[电子电路]基于PLC的消防给水控制系统的设计

1、基于 plc 的消防给水控制系统的设计 【摘要】 本论文阐述了消防灭火系统的工作原理，针对传统的消防给水泵系统故障 率高、可靠性差、能源浪费严重等一系列问题，对控制系统进行改造。采用 plc 为控 制核心，具有安全、稳定、可靠而且灵活性强，达到了无伤害、安全的目的，提高了 灭火的效率。plc 控制方法为灭火系统技术的发展做好充分保障，大大降低了因误报而 带来的损失，具有很好的实用价值。 【关键词】灭火；消防给水；控制系统；plc 【abstract】 this paper described the fire extinguishing system works , the tradition

2、al fire pump system failure rate , poor reliability and serious waste of energy , such as a series of questions , to ransform the control system . the use of plc as the control core system with secure , stable, reliable and flexible , to no harm , and security purposes，improve the efficiency of fire

3、 fighting . plc control for the development of the fire extinguishing system technology to do a fully guaranteed, greatly educe the loss due to false positives , with a good practical value . 【key words】 fire-fighting；the fire water system；control system；plc 1 目录 第 1 章 绪论 .1 1.1 论文研究的意义.1 1.2 消防系统的发

4、展现状.1 1.3 消防灭火系统的分类.2 1.4 论文研究的主要内容.2 第 2 章 消防设施灭火控制系统 .4 2.1 消防灭火的结构组成 .4 2.2 消防灭火系统的控制原理.6 2.2.1 消防灭火的工作原理 .6 2.2.2 室内消火栓控制原理 .7 2.2.3 自动喷淋控制原理 .9 第 3 章 消防灭火系统的控制方案论证 .12 3.1 消防灭火系统的控制要求.12 3.2 系统控制方案的确定.12 3.3 plc 的介绍 .13 3.4 plc 消防灭火的控制系统模块 .13 第 4 章 消防灭火控制系统的硬件设计 .15 4.1 消防灭火控制系统设备配置.15 4.1.1 室

5、内消火栓控制系统的设备配置选型 .15 4.1.2 自动喷洒控制系统的设备配置选型 .15 4.2 plc 的选型 .16 4.3 外围电路的设计 .17 4.3.1 室内消火栓灭火系统的外围电路接线 .17 4.3.2 自动喷淋泵灭火系统外围电路接线 .18 4.4 抗干扰设计 .19 第 5 章 消防灭火系统控制的程序设计 .21 5.1 流程图.21 5.1.1 室内消火栓灭火系统的流程图 .21 5.1.2 自动喷淋灭火系统的流程图 .21 5.2 程序设计.23 5.2.1 室内消火栓消防泵程序设计 .23 2 5.2.2 自动喷水消防泵程序设计 .24 5.3 plc 程序调试 .

6、25 5.3.1 室内消火栓灭火系统程序调试 .25 5.3.2 自动喷淋灭火系统程序调试 .28 5.4 应用.30 结束语 .31 致谢 .32 参考文献 .33 1 第 1 章 绪论 1.1 论文研究的意义 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。据世界火灾统计中心及欧洲共同体研究测算，如火灾直接损失占国民经济 生产总值的 2，整个火灾的损失将占国民经济生产总值的 10以上。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。在我国，火灾危害之烈，损失之巨，不亚于地震和洪水的危害。千 百年

7、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。 随着经济的发展迫使更多智能建筑拔地而起，使现代建筑以多功能且安全性高而 著称，自动灭火消防系统是一种重要的灭火、报警措施。自动灭火消防系统设计是目 前世界上采用最广泛的一种固定灭火报警设施。自动灭火消防系统的控火灭火率很高， 更好的预防火灾的蔓延，对建筑物中的灭火具有很高的实用价值，而且随着科学的进 步，该系统的应用范围将会越来越广泛，系统可靠性和

8、控火灭火率也会相应提高。在 建筑的消防设施内安装该系统能够扑救建筑物初期火灾，保护财产安全，降低火灾损 失以及为抢救货物提供足够的时间并能及时报警。随着自动灭火消防系统的不断发展， 自动灭火消防系统大大的降低了火灾的危害性，把火灾给人们带来的经济损失将到了 最低，为确保人的生命及财产安全提供了保障。 1.2 消防系统的发展现状 智能建筑消防自动化技术经历了从简单到智能化的发展过程。第一台用于城镇建 筑物的火灾报警装置于 1852 年安装在美国波士顿。20 世纪 2030 年代发明了差温火灾 探测器；40 年代末期开始，瑞士物理学家开始研究离子感烟探测器；80 年代出现了模 拟量火灾探测器；90

9、 年代以来出现了无线火灾自动报警系统、空气样本分析系统，出 现了气体探测器、气味探测器和光纤火灾探测器。目前，智能建筑消防自动化技术正 在向模块化、智能化、网络化等方面发展。为了很好地继承消防自动化系统已经具备 的优良传统，智能区域控制器以下应不做大的变动。否则，将破坏本系统已具备统一 性、廉价性等优点。 消防系统与其它系统建立紧密联系是很有必要的，国外目前许多已经实施的楼宇 自控系统已不再把消防系统看作是一特殊的分系统，而是采用分布式控制方案构成有 机的整体。报警器厂家已开始认识到楼宇自控系统的地位，已经有厂家在控制器之间 使用了控制局域网总线技术。为适时介入楼宇自控系统进行了技术储备。而国

