基于PLC消防警报控制器设计

摘要火灾从某种意义上已经是当今社会的“心腹大患”，如何防治火灾已经提到了人们的议事日程。设计主要综述了消防报警控制系统的背景意义，目前国内外的研究现状以及确立的主要研究内容。系统有序的对硬件和软件两方面做出了设计。硬件设计部分介绍了火灾探测器的类别与选择，控制器的分类与选择，灭火联动系统的组成与意义。软件设计部分则是重点介绍了程序软件设计思路，进行了程序的编写和解释。课题所设计的消防报警器可以在火灾尚未发生或者火警初现时得到警报信号，从而能够采取合适的措施防止火场蔓延，将火灾造成的损失降到最小。关键词：高层建筑；火灾；PLC；自动报警系统abstractInasense,fireisalreadythe"heartoftheheart"intoday'ssociety,howtopreventfirehasalreadymentionedthepeople'sagenda.Thispapermainlydiscussesthedesignbackgroundsignificanceoffireautomaticalarmcontrolsystem,researchstatusathomeandabroadandmainresearchcontents.Thedesignismadefromthehardwareandsoftwareofthesystem.Hardwaredesignpartintroducesthecategoriesoffiredetectorandselection,classificationandselectionofthecontroller,firelinkagesystemofformandmeaning,intheaspectofsoftware,applicationsoftwaredesignareintroduced,andtheprocessofpreparationandexplanation.Subjectthedesignofautomaticfirealarmcanbepresentintheearlyfirehasnotyetoccurredorfirealarmsignal,sothattheycantakeappropriatemeasurestopreventthefirespreading,minimizingthelosscausedbyfire.Keywords:High-risebuildings；Fire；PLC；Automaticalarmsystem目录2363_WPSOffice_Level1第一章绪论 11237_WPSOffice_Level21.1课题研究的相关背景和意义 128499_WPSOffice_Level21.2国内外研究现状 111870_WPSOffice_Level21.3课题主要研究内容 311882_WPSOffice_Level1第二章消防报警系统总体设计 418383_WPSOffice_Level22.1总体设计框图 424506_WPSOffice_Level22.2总体设计方案 42622_WPSOffice_Level32.2.1火灾探测器设计方案 43302_WPSOffice_Level32.2.2控制器设计方案 727956_WPSOffice_Level32.2.3灭火联动设计方案 83087_WPSOffice_Level1第三章系统的硬件设计 1022811_WPSOffice_Level23.1消防报警系统的主要部件 1011835_WPSOffice_Level23.2探测器的选择 114266_WPSOffice_Level23.3.