表现在，通过喷水灭火机理的研究，对不同火灾场所的火灾负荷，发展，蔓延过程，决定采用不同类型的喷水灭火方式。自动灭火消防系统中的自动喷水灭火装置，根据被保护建筑物的性质和火灾发生，发展特性的不同，可以有许多不同的系统形式。通常根据系统中所使用的喷头形式不同，分为闭式自动喷水灭火、开式自动喷水灭火。闭式自动灭火消防系统采用闭式喷头，它是一种常闭喷头，喷头的感温闭锁装置只有在预定的温度环境下才会脱落，开启喷头。因此，在发生火灾时，这种喷头灭火系统只有处于火焰之中或临近火源的喷头才会开启灭火。开式自动灭火消防系统采用的是开式喷头，开式喷头不带感温闭锁装置，处于常开状态。发生火灾时，火灾所处的系统保护区域的所有开启式喷头一起出水灭火。根据被保护建筑物的要求，闭式自动灭火消防系统还可以分为，湿式自动灭火消防系统，干式自动灭火消防系统，干湿式自动灭火消防系统，预作用自动灭火消防系统等形式；开式自动灭火消防系统，可分为雨淋系统，水幕系统等形式。（二）硬件简介及系统方案的确定教学楼是学院学生集中上课的场所，教学楼内来往学生教师较多，在其内部还有各种贵重设备、资料、文献等，所以一定要做好防火等工作。该楼共八层，三到八层为通用层，一层高5m，标准层为4m，总共34m。每层建筑面积为1084.43m2 。依据高层民用建筑防火设计规范，该建筑为二类建筑，耐火等级为二级。防火分区的划分教学楼共八层，其中三到八层为通用层，一二层高5m，标准层为4m，总共34m。每层建筑面积为1084.43m2 。依据火灾自动报警系统设计规范将其界定为二级保护对象。依据高层民用建筑防火设计规范，该建筑为二类建筑，耐火等级为二级。2.基于PLC控制的自动灭火消防系统主要部件基于PLC控制的自动灭火消防系统是由自动喷水灭火系统、自动报警系统、控制系统，这三个子系统组成。自动喷水灭火系统中包含管道系统、喷淋泵和各种给水开关，自动报警系统中包含报警器和各种电源装置，控制系统中包含可编程序控制器和各种开关。自动喷水灭火系统、自动报警系统、控制系统，这三个系统之间是通过线路系统联系在一起 ，自动喷水灭火系统的开启与关闭、自动报警系统的开启与关闭都是由控制系统通过其与各系统之间的控制线路来实现对其余两个子系统的控制。其主要部件及用途如表2-1所示。表2-1 系统主要部件及其用途编号名称用途1S7-200PLC中央控制器，控制整个系统2高位水箱存储初期用水3报警器发出音响、灯光等报警信号4喷淋泵为灭火系统提供灭火用水5感烟探测器感知火灾信号6感温探测器感知火灾信号7放水阀检修系统时放空系统中的水8进水管水源管9排水管末端试水装置排水10末端试水装置试验系统功能11开式喷头喷水灭火12压力表指示系统压力13水表计量末端试验装置出水量14过滤器过滤水中杂质15单项阀控制液体的单项流动16溢流阀控制系统的压力17水池存储火灾用水18电磁阀控制各区域喷水灭火系统中水流的开启与关闭自动灭火消防系统的开启过程：当各区域的火灾探测器，探测到火灾信号，通过线路将火灾信号传递给PLC，PLC接收到火灾信号后，根据其控制程序的要求，控制喷淋泵启动和与之相对应的区域电磁阀开启，电磁阀开启后，与之相对应区域的开式喷头喷水灭火。同时，在传感器失灵的情况下也可以按下各火灾区域的手动启动按钮，将该区域的启动信号传递给PLC，PLC在接收到火灾信号后，也可以控制喷淋泵启动和与之相对应的区域电磁阀开启，电磁阀开启后，开式喷头喷水灭火。自动灭火消防系统的开启过程：在按下各着火区域的关闭按钮和系统复位按钮后，自动灭火消防系统关闭并复位。(三) 控制系统硬件设计及 PLC选择1. PLC的介绍可编程序控制器（Programmable controller）简称PLC，由于PLC的可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单，所以PLC的应用领域在迅速扩大。对早期的PLC，凡是有继电器的地方，都可采用。而对当今的PLC几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC。尤其是近几年来，PLC的成本下降，功能又不段增强，所以，目前PLC在国内外已被广泛应用于各个行业。2PLC型号的选择选择合适的机型是PLC控制系统硬件配置的关键问题，目前，生产PLC的厂家很多，如西门子，三菱，松下，欧姆龙，LG，ABB公司等，不同厂家的PLC产品虽然基本功能相似，但有些特殊功能，价格及使用的编程指令和编程软件都不相同，而同一厂家生产的PLC产品又有不同系列，同一系列中又有不同的CPU型号，PLC的功能应强大，要具有开关量逻辑运算，定时，计数，数据处理等基本功能，鉴于本设计对控制速度要求不是很高，主要是开关量控制的应用系统。