10、内外一 些正在发展的楼宇自控系统也已经在物理上、协议上做好了与消防系统相联接的技术 准备。 消防报警产品是一个系列产品，包括火灾探测设备、信息传输设备、报警分析控 制器、消防控制联动。是物理传感技术、自动控制、计算机技术、数据传输和管理、 智能楼宇等技术的综合集成，属于高新技术。以火灾自动报警技术为核心的建筑消防 系统，是预防和遏制建筑火灾的重要保障。近年来，我国火灾自动报警工程应用技术 实现了较快发展，但由于在实际应用中，火灾自动报警系统的通讯协议不一致，火灾 2 自动报警工程技术水平还相对落后，还存在着一些比较突出的问题。适用范围过小。 智能化程度低。网络化程度低。组件连接方式有待改善。火

11、灾自动报警系统 误报、漏报问题较多。超早期火灾探测报警技术应用还几乎处于空白。国外已开发 出适合洁净空间高灵敏度感烟火灾探测报警系统，如激光式高灵敏度感烟火灾探测器， 吸气式高灵敏度感烟火灾探测报警系统和气体火灾探测报警系统，与普通火灾探测报 警系统相比，其探测灵敏度提高了两个数量级，甚至更多，这些系统采用了激光粒子 计数、激光散射等原理监视被保护空间，以单位体积内粒子增加的多少来判断是否发 生火灾，系统可在火灾发生前几小时或几天内识别潜在的火灾危险性，实现超早期火 灾报警。而该技术我国目前还处于起步阶段有待进一步研究开发应用。 针对上述问题，火灾自动报警应用技术应进一步着眼于当前国际发展的新

12、形势， 加快更新改造进程，加强对数字技术和新工艺、新材料的应用，改进系统能力，使火 灾自动报警应用技术向着高可靠、低误报和网络化、智能化方向发展。当前，国外火 灾自动报警应用技术的发展趋势主要表现为网络化、智能化、多样化、小型化、社区 化、蓝牙技术无线化、高灵敏化。 1.3 消防灭火系统的分类 在建筑的消防设施中，以水为介质的灭火系统可以根据室内消火栓灭火系统、自 动喷水灭火系统和补压泵控制消防系统。 室内消火栓灭火系统 采用消火栓灭火是最常用的移动式灭火方式，它由蓄水池、加压送水装置（水泵） 及室内消火栓等主要设备构成。室内消火栓系统由水枪、水龙带、消火栓、消防管道 等组成。常用的加压设备有

13、两种：消防水泵和气压给水装置。采用消防水泵时，在每 个消火栓内设置消防按钮，灭火时用小锤击碎按钮上的玻璃小窗，按钮不受压而复位， 从而通过控制电路启动消防水泵。采用气压给水装置时，可采用电接点压力表，通过 测量供水压力来控制水泵的启动。 自动喷水灭火系统 自动喷水灭火属于固定式灭火系统，它分秒不离开值勤岗位，不怕浓烟烈火随时 监视火灾，是最安全可靠的灭火装置，使用于在环境温度不低于 4、不高于 70的 建筑物和场所（不能用水扑救的建筑物和场所除外）。自动喷水灭火系统是由喷头、 报警止回阀、延迟器、水力警铃、压力开关（安于管上）、水流指示器、管道系统、 供水设施、报警装置及控制盘等组成，灭火系统

14、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。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，这三个子系统通过线路系统联系在一起。湿式自动喷水灭火 属于固定式灭火体统，它分秒离不开值勤岗位，不怕浓烟烈火，随时监视火灾，是做 安全可靠的灭火装置。 补压泵的电气控制电路 补压泵用于维持消防水路管网压力，使其始终保持在一定范围内，当管网中有泄 漏现象时，水压会逐渐下降，当水压下降到小于规定的下限值时，补压泵启动补压， 当水压达到规定的上限值时，补压泵停止运转。 1.4 论文研究的主要内

15、容 传统灭火是人为被动操作，要经过人们发现大火或浓烟才去灭火，灭火晚，灭火 3 时须穿防火外衣，戴带防火头盔和面罩，浪费灭火时间。传统启泵控制是二次控制线 路，通常使用多个中间继电器和时间继电器来实现，传统控制回路设计方式所存在的 元件数量多，元件使用寿命短，接线复杂，通用性差等缺点给设备的改造，维护带来 了较多的困难。 根据目前存在的问题，本文设计了以 plc 为控制核心的消防灭火系统。使目前复 杂的控制系统得到进一步的改善，不仅减少了传统灭火过程中存在的许多问题，而且 操作过程更加简单方便。采用 plc 控制系统具有安全、稳定、可靠而且灵活性强，达 到了无伤害、安全的目的，plc 的灵活性

16、赢得了高效率的灭火，系统可靠的稳定性可以 保证灭火的安全可靠，维护修理也比较方便。为灭火系统技术的发展做好充分保障， 大大降低了因误报而带来的损失，具有很好的实用价值。 4 第 2 章 消防设施灭火控制系统 2.1 消防灭火的结构组成 喷水灭火系统是由喷头、报警止回阀、延迟器、水力警铃、压力开关（安于管上） 、 水流指示器、管道系统、供水设施、报警装置及控制盘等组成，其消防灭火系统示意 图如图 2-1 所示。 图 2-1 消防灭火系统示意图 1-高位水箱;2-水力警铃;3-湿式报警阀;4-消防水泵接合器;5-控制箱;6-压力罐; 7-消防水泵;8-进水管;9-排水管;10-末端试水装置;11-

17、闭式喷头;12-水流指示器; 13-水池;14-压力开关;15-感烟探测器;16-延迟器;17-消防安全指示阀;18-放水阀; 19-放水阀;20-排水漏斗;21-压力表;22-节流孔板;23-水表;24-过滤器 喷水灭火系统主要部件的功能： （1）水流指示器（水流开关）：其作用是把水的流动转换成电信号报警。其电接 点即可直接启动消防水泵，也可接通电警铃报警。在多层或大型建筑的自动喷水系统 中，在每一层或每分区的干管或支管的始端安装一个水流指示器。桨式水流指示器的 工作原理：当发生火灾时，报警阀自动开启后，流动的消防水使桨片摆动，带动其电 接点动作，通过消防控制室启动水泵供水灭火。 5 （2）