消防报警控制器的选择 1127609_WPSOffice_Level23.4PLC型号的选择 1231083_WPSOffice_Level23.5消防泵设计 1529460_WPSOffice_Level23.6防排烟系统的设计 1510502_WPSOffice_Level23.7广播系统设计 1627127_WPSOffice_Level23.8电源装置的选用 1825173_WPSOffice_Level23.9硬件设计总结 1829163_WPSOffice_Level1第四章系统的软件设计 196410_WPSOffice_Level24.1程序流程 1919075_WPSOffice_Level24.2程序编制 192002_WPSOffice_Level34.2.1区域1自动报警灭火系统的启停 193356_WPSOffice_Level34.2.2区域2自动报警灭火系统的启停 2013003_WPSOffice_Level34.2.3区域3自动报警灭火系统的启停 2132055_WPSOffice_Level34.2.4喷淋泵的启停 238465_WPSOffice_Level34.2.5系统复位与限时程序 23结论 26致谢 27参考文献 28第一章绪论1.1课题研究的相关背景和意义高层建筑在城市中的普及率越来越高，各种通讯线路、照明线路以及系统中的线路交错密布，这也就导致了火灾发生的概率大幅增加。高层建筑火灾现如今已经成为破坏力以及影响力极强的灾害之一,严重威胁到了正常的社会秩序，造成了强烈的社会恐慌，各种火灾案件的持续曝光，让人们不得不去思考如何解决危机。前不久，江苏省常熟市当地莫城街道湖鹤村湖鹤街道（东区）23幢发生火灾此次火灾过火面积130平方米，经过调查显示，火灾是由电路老化引发，在医院收治的9名伤员中，5人经抢救无效死亡，2人中度残疾。这件事造成了很坏的影响，再一次的将消防报警问题推到了前台。图1-1是火场情况的图片。图1-1常熟市莫城街道火灾现场图本次设计对于预防解决重大火灾有着显著的帮助，如果采取本次设计的消防报警系统，上述的灾难或许可以得以避免，那些无辜的生命可以继续鲜活。这对于我国在消防报警系统应用方面也有着巨大的帮助。一方面，该消防报警系统在军用和民用领域都有着广泛的应用前景，能够从根本上解决建筑设计的防火问题,发挥本该具有的火灾预警和相关联动控制功能。另一方面，在学术领域可以作为许多命题的论证，它能非常明显地验证某些控制理论对系统的控制效果。需要强调的是，本课题研究具有良好的实际运用背景，消防报警切合我们的生活，是我们必须要熟悉了解的。同时，从事该课题研究充分运用了我这大学四年学习的有关PLC以及机电一体化等知识，这些书本知识和实践绘图、程序编写综合起来能够拓展我的个人思维，也可以积累工程方面的经验，使得我的学习更加具体充实，而且本课题中涉及了各种火灾探测器、控制器、信号转换装置以及联动装置，这也使得自己有了动手操作的机会，切身了解了工作原理。1.2国内外研究现状世界上第一个感温探测器在1820年在英国问世，在当时产生了很大的轰动，距离今天已经过了100多年了，当时的科学技术水平相对落后，探测器的兼容性和灵敏度十分的低，根本无法运用到工业和民用上，在第二次世界大战后，科技浪潮涌现，大量的新兴产品问世，就是在这个时候高灵敏度的探测器应运而生，迅速占领市场，因为人们发现这些探测器在火灾预警方面有着无可替代的作用。大家都知道，发生火灾的时候分秒必争，所以对于火灾探测器的精度要求的提高一直没有停过，经过百年的科技发展与革新，探测器的功用也越发的强大，烟感探测器、热感探测器和一些其他产品如雨后春笋般大量的涌入市场。烟感探测器如下图1-2所示。图1-2烟感探测器在1957年，美国制造出了世界上第一台可以在城市环境中完成自动消防报警的设备，在随后的半个世纪里，探测技术、监控技术的发展日渐成熟，火灾监测技术进入了一个超高速发展的轨道。目前，美国、日本、英国等工业发达国家不能说他们已经全面实现数字化集成化的消防报警，但是他们的技术发展已经到达了可以快速寻找定位并实施消防营救的地步了。我国由于没有雄厚的科技基础，直到七十年代末，消防报警系统才开始向现代化自动化方面进行发展，而消防报警设备真正更新是在改革开放以后，外国高科技企业将大量先进技术引入中国市场。从技术方面分析，火灾探测技术一直都是自动报警技术的最主要内容，当前大量使用利用模拟量探测技术进行火灾预警报警，基于它的线程少，处理能力过于僵化，所以超早期火灾预警技术慢慢的就入了人们的视野，渐渐发现该技术把灵敏度的提高和火灾发生前后物质的变化作为了研究重点。另外，将粒子测量计数技术用在火灾探测，利用气体一段时间内的成分改变进行火灾探测的技术研究前景也非常有前途。