选用小型PLC就可满足要求。PLC的结构主要有整体式和模块式，本设计属于单机控制系统宜选用整体式PLC结构。综上所述比较各厂家的整体式小型PLC可知，西门子系列PLC具有性价比高、抗干扰能力强、性能稳定、输入输出点数多等优点。根据本系统的设计要求、工作环境、服务对象等方面考虑，西门子PLC完全可以满足本系统的设计要求。现在西门子PLC有S7-200、S7-300、S7-400三个系列，其中S7-300PLC、S7-400PLC是以S7-200PLC为基础发展而来的，成本比S7-200略高，且S7-200CPU226PLC完全可以满足本系统的设计要求，所以本次设计选用西门子S7-200CPU226PLC作为本系统的控制器。 根据控制要求和I/O点数确定I/O分配表如表3-1。根据I/O分配表画出PLC外部接线图如图3-1。喷淋泵的主电路接线图如图3-2输入输出符号地址功能描述符号地址功能描述HV1I0.0区域1感温探测器YV1Q0.0区域1电磁阀开关HV2I0.1区域1感温探测器HL1Q0.1区域1报警器HV3I0.2区域1感温探测器YV2Q0.2区域2电磁阀开关HA1I0.3区域1感烟探测器HL2Q0.3区域2报警器SB1I0.4区域1启动按钮YV3Q0.4区域3电磁阀开关SB2I0.5区域1关闭按钮HL3Q0.5区域3报警器HV4I0.6区域2感温探测器KM1Q0.6控制1号泵启停HV5I0.7区域2感温探测器KM2Q0.7控制2号泵启停HV6I1.0区域2感温探测器HA2I1.1区域2感烟探测器SB3I1.2区域2启动按钮SB4I1.3区域2关闭按钮HV7I1.4区域3感温探测器HV8I1.5区域3感温探测器HV9I1.6区域3感温探测器HA3I1.7区域3感烟探测器SB5I2.0区域3启动按钮SB6I2.1区域3启动按钮SB7I2.2系统复位按钮KSI2.3速度继电器表3-1 I/O分配表图3-1 PLC外部接线图S7-200CPU226PLC图3-2喷淋泵主电路图（1）内存容量的选择每个I/O点及有关功能元件占用的内存量大致为：开关量输入元件：1020B/点；开关量输出元件：510B/点；定时器/计数器：2B/个；通信接口： 一个接口一般需要300B以上。PLC容量的选择除满足控制要求外，还应留有适当的裕量，以做备用。根据经验，在选择存储容量时，一般按实际要求的1025考虑裕量。3 电源模块的选择（1）对电源的处理 电源模块的选择一般只需考虑输出电流，电流模块的额定输出电流必须大于机器模块，I/O模块等消耗电流的总和。选定的电源模块的输出功率必须大于CPU模块，所有I/O模块，各种智能模块等总消耗功率之和，并预留30的余量。（2）安装布线的注意事项电源往往是干扰进入PLC是主要途径。PLC系统的电源有两类：外部电源和内部电源。外部电源用来驱动PLC输出设备（负载）和提供输入信号，又称用户电源。同一台PLC的外部电源可能有多种。外部电源的容量与性能由输出负载和PLC的输入电路决定。内部电源是PLC的工作电源，既PLC内部电路的工作电源。他的性能好坏直接影响到PLC的可靠性。因此，为了保证PLC的正常工作，对内部电源有较高的要求。一般PLC的内部电源采用开关式稳压电源或一次侧带低通滤波器的稳压电源。动力部分、PLC以及I/O电源应分别配线。系统的动力线应足够粗，以降低大容量设备启动时引起的线路压降。PLC输入电路用外接直流电源时，最好采用稳压电源，以保证正确的输入信号，否则可能使PLC接收到错误的信号。I/O线与动力线及其他控制线应分开走线，并保持一定距离，尽量不要在同一线槽中布线,交流线与直流线、输入线与输出线最好也分开走线。 （四） PLC控制系统的软件设计1 PLC程序的控制要求系统电源接通以后，当区域1中如有一只传感器探测到火灾信号或按下启动按钮SB1，区域1的自动报警系统立即启动，灭火系统延时启动，向管理者提供火灾确认时间，如管理员在延时时间之内没有按下关闭按钮，系统将自动启动；按下关闭按钮SB2，区域1自动报警灭火系统关闭。系统电源接通以后，当区域2中如有一只传感器探测到火灾信号或按下启动按钮SB3，区域2的自动报警系统立即启动，灭火系统延时启动，向管理者提供火灾确认时间，如管理员在延时时间之内没有按下关闭按钮，系统将自动启动；按下关闭按钮SB4，区域2自动报警灭火系统关闭。系统电源接通以后，当区域3中如有一只传感器探测到火灾信号或按下启动按钮SB5，区域3的自动报警系统立即启动，灭火系统延时启动，向管理者提供火灾确认时间，如管理员在延时时间之内没有按下关闭按钮，系统将自动启动；按下关闭按钮SB6，区域3自动报警灭火系统关闭。