18、洒水喷头：喷头可分为开启式和封闭式两种。它是喷水系统的重要组成部分。 封闭式喷头：可分为易熔合金式、双金属片式和玻璃球式三种。应用最多的是 玻璃球式喷头。喷头具有探测火情、启动水流指示器、扑灭早期火灾的重要作用。其 特点是：结构新颖、耐腐蚀性强、动作灵敏、性能稳定。适用于高层建筑、仓库、地 下工程、宾馆等适用水灭火的场合。 开启式喷头：其特点是外形美观，结构新颖，价格低廉，性能稳定，可靠性强。 适用于易燃、易爆品加工现场或储存仓库以及剧场舞台上部的葡萄棚下部等处。 （3）压力开关：它安装在延迟器与水力警铃之间的信号管道上。压力开关的工作 原理是：当喷头启动喷水时，报警阀阀瓣开启，水流通过阀座上

19、的环形槽流入信号管 道和延迟器。延迟器充满水后，水流经信号管进入压力继电器，压力继电器接到水压 信号，即接通电路报警，并启动喷淋泵。 （4）末端试水装置：其作用是对系统进行定期检查，以确定系统是否正常工作。 喷水管网的末端应设置末端试水装置，宜与水流指指示器一一对应。 （5）湿式报警阀：安装在总供水干管上，连接供水设备和配水管网。当管网中即 使有一个喷头喷水，破坏了阀门上下的静止平衡压力，就必须立即开启，任何迟延都 会耽误报警的发生。它一般采用止回阀的形式，即只允许水流向管网，不允许水流回 水源。其作用：一是防止随着供水水源压力波动而启闭，虚发警报；二是管网内水质 因长期不流动而腐化变质，如让

20、它流回水源将产生污染。当系统开启时报警阀打开， 接通水源和配水管。同时部分水流通过阀座上的环形槽，经过信号管道送至水力警铃， 发出音响报警信号。湿式报警阀结构图如图 2-2 所示。 图 2-2 湿式报警阀结构图 1-控制阀；2-报警阀；3-试警铃阀；4-放水阀；5、6-压力表；7-水力警铃； 8-压力开关；9-延迟器；10-警铃管阀门；11-滤网；12-软锁 控制阀的作用：上端连接报警阀，下端连接进水立管，是检修管网及灭火后更 换喷头时关闭水源的部件。它应一直保持常开状态，以确保系统使用。 湿式报警阀的作用：平时阀芯前后水压相等，水通过导向杆中的水压平衡小孔 6 保持阀板前后水压平衡，由于阀芯

21、的自重和阀芯前后所承受水的总压力不同，阀芯处 于关闭状态(阀芯上面的总压力大于阀芯下面的总压力)。发生火灾时，闭式喷头喷水， 由于水压平衡小孔来不及补水，报警阀上面的水压下降，此时阀下水压大于阀上水压， 于是阀板开启，向洒水管网及洒水喷头供水，同时水沿着报警阀的环形槽进入延迟器、 压力继电器及水力警铃等设施，发出火警信号并启动消防水泵等设施。 放水阀的作用：进行检修或更换喷头时放空阀后管网余水。 警铃管阀门的作用：检修报警设备，应处于常开状态。水力警铃的作用：火灾 时报警。水力警铃宜安装在报警阀附近，其连接管的长度不宜超过 6m，高度不宜超过 2m，以保证驱动水力警铃的水流有一定的水压，并不得

22、安装在受雨淋和曝晒的场所， 以免影响其性能。电动报警不得代替水力警铃。延迟器的作用：它是一个罐式容器， 安装在报警阀与水力警铃之间，用于防止由于水源压力突然发生变化而引起报警阀短 暂开启，或对因报警阀局部渗漏而进入警铃管道的水流起一个暂时容纳作用，从而避 免虚假报警。只有在火灾真正发生时，喷头和报警阀相继打开，水流源源不断地大量 流入延迟器，经 30s 左右充满整个容器，然后冲入水力警铃。试警铃阀的作用：进行 人工试验检查，打开试警铃阀泄水，报警阀能自动打开，水流应迅速充满延迟器，并 使压力开关及水力警铃立即动作报警。 2.2 消防灭火系统的控制原理 2.2.1 消防灭火的工作原理 当发生火灾

23、时，对于室内消防灭火系统，控制电路接到消火栓泵启动指令发出消 防水泵启动的主令信号后，消防水泵电动机启动，向室内管网提供消防用水，压力传 感器用来监视管网水压，并将监测水压信号送至消防控制电路，形成反馈的闭环控制。 在自动喷洒灭火系统中，随着火灾部位温度的升高，自动喷洒系统喷头上的玻璃球爆 破(或易熔合金喷头上的易熔合金片熔化脱落)，喷头开启喷水。水管内的水流推动水 流指示器的桨片，使其电触头闭合，接通电路，输出报警电信号至消防中心。水流指 示器安装在喷水管网的每层水平分支管上或某一区域的分支管上，可以直接得知建筑 物的哪一层、哪一部分闭式喷头已开启喷水。也可安装在主干水管上支管上，直接控 制

24、启动水泵。此时，设在主干水管上的报警阀被水流冲开，向洒水喷头供水，同时水 经过报警阀流入延迟器，水流充满延迟器后，经延迟，又流入压力开关(继电器)，使 压力继电器动作，压力继电器接通，使喷洒用消防泵启动。在压力继电器动作的同时， 启动水力警铃，发出报警信号。消防灭火消防泵闭环控制示意图如图 2-5 所示。 图 2-5 消防灭火消防泵闭环控制示意图 7 2.2.2 室内消火栓控制原理 自动喷洒用消防泵受水路系统的压力开关或水流指示(继电)器 sp 直接控制，延时 启泵，或者由消防中心控制启停泵。消火栓消防泵属于一级供电负荷，需双电源供电， 末端互投。双电源供电的消火栓电气控制电路如图 2-6。其