以消防报警技术为核心的建筑消防系统是预警和防火的重要保证。近年来火灾事故频发的原因基本上都是由于安装范围小，即便是在中小型公众聚集场所，社区民居甚至一些容易发生火灾的高层住宅也没有安装正规的消防报警系统，防范措施严重不到位。如今欧美发达国家已经开发出高灵敏度的烟雾探测和报警系统，可以在洁净空间中完美使用。与普通火灾探测系统比较，其探测优势显而易见，灵敏度上升了了两到三个级别甚至更多。它是用每平方米内细小微粒的数目提高的多少来鉴定火灾有没有发生，该系统可以确定在火灾发生前几小时甚至几天内是否存在隐藏的火灾威胁，完成超早期消防报警的功能。消防报警技术需要基于国际发展的新形势，提高研发速度和进度，尽可能的掌握关键核心的技术，此外还要将目光投射到其他领域，寻找更多先进的衍生技术运用到消防报警方面，例如生物预警、感应技术，这些都是为了让报警技术走向可靠、可行、可信层面。只有通过不懈努力研究才能更好的预防和应对火灾的发生，从而使得民众的生命财产安全得到保护。

1.3课题主要研究内容该设计的主要内容是设计一个基于PLC的消防报警器，可以自行启动高层建筑消防报警功能，除了完成报警功能外，还需要有多种衍生的功能，例如灭火联动，防排烟系统的设计，广播系统的设计等。主要设计内容：设计一个可以同时检测三个楼层的消防报警系统，完成各种传感器与PLC的硬件接口连接及软件调用，就火灾探测器而言，本设计选择的是烟感探测器和温度探测器。它们采用微处理器控制，有自动复位和断电复位两种选择，外壳是金属，可以屏蔽电磁干扰，具有很强的环境适应性，稳定性强，采用了SMT工艺。较之于普通的消防报警器，其对于火情的监测和对于火场的感应都是十分契合的。课题选择了西门子PLC作为MCU，具体的型号参数在下文会具体介绍。研究的方法和措施（1）在网上或图书馆广泛查阅一些现在国内外对于消防报警器的研究，寻找到对自己有用的信息，摘抄记录。（2）认真撰写课题的开题报告和任务书，确定研究的路线和方向，熟悉相关的资料和要求。根据所有的资料确定程序流程和各级步骤。（3）根据已有的资料和要求确立最终的制作方案，设计出各个研究的硬件部件，然后组成一个完整的硬件系统。（4）利用西门子S7-200系列软件完成对于PLC软件部分的编制并调试。第二章消防报警系统总体设计2.1总体设计框图系统总体设计框图如下图2-1所示。图2-1系统总体设计框图该系统主要由控制器、火灾探测器、火警电话、火警按钮、现场警铃、报警显示器、报警声光和灭火联动构成。其中火灾探测器、火警电话和火警按钮都是用来自动或者手动发射消防报警信号的部件，即报警系统中的触发件，火灾探测器的功用是将火灾现场产生的大量烟雾和非正常温度通过一些电气元件转化为电信号。系统在控制器中先预设好现场正常情况整定值，然后利用火灾探测器将转化的电信号传递给控制器，控制器的本质就是一个PLC元件。随后控制器比较正常值和信号值，采用报警声光或者在显示器上显示的方式来传递火场信息，也可以用现场警铃来实现，最后按照火情的严重程度考虑是否启动灭火联动装置。2.2总体设计方案2.2.1火灾探测器设计方案顾名思义，火灾探测器可以检测到火灾情况并将其传递出来，它是消防报警系统中不可或缺的传感部分，也是各种不同报警系统中的重要组成部分。探测器的作用可以被分为两部分。第一阶段是对火场情况的响应：火灾现场会产生浓雾，高温和一些光学辐射，而火灾探测器就可以接收到这些数据。第二阶段是对于火场情况的转换：探测器将监测接收到的数据转化为消防报警信号，大部分都是电信号。以下就是本次火灾探测器设计的的三种选择： （1）烟感探测器：顾名思义，就是利用火灾产生的烟雾来反映火场情形的一种探测装置，其工作原理也比较常见，由烟雾电离产生的正、负粒子在稳定电场的作用下分别向正负极运动。通常的情形下面，电离场所的里外电流和电压的波动都是比较小的，一旦有烟雾溢出电离室，导致浓度上的变化，那么带电粒子的运动情况就会发生较大改变，从而使得电压、电流的数值发生波动，影响电离环境得内外平衡，所以在这样的情况下就会发射信号。另外一种探测器叫做光电感应探测器，其组成部分是一个发光元件和一个光敏元件，普通光源发射出来的光线，由透镜发射到光敏，这样电路就会正常运转，一旦发生烟雾溢散或是被切断的情况，那么光信号的变化就会转变成电信号的改变，然后利用电子显示屏来显示。