在3个自动报警灭火区域中，如有一个区域的烟雾传感器首先发现发现烟雾信号，启动了该区域的自动报警灭火系统，那么其余两个区域的烟雾传感器在探测到火灾信号后，将不能启动该区域的自动报警灭火系统，避免因烟雾扩散而引起的错误报警与灭火。当3个自动报警灭火区域中，有一个或一个以上的自动报警区域被启动，1号喷淋泵将自动启动；当1号喷淋泵因故障停止运转时，速度继电器自动启动定时器，定时5秒后，2号喷淋泵自动启动。当按下复位按钮SB7，系统复位，恢复到初始状态。根据自动报警灭火系统的设计手册规定，自动报警灭火系统的连续工作时间不得超过1小时。2介绍编程方法思路及程序流程图和梯形图在该设计中主要采用基本位逻辑指令，中间继电器 ，定时器和加计数器通过一定的时序逻辑组合来完成本次的程序设计。依据程序控制要求，自动灭火系统监控程序即为三个程序的并联组合，且三个区域的烟雾传感器互锁，这就避免了因烟雾在仓库中的扩散而引起其它区域的误报警灭火整体程序简单而不繁琐，功能网络清晰。(1)程序流程图程序开始区域3有火灾区域1有火灾区域2有火灾 1号喷淋泵启动 区域2喷水灭火区域1喷水灭火区域2喷水灭火1号泵是否有故障2号喷淋泵延时5S启动 是 否 是否连续工 作满1小时1号泵继续运行 区域3报警系统立即启动30S后区域2报警系统立即启动30S后区域1报警系统立即启动30S后 是所有喷淋泵关闭 停止喷水灭火 否 按下关闭按钮与系统复位按钮 （2）系统梯形图 3PLC程序说明（1）区域1自动报警灭火系统的启停在该程序中，该区域自动报警灭火系统的启动由I0.0、I0.1、I0.2、I0.3或I0.4来实现，只要它们中间有一个闭合，该区域的报警系统(Q0.1)立即启动并自锁，同时启动一个30S的定时器（T37），定时时间到，灭火系统(Q0.0)启动；当该区域的烟雾探测器（I0.4）检测到火灾信号，它还会启动一个中间继电器线圈（M0.0）限制其余两个区域的烟雾传感器启动自己所探测区域的自动报警灭火系统；当按下停止按钮I0.5，该区域自动报警灭火系统关闭。（2）区域2自动报警灭火系统的启停在该程序中，该区域自动报警灭火系统的启动由I0.6、I0.7、I1.0、I1.1或I1.2来实现，只要它们中间有一个闭合，该区域的报警系统(Q0.3)立即启动并自锁，同时启动一个30S的定时器（T38），定时时间到，灭火系统（Q0.2）启动；当该区域的烟雾探测器（I1.1）检测到火灾信号，它还会启动一个中间继电器线圈（M0.1）限制其余两个区域的烟雾传感器启动自己所探测区域的自动报警灭火系统；当按下停止按钮I1.3，该区域自动报警灭火系统关闭。（3）区域3自动报警灭火系统的启停在该程序中，该区域自动报警灭火系统的启动由I1.4、I1.5、I1.6、I1.7或I2.0来实现，只要它们中间有一个闭合，该区域的报警系统(Q0.5)立即启动并自锁，同时启动一个30S的定时器（T39），定时时间到，灭火系统（Q0.4）启动；当该区域的烟雾探测器（I1.7）检测到火灾信号，它还会启动一个中间继电器线圈（M0.2）限制其余两个区域的烟雾传感器启动自己所探测区域的自动报警灭火系统；当按下停止按钮I2.1，该区域自动报警灭火系统关闭。（4）喷淋泵的启停 喷淋泵的启动由三个区域的灭火系统Q0.0、Q0.2、Q0.4来实现，只要它们中有一个被启动，其常开触点闭合，1号喷淋泵自动启动；当1号喷淋泵存在故障停止运转时，速度继电器（I2.3）将启动一个5S的定时器（T40），定时时间到，2号喷淋泵自动启动；当三个区域的灭火系统都没有被启动时Q0.0、Q0.2、Q0.4断开，输出线圈（Q0.6）关闭，1，2号泵都关闭。（5）系统复位 当按下复位按钮（I2.2），系统复位，各区域烟雾传感器所启动的中间继电器线圈M0.0、M0.1、M0.2关闭，烟雾传感器之间取消互锁，恢复其探测启动自己所控制的自动报警灭火系统的功能，这就避免了在火灾扑灭关闭相关的自动报警灭火系统之后，由于仓库中还存在烟雾，各区域烟雾传感器二次启动自己所属区域的自动报警灭火系统。（6）限时程序当1号喷淋泵（Q0.6）启动的同时，它将启动一个延时时间为5分钟的定时器（T41）,当延时时间到,T41将启动一个延时时间为5分钟的定时器（T42）和启动一个中间继电器线圈M0.6强行关闭定时器T41。因为灭火系统持续工作的时候Q0.6将保持得电闭合，T41只能强行关闭。当T42定时时间到，T42将启动下一个延时时间为5分钟的定时器（T43）并让自己失电；当T43定时时间到，T43将返回去启动T42