25、中图区 111 为其主电路， 图区 1232 为辅助电路。由图 2-6（a）可知，1 号电源通过断路器 qf1 和接触器 km3 的主触点为电路供电，2 号电源通过断路器 qf2 和接触器 km4 的主触点为电路供电。当 合上断路器 qf1、qf2 后，中间继电器 ka 得电吸合，其动合触点 ka 闭合，动断触点 ka 断开，因此合上开关 s1 和 s2 后，只能使接触器 km3 得电吸合，而不能使 km4 得电闭 合，因此 1 号电源首先供电，2 号电源作为备用电源。当 1 号电源因故停止供电时， ka、km3 失电释放，使 km4 得电吸合，由 2 号电源供电。由此可见，图 2-6（a）中

26、的 图区 15 为主电源供电的控制电路，图区 811 为备用电源投入供电的控制电路。 图 2-6（a）室内消火栓灭火系统的主电路 8 图 2-6（b）室内消火栓的控制电路 （1）室内消火栓的消防水泵控制的方法有如下三种： 由消防按钮控制消防水泵的启停：当火灾发生时，用小锤击碎消防按钮的玻璃 罩，按钮盒中按钮自动弹出，接通消防泵电路。 由水流报警启动器，控制消防水泵的启停：当发生火灾时，高位水箱向管网供 水时，水流冲击水流报警启动器，于是即可发出火灾报警，又可快速发出控制消防泵 启动信号。 由消防中心发出主令信号控制消防泵启停：当发生火灾时，灾区探测器将所测 信号送至消防中心的报警控制器，再由报

27、警控制器发出启动消防水泵的联动信号。 （2）控制电路原理分析 通过万能转换开关 sa 将图 2-6（b）中的图区 1925、2633 所示的 km1、km2 线圈 电路及相关电路分解为手动控制电路， 1 号泵用 2 号泵备、2 号泵用 1 号泵备的控制 电路。图中实线框中电路 a 为 1 号泵的手动，工作、备用的公共电路，实线框中电路 b 为 2 号泵的手动，工作、备用的公共电路。图 2-6 所示的电路有以下三个特点： 无论电动机 m1、m2 是做工作泵还是做备用泵，m1、m2 的控制电路中都有 ka4 的 动合触点和 ka3 的动断触点。只有 ka4 得电吸合，其动合触点闭合，m1、m2 才

28、能得电； 而 ka4 失电释放，其动断触点断开，m1、m2 都不能得电。 备用泵控制电路中有工作泵主接触器的辅助动断触点 km1、km2，工作泵工作时， 在备用泵控制电路中的工作泵接触器失电释放，在备用泵控制电路中的辅助动断触点 复位闭合，使备用泵投入运行。由此可见，备用泵自动投入的条件是工作泵主电路接 触器跳闸。 在图 2-6（b）中的图区 16、18 中找到 ka5、ka3 的线圈电路，ka5 由通电延时 时间继电器 kt3 和 ka4 控制,而 kt3 又由 ka4 控制。ka4 由消防专用按钮 1sbnsb 控制， ka3 由水源水池水位控制器的动合触点 sl 控制，当水位过低时，sl

29、 闭合，ka3 得电吸 合，其动断触点 ka3、ka3 断开，使两台水泵的接触器均不能得电，未启动的水泵不能 9 启动，正在运行的水泵也停止转动。 （3）控制方式 控制室内消火栓灭火系统的工作状态设有选择开关：消防泵启动有手动、自动两 种操作方式。 手动控制 在图 2-6（b）中，按下启动按钮 sb2（或 sb4)，接触器 km1 (或 km2)得电吸合并 自锁，其主触头闭合，使电动机 m1(或 m2)得电启动运转，1#泵(或 2#泵)运行。 km1(或 km2)的辅助动合触头 km1 (或 km2)闭合，使中间继电器 ka1 (或 ka2)得电吸合 和运行指示灯 hl4(或 hl7)亮。ka

30、1(或 ka2)的动断触头 ka1 和 ka1 (或 ka2、ka2)断开， 使停泵指示灯 hl2(或 hl5)和故障指示灯 hl3(或 hl6)熄灭。当电动机过载时，热继电 器 fr1(或 fr2)的动断触头 fr1 (或 fr2)断开，km1(或 km2)失电释放，m1(或 m2)失电 停转，使 1#泵(或 2#泵)停止工作。按下停止按钮 sb1(或 sb3)，km1(或 km2)失电释放， 使 1#泵(或 2#泵)停止工作。 自动控制 将万能转换开关 sa 旋转至“1 号泵工作，2 号泵备用”档，其触点 910、1112 闭合。 （4）控制电路的动作顺序 未发生火灾时的控制 消防专用控制

31、按钮 1sb3sb 由玻璃片压着，其动合触头闭合，使中间继电器 ka4 得电吸合，其动合触头 ka4 断开，使通电延时时间继电器 kt3 不能得电，其延时闭合 的动合触头 kt3 未闭合，ka5 不能得电，其动合触头 ka5、ka5 未闭合，km1 或 km2 不 工作，1#泵、2#泵均停止工作。由于 ka1、ka2 未得电，其动断触头闭合，使停泵指示 灯 hl2、hl5 亮。 当发生火灾且 1#泵正常工作时，打碎消防栓箱内消防专用按钮的玻璃片，该按 钮的动合触头复位断开，使 ka4 失电释放。 当发生火灾且 1#泵出现故障时，接触器 km1 跳闸，引起 2#泵延时启动工作。 在图 2-6 中