此类探测器是最常用的一种，多用于民用建筑消防报警，具有制作工艺良好，灵敏度高，报警性能好等特点。感烟探测器实物图如下图2-2所示。图2-2感烟探测器感烟探测器散射原理图如2-3所示。图2-3散射原理图散射图原理：烟粒子位于中心位置，入射光束，从Z方向射入，烟粒子经光照射在XY平面上产生的投影点为（X,Y,0），在YZ平面上产生的投影点为（X,Y,Z）或者（R,θ，φ）。感烟探测器就是通过接受散射产生的各个点的信号来进行监测的。下面显示光电烟雾探测器的原理图。在火灾未发生时，原理图如2-4所示：图2-4原理图原理：在火灾未发生时，光线从下方射入，内部无散射现象发生，此时LED灯2正常发光，通过电源电压为5V的光电探测器，在电流表上显示无电流，即为无火灾发生。火情出现后，原理图如2-5所示：图2-5原理图原理：在火灾发生时，火场光线从下方射入，进入探测器内部发生散射，此时LED灯2非正常发光，通过电源电压为5V的光电探测器，在电流表上显示最大电流0.1mA，即为火灾发生。（2）热感探测器。这使用的是一个金属热膨胀和收缩的功能。通常，检测器的电路断开;当温度升高到一定值时，由于金属的膨胀和延伸导体导通，从而发出信号。一种是当温度上升到其熔点(70~90℃)时，利用某些金属的可熔性来固定检测器中的低熔点合金金属熔化，利用弹簧的力量使触点碰撞，连接电路并发送信号。这两个探测器都是固定温度型。也就是说，当外界温度超过一定限度时，就会产生报警信号;还有一个温差类型，在一定时间内如果温度上升到某一规定值时，就会产生一定信号。将以上两者结合起来，就成为一种差分固定温度组合。这些探测器不太稳定，不适合大规模使用。复合热探测器如下图2-6所示。图2-6复合热探测器（3）光辐射探测器。其中一个是红外辐射探测器。当材料燃烧时，化学反应产生闪烁的红外辐射信号，引起硫化物的红外光敏元件被感应，然后变成电信号。经过放大后，可以向人们示警。另一种是当有机化合物燃烧时由UV辐射探测器产生的火焰中的外部光，使紫外光敏管的电极激发出离子，电路报警由继电器来打开和关闭。光辐射探测器是现实生活中曝光次数最少的，它的使用条件十分严苛，对于火灾爆发地的环境很依赖。点型热辐射探测器如图2-7所示。图2-7点型热辐射探测器2.2.2控制器设计方案在当今的消防报警系统中使用的火灾探测器种类繁多。首先介绍一下控制器的功能，控制器在系统中是一个核心的地位，当火灾发生时，探测器接收到火场信号或者人为触碰到触发装置时，控制器就会接收到转换而来的电信号然后发出声音或者开启强光报警，并且显示火场地址以及显示火情。如果在系统中存在设备出现故障，即使当前没有发生火情，也会发出故障警报与信号。如果在故障报警期间发生火灾，控制器会有一个优先报警机制即优先传递火警信号，在火情得到缓解后，继续汇报原来的故障。最后一个功能并不常用，控制器上安装有自检模块，会不定期的模拟火灾发生的场景，并且给出合适的解决方案，以备后用。控制器类别众多，为更好的区分，所以制定了一些分类准则。按照控制范围的大小可分为：区域消防报警控制器、集中消防报警控制器和控制中心消防报警控制器。三种报警控制器如下图2-8所示。图2-8报警控制器（2）按结构型式可分为:壁挂式消防报警控制器、台式消防报警控制器、框式消防报警控制器。（3）按系统布线方式分为：多线制消防报警控制器、总线制消防报警控制器。（4）按内部电路设计分为:普通型消防报警控制器、微机型消防报警控制器。（5）按信号处理方式分为：有阈值开关量消防报警控制器、无阈值模拟量消防报警控制器、具有分布智能的高级消防报警控制器。（6）按其防爆性能分为:防爆型消防报警器控制器、普通型消防报警器控制器。（7）按其容量分为：单路消防报警器控制器、多回路消防报警器控制器。（8）按其使用环境分为:陆用型消防报警器控制器、船用型消防报警器控制器。2.2.3灭火联动设计方案首先介绍一下灭火联动系统的概念，从广义上，控制器也属于灭火联动系统，鉴于上面介绍过控制器的原理分类，所以下文主要介绍其他联动装置。