32、，在两台泵的控制电路中，与 ka5 的常开触头并联的引出线，接在 消防控制模块上，由消防中心集中控制消防泵的启停。 2 号泵工作，1 号泵备用的工作情况与 1 号泵工作，2 号泵备用相同。 2.2.3 自动喷淋控制原理 自动喷洒用消防泵一般为两台泵一用一备，互为备用，工作泵故障，备用泵延时 自动投入运行的形式。自动喷洒消防泵的电气控制图电路，如图 2-4 所示。通过万能 转换开关 sa 将图 2-7 中的图区 1118、1926 所示的 km1、km2 线圈电路及相关电路分 解为手动控制电路，如图 2-7 所示的 1 号泵用 2 号泵备、2 号泵用 1 号泵备的控制电路。 图 2-7 中实线框

33、中电路 a 为 1 号泵的手动，工作、备用的公共电路，实线框中电路 b 为 2 号泵的手动，工作、备用的公共电路。在图 2-7 中找到 ka4、ka3 的线圈电路， ka4 由通电延时时间继电器 kt3 控制，而 kt3 又由 sp 控制。ka3 由水源水池水位控制 器的动合触点 sl 控制，当水位过低时，sl 闭合，ka3 得电吸合，其动断触点 ka3、ka3 断开，使两台水泵的接触器均不能得电，未启动的水泵不能启动，正在运行的水泵也 停止转动。 10 图 2-7 自动喷洒消防泵的电气控制电路 （1）控制电路原理分析 通过万能转换开关 sa 将图 2-7 中的图区 1118、1926 所示的

34、 km1、km2 线圈电路 及相关电路分解为手动控制电路， 1 号泵用 2 号泵备、2 号泵用 1 号泵备的控制电路。 图 2-4 中实线框中电路 a 为 1 号泵的手动，工作、备用的公共电路，实线框中电路 b 为 2 号泵的手动，工作、备用的公共电路。图 2-9 所示的电路有以下三个特点： 无论电动机 m1、m2 是做工作泵还是做备用泵，m1、m2 的控制电路中都有 ka4 的 动合触点和 ka3 的动断触点。只有 ka4 得电吸合，其动合触点闭合，m1、m2 才能得电； 而 ka4 失电释放，其动断触点断开，m1、m2 都不能得电。 备用泵控制电路中有工作泵主接触器的辅助动断触点 km1、

35、km2，工作泵工作时， 在备用泵控制电路中的工作泵接触器失电释放，在备用泵控制电路中的辅助动断触点 复位闭合，使备用泵投入运行。由此可见，备用泵自动投入的条件是工作泵主电路接 触器跳闸。 在图 2-7 中的图区 10、8 中找到 ka4、ka3 的线圈电路，ka4 由通电延时时间继 电器 kt3 和 kt4 控制,而 kt3 又由 sp 控制。ka3 由水源水池水位控制器的动合触点 sl 控制，当水位过低时，sl 闭合，ka3 得电吸合，其动断触点 ka3、ka3 断开，使两台水 泵的接触器均不能得电，未启动的水泵不能启动，正在运行的水泵也停止转动。 （2）控制方式 自动喷洒灭火系统的工作状态

36、选择开关与室内消火栓灭火系统的相似。 （3）控制电路的顺序动作 当发生火灾且 1#泵正常工作时的控制，喷洒系统的喷头自动喷水，设在主力管 11 上的压力继电器 sp 接通，该动合触头 sp 闭合，使中间继电器 ka4 得电吸合并自锁。 当发生火灾且 1#泵出现故障时的控制，由于 1#泵出现故障，接触器 km1 跳闸， 引起 2#泵延时启动，开始喷淋灭火。 在图 2-7 中，自动喷水的两台泵的控制电路中，与 ka4 的常开触头并联的引出 线，接在消防控制模块上，由消防中心集中控制消防泵的启停。 2 号泵工作，1 号泵备用的工作情况与 1 号泵工作，2 号泵备用相同。 12 第 3 章 消防灭火系

37、统的控制方案论证 3.1 消防灭火系统的控制要求 （1）室内消火栓灭火系统控制要求主要有以下几个方面 消火栓用消防泵多数是两台一组，一备一用，互为备用。 互为备用的另一种形式为水压不足时，备用泵自动投入运行。另外，当水源无 水时，水泵能自动停止运转，并设水泵故障指示灯。 消火栓消防泵由消火栓箱内消防专用控制按钮及消防中心控制。 设有工作状态选择开关：消火栓消防泵有手动、自动两种操作方式。 消防按钮启动后，消火栓泵应自动投入运行，同时应在建筑物内部发出声光报 警，通告住户。 为了防止消防泵误启动使管网水压过高而导致管网爆裂，需加设管网压力监视 保护。 消火栓消防泵属于一级供电负荷，需双电源供电，

38、末端互投。 （2）自动喷淋灭火系统控制要求主要有以下几个方面 消防泵是两台一组，一备一用，互为备用。 互为备用的另一种形式为水压不足时，备用泵自动投入运行。另外，当水源无 水时，水泵能自动停止运转，并设水泵故障指示灯。 为了防止消防泵误启动使管网水压过高而导致管网爆裂，需加设管网压力监视 保护。 设有工作状态选择开关：消防泵工作状态有手动、自动两种操作方式。 喷头自动喷水，压力开关延时 5s，喷淋泵启动运转 1h 后，自动停泵。 3.2 系统控制方案的确定 （1）继电-接触器控制 这种控制电路是半自动化控制，电路中含有大量的中间继电器、时间继电器。继 电器控制系统的配线多，要花费大量的配线和附

39、件，安装接线比较复杂，需要大量费 用。由于触点接触不良，容易出现故障，抗干扰能力和可靠性不好。 （2）单片机控制 这类控制电路主要应用于小型电器的控制，作为工业生产中的控制方式，电路比 较复杂，调试比较麻烦；追加功能时往往要对电路进行修改，不灵活也不方便；电路 的可靠性和抗干扰能力不好。 （2）可编程控制器(plc)控制 可编程控制器作为工业控制，该控制方式具有可靠性高、编程方便，易于使用、 对环境要求低、与电机、压力传感器等装置联结方便等特点。通过指令输入将信号传 递给 plc，然后控制消防泵动作。当发生火灾后，喷头开始喷出压力水，使压力开关动 作，将压力感应信号传送到 plc，消防泵自动运

40、行，可以在线编程，用 plc 控制可以随 时改变泵的停起，。 综上所述选择第三种方案较合理。与继电器逻辑相比不用进行额外布线，自动化 程度提高。与单片机相比抗干扰能力比较强，能在线编程，有 i/o 诊断,查找故障容易。 13 3.3 plc 的介绍 （1）可编程控制器(plc)的工作方式是循环扫描。用户程序按先后顺序存放的， cpu 从第一条指令开始按指令步序号作周期性的循环扫描，如果无跳转指令,则从第一 条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，周而复始 不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。整个工作过程分为 5 个阶段：自诊断，与 编程器、计算机的通信，输入采样，用

41、户程序执行，输出结果。 （2）可编程序控制器出现的直接原因： 1、编程简单，可在现场修改程序; 维护方便，最好是插件式； 可靠性高于继电器控制柜； 体积小于继电器控制器柜； 可直接送入管理计算机； 在成本上可与继电器控制柜竞争； 输入可为市电； 输出可为市电，2a 以上，能直接驱动电磁阀； 在扩展时，原有系统只要很少变更； 用户程序在存贮器容量至少能扩展到 4k 字节。 （3）一般 plc 控制系统的设计原则为： 选用的 plc 必须满足被控制对象的要求。 选用的 plc 不仅要着眼于现在还要适当的考虑将来发展的需要。 在满足上述两个前提的情况下，力求使系统具有较好的性能和低廉的价格。 （4）

42、plc 与传统的继电器逻辑相比的性能价格比高 可靠性高、逻辑功能强、体积小。 在需要大量中间继电器、时间继电器及计数继电器的场合，plc 无需增加硬设备。 随着要求的变更 plc 对程序修改方便。继电器线路要想改变控制功能，必须变 更硬接线，灵活性差。 具有网络通讯功能，可附加高性能模块对模拟量进行处理，实现各种复杂控制 功能。 （5）建立 i/o 分配表，绘制 plc 控制系统的输入输出接线图。 plc 整个扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出 几个阶段，全过程扫描一次所需要的时间称为扫描周期。内部处理阶段，plc 检查 cpu 模块的硬件是否正常，复位监视定时器

43、等。在通信服务阶段，plc 与一些智能模块通信、 响应编程器键入的命令、更新编程器的显示内容等。当 plc 处于停止（prog）状态时， 只进行内部处理和通信操作服务等内容。在 plc 处于运行（run）状态时，从内部处理、 通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。 3.4 plc 消防灭火的控制系统模块 系统硬件主要包括 plc、水泵控制系统、对应各动作的控制盘、以及用于进行监控 和操作的人机界面，在编程调试和系统配置阶段，还需要一台 plc 实验箱辅助完成相 应的工作。整个控制系统硬件模块组成如图 3-2 所示。 14 图 3-2 控制系统硬件模块图 15 第 4 章 消

44、防灭火控制系统的硬件设计 4.1 消防灭火控制系统设备配置 4.1.1 室内消火栓控制系统的设备配置选型 （1）消火栓 室内消火栓是安装在建筑物内消防管网上，向火场供水的带有阀门的接口。它是 工厂、仓库、高层建筑、及船舶等室内固定消防设备，用于扑救建筑物内火灾，通常 安装在消火栓箱内，与消防水带和水枪等配套使用。根据控制要求，采用 sn50 系列的 室内消火栓。 （2）消防泵专用按钮 采用消防水泵时，在每个消火栓内设置消防按钮，消火箱内的消防泵设有专用控 制按钮，按钮上带有消防泵运行指示灯。根据控制要求采用 cba54 系列消防专用按钮。 消防泵专用控制按钮平时由玻璃片压着，灭火时用小锤击碎按

45、钮上的玻璃小窗，按钮 不受压而复位，从而通过控制电路启动消防水泵。采用气压给水装置时，可采用电接 点压力表，通过测量供水压力来控制水泵的启动。 （3）水源水池液位器 水源水池液位器用于监视水源水池的水位，能远距离精确显示出容器水池中的液 位，并输出相应的控制信号或报警信号，指示水泵或电动电磁阀作相应的开关动作， 将水位控制在设定的范围内。根据控制要求采用 ywq 型消防水源水位液位器。 （4）水泵接合器：消防水泵结合器是为消防机动泵向建筑物内消降给水系统输送 消防用水或其它液体灭火剂的连接器具。它由法兰接管、弯管、止回阀、放水阀、闸 阀、消防接口、本体等部件组成。根据设计要求，采用的是地上式水