在火警系统中，当收到火警信号时，可以选择自动或手动的方式来启动相关消防安全设施并且可以显示设备正常工作状态的装置称为消防联动设备，消防联动装置主要包括消防泵系统、防排烟系统、广播系统等。消防联动系统中的每一个装置都是有联系的，当火灾发生时，广播系统发出声音，这段声音是预设在系统中的，让大家有序撤离火场，做到不慌不乱，以减免人员的损伤，同时防排烟系统开始运行，风扇转动，驱散溢出的烟雾和其他有毒气体，尽可能的保障人民群众的生命财产安全，确定人员基本撤离后，消防泵系统开启，水箱供水，然后由喷淋泵开始在火场进行灭火，优先扑灭较大的火点，最大限度的保护建筑物的完整性。灭火联动系统的设计意义重大，在监测到火灾并将其预防解决，扼杀于摇篮之中，才是一个良好的消防报警系统。本课题采取的方案是用互锁模式将烟感探测器进行控制，避免了其他楼层火灾情况的误报，阻止了各层火灾的串联，此外该系统采用了多线程多回路的设计，可以提高联动系统的精确性，由于其可塑性和可调节性，这对于未来进一步的深入研究有着重大的意义，也为我国在这方面赶超欧美发达国家奠定了良好的基础。第三章系统的硬件设计3.1消防报警系统的主要部件消防报警系统主要由报警系统、控制系统和灭火联动系统组成的。报警系统中主要包括烟雾探测器和温度探测器以及其他一些电源模块设备。灭火联动系统主要包括了喷淋泵、水箱、排烟机和广播设备。控制系统主要包括了PLC硬件和各类引线开关以及其他一些关键零部件。上述三个系统就组成了整个自动报警系统，这三个系统相互关联，都是通过电路来连接的，一旦其中一个出现故障，势必会影响到整个系统的运作。灭火联动系统与报警系统都是控制系统的子系统，它们两个系统都是通过控制系统来完成各项工作的。系统的主要部件见表3-1。表3-1系统主要部件表编号名称用途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报警器发出报警灯、指示灯等信号4喷淋泵为灭火系统提供灭火用水5感烟探测器检测火灾信号6感温探测器检测火灾信号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编号名称用途19防火门阻止火势蔓延和烟气扩散20排烟机将室内烟雾向外排出21广播装置播报语音3.2探测器的选择考虑到本次设计是针对高层建筑防火灭火系统，需要体积小，精度高，寿命长的探测器，所以本次设计采取了气敏探测器，它是感眼探测器中较为常用的一种，灵敏度极高，在市政工程和军用场地广泛使用。本次采用的是气敏探测器，当探测器检测到火灾散发的烟雾中一氧化碳浓度超过预定值0.9mL/L时，就会给报警系统传输电信号，等待报警系统做出回应或是打开其他消防联动装置扑灭火灾。气敏传感器如下图3-1所示。图3-1气敏传感器以下对气敏探测器敏感的火灾环境：在火灾刚爆发的阶段，火势并没有蔓延，火场中只产生了大量的浓烟，火场的温度并不高而且也没有强光辐射，没有其他干扰因素来降低探测器的侦查灵敏度。3.3消防报警控制器的选择消防报警控制器类别太多，本次设计就选择了区域报警控制器。这个报警控制器属于集成型，体积小，精确度高，可以适配多种火警探测器。广泛应用于高层消防报警系统，能够同时观察并控制多个楼层的火灾情况，甚至可以在火灾阴燃阶段，及时发现火源然后传递信号给联动装置来采取应急措施扑灭火源，将灾难扼杀于摇篮之中。项目中使用的控制器具有消防报警，故障预警，火灾优先，时钟存储等多种综合功能。型号TWH8778是火灾区域报警控制器功率开关，它的功能是使喇叭BL在接收到信号的情况下发声报警，运算放大器和外部的电路一起组成了一个电压比较装置。稳压管的电压值为12V，当没有火灾发生的时候，没有烟雾，所以气敏传感器的电阻阻值很大，R2所分到的电压值非常小。当火灾发生时，空间内的气温急剧上升，产生大量烟雾，气敏传感器的阻值迅速下降，使得R2分到的电压值变大。通过控制RP的大小可以在第一时间发现火灾的初现。控制器电路图如下图3-2所示。图3-2控制器电路图3.4PLC型号的选择PLC的发展已有100多年，国内外生产PLC的厂商如过江之鲫。本次设计采用的是西门子系列的PLC，因为从设计的主体和参数要求来分析，西门子系列的PLC可以满足我的所有设计需求，由于大学期间我学习了S7-200，所以本次设计采用了西门子S7-200CPU226PLC组成该系统的控制部件。