46、泵接合器 sqs100 系列。 4.1.2 自动喷洒控制系统的设备配置选型 （1）水流指示器：zsjz 系列法兰式水流指示器，用于自动喷水灭火系统，它可以 安装在主供水管或横杆水管上，给出某一分区域小区域水流动的电信号，此电信号可 送到电控箱，也可用于启动消防水泵的控制开关。借助于供水管网内的板式叶片控测 水流信号，并将水流信号与控制器连接，以启动电报警系统或其它设备，并确定火灾 发生区域。 （2）洒水喷头：在自动喷水灭火系统中，担负着探测火灾、启动系统和喷水 灭火的任务，它是系统中的关键组件。 根据设计的控制要求， 本文的洒水喷头采 用 t-zstbs 的系列，该喷头主要由喷头架、密封件及玻

47、璃球组成。通过管网安装于防 护区内，具有探测火灾及自动喷水灭火的作用。当防护区发生火灾使环境温度升高时， 开启喷水是由感温部件（充液玻璃球）控制，当装有热敏液体的玻璃球达到动作温度 （57、68、79、93、141、182、227、260）时，球内液体膨胀，使内压力增大，玻 璃球炸裂，密封垫脱开，喷出压力水，由于压力降低压力开关动作，将水压信号变为 电信号向喷淋泵控制装置发出启动信号，保证喷头有水喷出。同时，流动的消防水使 主管道分支处的水流指示器电接点动作，接通延时电路，通过继电器触点，发出声光 信号给控制室，以识别火灾区域。 （3）压力开关：当报警阀处于工作状态时，压力开关受水压作用而使触

48、点闭合， 16 在通电状态下给出电接点信号；水流停止时，水压消失，触点断开，电接点信号消失。 压力开关是一种靠水压或气压驱动的电气开关，通常与水力警铃一起安装使用。压 力开关利用水力闭合弱电路实现报警。当报警阀的阀打开，压力水经管道首先进入 延时器后再流入压力开关内腔，推动膜片向上移动，顶柱也同时上升，将下弹簧板 顶起，触点接触闭合，接通电路，发出电信号输入报警控制箱，发出报警信号，从 而启动消防泵。 根据设计控制要求，采用型号为 zsjy1.2bp。 （4）末端试水装置：喷水末端试水接头_水喷淋末端试水装置用 abs-ss06 系列， 该装置由压力表、阀门、喷淋排水宝塔、变丝、活接、水枪、5

49、0 排水变径； 5065 变径等组成，可对水喷淋系统试水检测和消火栓试水系统检测。当水池的 水位降至设定下限水位值时，液位控制器发出指令或报警信号，指示泵阀开启送水， 当水位达到设定上限水位值时，控制器发出指令，指示泵阀关闭，停止送水。同理， 如有需要，液位控制器也可以指示水泵或电动阀门作相反的运行动作。 （5）湿式报警阀：用于管网中始终充满清水的自动喷水来灭火湿式系统。由于阀 瓣将阀体内部分成上下两腔。上腔与系统相接，下腔与进水管道相接。一旦被保护区 发生火灾，喷头感温动作，系统侧水压降低，阀瓣离开阀座，水不断流向开启的喷头 喷水灭火。同时，水流通过阀座内孔和报警管道，进入延迟器，然后启动水

50、力警铃报 警。湿式报警阀是只允许水流入湿式系统并在规定压力流量下驱动配套部件报警的一 种单向阀；延迟器应用于湿式报警阀装置，防止因供水压力波动、报警阀渗漏而发生 的误报警。根据控制要求，本文的报警阀用隔板座圈式结构的 zsfz 系列湿式报警阀装 置。 4.2 plc 的选型 （1）plc 的 i/o 分配 plc 硬件配置确定后，应对 i/o 点进行分配，确定外部输入输出元件与 plc 的 i/o 点的连接关系，完成 i/o 点地址定义表。室内消火栓灭火控制系统的输入输出分配 表如表 4-1 所示。是自动喷淋泵灭火控制系统的输入输出表如表 4-2 所示。 表 4-1 室内消火栓灭火的输入输出分

51、配表 输入输出 输入信号代码功能描述输出信号代码功能描述 xd1sb 专用控制按钮 1 y0hlo 控制电源指示灯 xe2sb 专用控制按钮 2 y11hl 消防泵运行指示灯 xf3sb 专用控制按钮 3 y22hl 消防泵运行指示灯 x5sl 水源水池液位器 y33hl 消防泵运行指示灯 x6sb2 1 号泵启动按钮 y4hl1 水池水位低指示灯 x7sb4 2 号泵启动按钮 y5hl2 1 号泵停泵指示灯 x8sb1 1 号泵停止按钮 y6hl3 1 号泵故障指示灯 x9sb3 2 号泵停止按钮 y7hl4 1 号泵运行指示灯 xafr1 1 号泵热继电器 y8hl5 2 号泵停泵指示灯

52、xbfr2 2 号泵热继电器 y9hl6 2 号泵故障指示灯 xcsa 万能开关 yahl7 2 号泵运行指示灯 x4sb 消防泵按钮开关 ybkm1 1 号泵接触器 x10sb5 手/自动选择开关 yckm2 2 号泵接触器 17 表 4-2 自动喷淋泵灭火的输入输出分配表 （2）plc 的选型 在室内消火栓灭火控制系统方案中共有开关量输入点 13 个、开关量输出点 13 个， 在自动喷水灭火控制系统方案中共有开关量输入点 10 个、开关量输出点 10 个。根据 学校实验室实验仪器的设备，选择松下公司的 fp1-c40 系列的可编程序控制器。fp1- c40 型可编程控制器共有 24 点输入

53、和 16 点输出,共 40 个数字量 i/o 点，输入寄存器为 x0-xf，x10-x17，输出寄存器为 y0yf，有内置时钟，它有较强的模拟量和高速计数 的处理能力，还具有极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、便捷的操作、丰富 的内置集成功能、实时的特性、强劲的通讯能力、丰富的扩展模块等特点。松下公司 的 fp1 系列可编程控制器价格较低，性能优良，程序容量较大、运行速度快、编程灵 活等优点，既提高了工作质量，又取得了良好的经济效益。它可以单机运行，可以进 行输入/输出和功能模块的扩展。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的 自动化控制。fp1 系列的强大功能使其无论在独立运行中，