（1）分析控制系统的要求制定了PLC的输入I/O口表3-2（a）所示。（2）分析控制系统的要求制定了PLC的输出I/O口表3-2（b）所示。表3-2（a）输入I/O口表表3-2（b）输出I/O口表输入符号地址功能描述HV1I0.0区域1感温探测器HV2I0.1区域1感温探测器HV3I0.2区域1感温探测器HA1I0.3区域1感烟探测器SB1I0.4区域1启动按钮SB2I0.5区域1关闭按钮HV4I0.6区域2感温探测器HV5I0.7区域2感温探测器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关闭按钮SB7I2.2系统复位按钮KSI2.3速度继电器输出符号地址功能描述HL1Q0.0区域1现场报警HL2Q0.1区域1监控报警HV1Q0.2区域1水泵电磁阀HV2Q0.31号防火门电磁阀HV3Q0.4区域1排烟电磁阀HL3Q0.5区域2现场报警器HL4Q0.6区域2监控报警YV4Q0.7区域2水泵电磁阀YV5Q1.02号防火门电磁阀YV6Q1.1区域2排烟电磁阀HL5Q1.2区域3现场报警HL6Q1.3区域3监控报警YV7Q1.4区域3水泵电磁阀YV8Q1.5区域3排烟电磁阀KM1Q1.61号泵停启KM2Q1.72号泵停启（（3）根据整理出的I/O分配表画出PLC的外部接线图3-3所示。（4）对于PLC控制器内存数值的考量：各个I/O分配口和其他控制器件占据的内存量约为：开关量输入元件：10～20B/点；开关量输出元件：5～10B/点；定时器/计数器：2B/个；通信接口：一般情况下，每个通信接口需要300B空间以上。（5）在选择PLC元件容量时，一方面要考虑控制要求是否能够达到，还需要注意是否有足够的额外空间来作为备选。根据以往的学习和查阅到的资料显示，在考虑存储空间时，要预留出要求容量的15%-20%。图3-3PLC外部接线图3.5消防泵设计消防泵是灭火联动系统中比较重要的一部分，通常由喷淋泵、进水管、排水管、放水阀和电磁阀组成。在火灾发生的时候，由探测器监测到的火灾信号，先是转化为电信号传递给了控制系统，然后控制系统再将信号传递给消防联动系统，人为或者自动的打开了消防泵的开关，此时进水管打开，排水管关闭，各个电磁阀门闭合，水位上升到一定界限时自动开启喷淋泵开关，于是开始浇灭火场火源，与此同时，向消防系统发出信号，或是在屏幕上显示此时的工作状态，当火情得到扼制后，该开关可以自动关闭或者通过主控系统关闭，此时可以完成一次完整的灭火行动。消防泵的一用一备工作原理图如下图3-4所示。图3-4消防泵的一用一备工作原理图3.6防排烟系统的设计防排烟系统是消防联动系统中不可缺少的一部分，考虑到火灾现场各种有毒气体密布，为了保障困于火场中的人的生命安全和现场救援人员的救援难度，防排烟系统设计的重要性就体现出来了，其工作原理就是当感烟探测器向控制中心控制发现警报信号后排烟阀门打开，排烟风机开始运行转动，系统可以事先预设风力值的大小，也可以由人为控制风力的大小，当现场温度过高时，例如超过300摄氏度时，排烟系统自动停止工作，直到温度下降到正常值时，才会继续开启系统。当发生火灾时，考虑到空调系统和排烟系统的冲突，设定排放烟雾的优先顺序。下图3-5是排烟风机的主电路图。图3-5排烟风机主电路图一旦有烟雾逸散，线圈KA1得电，其辅助常开触头就会关闭，线圈KM1得电，那么辅助常开触头就会闭合，使得运行指示灯HL2亮，这时候防排烟风机处于运行状态；按下开关SB1时，线圈KM1得电，其辅助常开触头闭合，运行指示灯HL1亮，防排烟风机处于手动运行状态。在任何运行状态下，开关KH在过载时打开，然后排气扇停止。下图3-6是防排烟风机的控制电路图。图3-6防排烟风机的控制电路图3.7广播系统设计广播系统在灭火联动系统中时最容易被忽视的，但它实际上起着非常重要的作用。广播系统一般都是和消防主机系统直接相连的，它是用来自动或者手动播报火场逃生信息的装置，也是火灾现场用来疏散群众，引导逃生路线的必备元件，一般由信号放大器，扬声器和消防音源构成。本次设计采用的是SD8100型号的广播装置，与别的广播系统不同的是，它采用了独有的专用总线来控制整个系统和系统内的所有元件，当火情初现的时候，由SD8012广播系统来对所有场所进行语音播报，利用SD8009广播分配盘可以用自动或者手动的方式来打开所有的广播。SD8100广播系统如下图3-7所示。图3-97SD8100广播系统现在很多场所考虑到节约成本的问题，就把音乐系统和广播系统合并，在未发生紧急情况时，音乐系统优先播放音乐，但是当有突发情况，比如说火灾，地震时，立即切换到应急模式，即打开广播系统并用最大音量来安抚被困群众，引导正确的逃生路线与注意事项。下图中S为音量调节开关，K为中间继电器。在没有发生火情时，消防联动点出不存在电压，此时广播系统正在播放音乐，而且利用开关S进行音量的调节，图中“1”处为最大音量，“4”处关闭。一旦初现火灾，消防联动点就会有电压输入，位于中间的继电器K得电，它的常闭触头断开，广播系统启用最大音量进行广播播放以达到疏散被困人员的目的。图3-8为广播系统的工作原理图。图3-8广播系统的工作原理图3.8电源装置的选用民用消防报警系统是一种安全用电装置，电源电压不宜过大，否则易造成超负荷，使得电路瘫痪造成安全隐患。系统主电路电源必须使用消防电源，光电池或其他电源装置只能用作备用电源，电源模块不仅仅是为了报警系统输电，还要为消防联动系统提供电力，以保证整个系统的安全运行。一般情况下，电源设备的选取原则是满足所有用电设备的需求，并不需要考虑其他问题，但是装置的额定输出电流必须要略大于实际需要的。选择的电源设备输出功率一定要超过实际使用的功率，即各个元件的使用之和，但是还需要预留下25%以备紧急情况。还需要考虑的是，探测器装置、PLC和I/O口电源设备都需要有单独的线路，防止串线给维修带来不必要的麻烦。而且监测的线路一定要有足够强度，避免因为电流过大烧坏导线。PLC输入电路最好采用稳压电源，使得输入信号平稳，尽避免系统收到错误讯息。要注意的是，I/O口的接线也是十分精细的。3.9硬件设计总结以上就是整个硬件系统的介绍，包括了所有的元器件。当发生火灾时，系统的电源接通，整个系统开始运行，探测器将信号采取自动或手动的方式传递给控制系统，由控制系统进行判断，随即打开自动报警系统，然后根据火场情况，开启消防联动系统，包括灭火系统，水箱，防排烟系统，广播系统。第4章系统的软件设计4.1程序流程程序流程图如下图4-1所示。图4-1程序流程图本次设计中，主要是利用了一些逻辑指令、继电装置和一些计数装置来通过本次的程序设计。根据任务书上的控制要求，需要对三个楼层进行统一的控制管理，把它们看作是一个整体，把三个楼层简化为三个区域，设计了一个并联的程序，即可以同时联动实施或者自动报警，这样设计有利于将简化系统冗余的线路，减轻线路传输信息的压力，软件编制方面也可以去除多余子程序和端口。使得功能网络十分清晰，一目了然。4.2程序编制4.2.1区域1自动报警灭火系统的启停区域1自动报警灭火系统的启停程序图如下图4-2所示。图4-2区域1自动报警灭火系统的启停从这个程序段中，可以发现I0.0、I0.1、I0.2、I0.3或I0.4这几个端口是用来开启该区域自火灾自动灭火系统的，无论是哪一个端口闭合，这个区域的自动报警系统(Q0.0)都会随即做出回应，即开启系统的同时实现自锁功能，在这一阶段，程序还会将同时将T37启动，它是一个定时器元件，时间预设为30s，当30s时间限制到时，(Q0.2)、（Q0.3）、（Q0.4）这三个消防联动系统的组件开启；一旦感烟探测器（I0.4）监察到了火场信号，系统立刻就会打开其中的一个继电器感应线圈（M0.0）用来阻止另外两个区域的感烟探测器打开自己区域内的灭火联动装置；最后一步是打开停止按钮I0.5，然后关闭此位置的自动报警系统。4.2.2区域2自动报警灭火系统的启停区域2自动报警灭火系统的启停程序图如下图4-3所示。图4-3区域2自动报警灭火系统的启停从这个程序段中，可以发现I0.6、I0.7、I1.0、I1.1或I1.2这几个端口是用来开启该区域自火灾自动灭火系统的，无论是哪一个端口闭合，这个区域的自动报警系统(Q0.5)都会随即做出回应，即开启系统的同时实现自锁功能，在这一阶段，程序还会将同时将T38启动，它是一个定时器元件，时间预设为30s，当30s时间限制到时，（Q0.7）、（Q0.3）、（Q1.0）、（Q1.1）这四个消防联动系统的组件开启；一旦感烟探测器（I1.1）监察到了火场信号，系统立刻就会打开其中的一个继电器感应线圈（M0.1）用来阻止另外两个区域的感烟探测器打开自己区域内的灭火联动装置；最后一步是打开停止按钮I1.3，然后关闭此位置的自动报警系统。