54、或相连成网络皆能实现复杂 控制功能。因此 fp1 系列具有极高的性价比。 4.3 外围电路的设计 根据消防灭火系统的控制要求，按 plc 机型选择的基本原则是，在功能满足要求 的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。 4.3.1 室内消火栓灭火系统的外围电路接线 运用 plc 设计的室内消火栓灭火系统的外围电路接线图如图 4-1 所示。 输入输出 输入信号代码功能描述输出信号代码功能描述 x1sp 压力开关 y0hl0 控制电源指示灯 x5sl 水池水位液位器 y4hl1 水池水位低指示灯 x6sb2 1 号泵启动按钮 y5hl2 1 号泵停泵指示灯 x7sb4 2 号

55、泵启动按钮 y6hl3 1 号泵故障指示灯 x8sb1 1 号泵停止按钮 y7hl4 1 号泵运行指示灯 x9sb3 2 号泵停止按钮 y8hl5 2 号泵停泵指示灯 xafr1 1 号泵热继电器 y9hl6 2 号泵故障指示灯 xbfr2 2 号泵热继电器 yahl7 2 号泵运行指示灯 xcsa 万能开关 ybkm1 1 号泵接触器 x10sb5 自/手动选择开关 yckm2 2 号泵接触器 18 图 4-1 室内消火栓灭火系统外围接线图 4.3.2 自动喷淋泵灭火系统外围电路接线 采用 plc 设计的自动喷淋泵灭火系统外围接线图如图 4-2 所示。 19 图 4-2 自动喷淋泵灭火系统外

56、围接线图 4.4 抗干扰设计 plc 受到的干扰可分为外部干扰和内部干扰。在实际的生产环境下，外部干扰是随 机的，与系统结构无关，且干扰源是无法消除的，只能针对具体情况加以限制；内部 干扰与系统结构有关，主要通过系统内交流主电路，模拟量输入信号等引起，可合理 设计系统线路来削弱和抑制内部干扰和防止外部干扰。要提高 plc 控制系统的可靠性， 就要从多方面提高系统的抗干扰能力。plc 各部分的组成和系统连接及装配方法必须严 格按照说明书上安装要求进行，这一点非常重要，是保证系统可靠运行的基本条件。 （1）电源接线和地线接线要合理布置 强电与弱电要严格分开，且弱电电源线要尽量加。接地在消除干扰上起

57、很大的作 用。交流地是 plc 控制系统供电所必需的，它通过变压器中心点构成供电两条回路之 一。这条会路上的电流、各种谐波电流等是个严重的干扰元。因此交流地线、直流地 线、模拟地和数字地等必须分开。数字地和模拟地的共点地最好置悬浮方式。地线各 点之间的电位差尽可能小，尽量加粗地线，有条件可采用环形地线。在现场，除了要 认真考虑设备内部的信号接地外，通常还要把设备的信号地、机箱与大地连在一起， 并以大地作为参考点，这样可以保证设备的安全接地，以便对设备的操作人员实现安 全保护。泄放因静电感应在机箱上所积蓄的电荷，从而避免，由于电荷积聚，机箱电 位升高而造成的设备内部放电。提高设备工作的稳定性。设

58、备如不与大地连接，则设 备对大地的电位，在外界电磁环境作用下会发生变化，造成电路工作不稳定。如将设 备的信号地与大地连接时，设备就以大地为零参考电位，这样就可以有效防止干扰的 发生。所以设备的接大地，除了是出于安全的目的外，它也是抑制干扰发生的重要手 段。实用中如能把接地与屏蔽两大技术配合使用，则对提高设备的电磁兼容性能起到 20 事半功倍的作用。 （2）plc 控制系统的安装和使用环境 plc 本身的抗干扰能力一般都很强。通常，只能将 plc 的电源与系统的动力设备电 源分开配线，对于电源线来的干扰，一般都有足够强的抑制能力。但是，如果遇上特 殊情况，电源干扰特别严重，可加接一个带屏蔽层的隔

59、离变压器以减少设备与地之间 的干扰，提高系统的可靠性。plc 使用环境温度通常在 0 55范围内，应避免太 阳光直接照射，安装位置应远离发热量大的器件，同时应保证有足够大的散热空间和 通风条件。环境湿度一般应小于 85%，以保证 plc 有良好的绝缘。在含有腐蚀性气体、 浓雾或粉尘的场合，需将 plc 封闭安装。此外，如果 plc 安装位置有强烈的振动源， 系统的可靠性也会降低，所以应采取相应的减振措施。 （3）plc 的输入与输出设备 当几个外部设备连接带一个电源上时，应使用短接片将其输出端子对应的公共端 子短接。输出端可以使用不同的电压，这时其对应的公共端应分别接入不同的电压源。 交流输出

60、线与直流输出线不能使用同一根电缆。输出线应远离高压线核动力线，且不 得并行。不得将外部设备连接到带“”的输出端上。输出回路中应有熔断器保护 plc 的输出元件。流入输出端子的最大电流不应超过 plc 的允许值，否则必须外接接触器 或继电器。同样，若负载电流低于规定的最小值时，应并联一个阻容吸收电路。为了 防止或减少外部配线的干扰，交流输入、输出信号与直流输入、输出应分别使用各自 的电缆；对于集成电路或晶体管设备的输入、输出信号线、必须使用屏蔽电缆，屏蔽 电缆在输入、输出侧悬空，而在控制侧接地。 21 第 5 章 消防灭火系统控制的程序设计 5.1 流程图 5.1.1 室内消火栓灭火系统的流程图