4.2.3区域3自动报警灭火系统的启停区域3自动报警灭火系统的启停程序图如下图4-4所示。图4-4区域3自动报警灭火系统的启停从这个程序段中，可以发现I1.4、I1.5、I1.6、I1.7或I2.0这几个端口是用来开启该区域自火灾自动灭火系统的，无论是哪一个端口闭合，这个区域的自动报警系统(Q1.2)都会随即做出回应，即开启系统的同时实现自锁功能，在这一阶段，程序还会将同时将T39启动，它是一个定时器元件，时间预设为30s，当30s时间限制到时，（Q1.0）、（Q1.4）、（Q1.5））这三个消防联动系统的组件开启；一旦感烟探测器（I1.7）监察到了火场信号，系统立刻就会打开其中的一个继电器感应线圈（M0.2）用来阻止另外两个区域的感烟探测器打开自己区域内的灭火联动装置；最后一步是打开停止按钮I2.1，然后关闭此位置的自动报警系统。4.2.4喷淋泵的启停喷淋泵的启停程序图如下图4-5所示。图4-5喷淋泵的启停程序由于喷淋泵结构比较复杂，所以为了简化系统，三个点的消防联动系统Q0.2、Q0.7、Q1.0都是通过一个喷淋泵来实现工作的，一旦其中任何一个触点被打开，就会使得另外的常开触点也被闭合，这个时候系统自行打开1号喷淋泵；如果1号喷淋泵因为组件缺失发生错误进而导致运动停滞时，那么速度继电器（I2.3）就会自行打开定时器T40，定时时间预设为5s，只要定时的时间截止，那么2号喷淋泵就会直接自行开启工作；如果三个区域内都没有检测到火灾信号时，Q0.2、Q0.7、Q1.0这三个组件就会自行锁死，输出线圈（Q0.6）关闭，1，2号喷淋泵停止运转。4.2.5系统复位与限时程序系统复位与限时程序图如下图4-6所示。一旦触碰按钮（I2.2），整个系统就会自行恢复原始状态，三个区域内的感烟探测器也会停止工作，由它们打开的中间继电器线圈M0.0、M0.1、M0.2将被闭合，几个感烟探测器之间也恢复各自的自锁状态，灭火联动系统的各项功能也随之恢复，通过这些也就规避了在火灾被扑灭后，一些联动的报警系统被关闭，一旦区域内任留有未被清除干净的烟雾，三个区域的感烟探测器就可能会进行多次开启本辖区自动报警灭火系统。这样就避免了错报误报现象。图4-6系统复位与限时程序图在喷淋泵（Q0.6）开启的瞬间，定时元件T41同时被打开,T41预设的时间是6分钟，一旦到达规定时间,T41元件就会打开另外一个延时预设时间是6分钟的定时器T42，同时也会打开中间继电器的线圈M0.6，并且会果断切断定时元件T41。在扑灭火灾的时候，由于考虑到安全问题，开关Q0.6得到电信号，但是任然关闭，系统随即强行切断T41。如果T42预设的时间到时，它就会顺序打开接下来的同类元件T43，同样的，预设的延时时间为6分钟并且让自己处于丢失电信号的状态。周而复始，每次T42元件延时一次，那么C0作为计数元件就会显示一次计数次数，一旦次数超过六次，那么系统就会自动关闭，停滞所有功能。两个定时元件因为考虑到接线的问题，所有共同使用同一个常开开关Q0.6.如果人为关闭消防联动系统，系统运行时间不超过1小时，那么两台定时器立即停止工作。随后计数器只有在打开开关I2.2才能得以复位。结论整个毕业设计历经十三周，在这段漫长的日子里，无论是知识层面上还是意识层面上，我都收获颇多。客观的来说，当我刚接触到消防报警这个课题时，我并没有仔细的去审视课题本身，而是仅凭主观臆断认定这个设计十分简单，毫无意义，这样固化的思维方式也给我初期的研究造成了不小的阻挠。随着研究的深入，我发现我对于本专业有了全新的认识，在机械电子方面的软硬件知识得到了大大提升。通过本次设计，我对于各种火灾探测器，控制器有了一定的了解，尤其在CAD制图和s7-200两个软件方面有了巨大的进步，填补了自己在这方面的空缺。当看到火灾对于人们的危害时，我充满了斗志和干劲，决心认真研究，为消防报警方