基于PLC火灾自动警报

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1、 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、消防系统的构成以与原理。简要介绍楼宇消防发展的历史、国外发展的状况、楼宇消防系统组成与选题的背景与意义。讨论了火灾探测器的分类、探测原理与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、结构与基本原理等，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、要求与设计方法。最后介绍了楼宇消防PLC控制系统的程序设计与

2、实现。本系统将火灾报警系统与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摘要本文提出了一种由可编程控制器(PLC)控制的火灾自动探测报警控制器。将烟感、温度探测器接入PLC，经PLC逻辑判断，经专用声光报警集成电路来进行火灾报警、异常报警(烟感、温感其中之一动作)、故障报警，并发出不同的声光信号、显示出事故类型与位置。本控制器适用于总建筑面积不超过100om2的各种地方，如图书馆、档案馆、计算机房等处。由于PLC系统集成度高、杭干扰性强、编程简单、系统便于开发和维护与升级，因此目录1前言2火灾

3、报警电路的简介2.1火灾自动报警控制电路2.2火灾探测器2.3火灾自动报警控制器2.4联动控制器2.5电路其它器件2.6火灾现场报警装置2.7消防通讯信号2.8灭火电路的控制2.9二线制火灾报警控制电路设计3火灾报警电路的总体设计3.1本设计的主要容和要求3.2总体设计思路3.3电路总体配线3.4电路软件设计3.5本电路的不足与改进3.6总结致参考文献plc-fx系列基本指令plc程序流程图plc梯形图35 / 401引 言随着信息社会的发展，建筑越来越成为人类环境中的一个组成，从工业社会到现代化建筑的概念转向面对信息社会的需求，智能建筑正在世界围蓬勃发展，并在大量的建筑实践中取得了显著地成效

4、。实践证明，随着社会和经济的发展，消防工作的重要性就越来越突出。由此,火灾报警器在消防工作就的作用也尤为突出了。我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。但目前国厂家多偏重用于大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所大型火灾报警系统的研发，他们采用集中区域报警控制方式，其系统复杂、成本较高。而在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位，需要设置一种单一或区域联网、廉价实用的火灾自动探测报警装置，因此，研制一种结构简单、价格低廉的语音数字联网火灾报警器是非常必要的。火灾自动报警系统，一般由火灾探测器、区域报警器和集中报警器组成；也可以根据工程的要求同各

5、种灭火设施和通讯装置联动，以形成中心控制系统。即由自动报警、自动灭火、安全疏散诱导、系统过程显示、消防档案管理等组成一个完整的消防控制系统。 火灾探测器是探测火灾的仪器，由于在火灾发生的阶段，将伴随产生烟雾、高温格火光。这些烟、热和光可以通过探测器转变为电信号报警或使自动灭火系统启动，与时扑灭火灾。 区域报警器能将所在楼层之探测器发出的信号转换为声光报警，并在屏幕上显示出火灾的房间号；同时还能监视若干楼层的集中报警器（如果监视整个大楼的则设于消防控制中心）输出信号或控制自动灭火系统。 集中报警是将接收到的信号以声光方式显示出来，其屏幕上也具体显示出着火的楼层和房间号，机上停走的时钟记录下首次报

6、警时间性，利用本机专用，还可迅速发出指示和向消防队报警。此外，也可以控制有关的灭火系统或将火灾信号传输给消防控制室。1.1国外发展状况据资料记载，世界上的古老城镇，一直是由了望员站在了望塔上观察火焰，发现火灾，用报警声给人们报警，并通知人们或消防队灭火，此种报替方式一直沿用了很久。19世纪中叶，西方国家的工程师率先将近代机械和电气技术应用于火灾预防与扑救。发明了早期的自动喷水灭火装置和火灾自动报誉装置。1847年，牙科医生Chinning和缅因大学教授Farmer开发研制了第一台用于城镇火灾报警的火灾报警发射装置。1852年安装在波士顿，从此，城镇火灾报警向前大大迈进了一步。最早的探测技术当推

7、1890年英国人研制的感温探测器。20世纪初，随着化学和化工技术的发展，开始了泡沫灭火剂的研制；同时，建筑结构与材料的防火技术也逐渐成为一个重要的研究领域。本世纪中期以来，消防技术也取得了很大的进步；物理学、燃烧学、流体力学和计算机技术等学科的进展，为开展火灾形成机理和成灾规律的研究提供了条件。本世纪50年代，美国哈佛大学的艾蒙斯(H.W.Enunons)教授提出了火灾模化的理论，为火灾科学的建立奠定了基础。1984年，英国爱丁堡大学庄斯戴尔(D.Drysdale )出版了专著火灾动力学，第一次对火灾科学的理论体系进行了系统的阐述。这便是现代高层消防报警系统的前身。本世纪50年代至70年代，感

8、烟火灾探测器出现，灵敏度比感温探测器大大提高，随着现代科技的发展，人们把电子技术应用到防火系统。发明了早期的火灾报警系统。二十世纪八十年代初，推出了新一代全新火灾报警控制系统。该系统智能集中于控制器部分，探测器输出模拟信号，由控制器对这些信号进行处理，判断是否发生火灾。它不仅解决了由于探测零点漂移而引起的非真实可靠探测的问题和探测器检查问题，而且提高了系统的抗干扰性，增加了可靠性。我国的消防技术的研究起步于1956年，从1980年开始了消防报警系统设备的研究，经过近二十年的发展，国的火灾报鳌系统也经历了从多线制到总线制的发展过程。由于我国消防报警设备起步较晚，技术一直落后于国外，因资金缺乏，国

9、生产消防报警设备的工厂、公司缺乏先进的火焰燃烧实验室，使得对火灾从初期阴燃到明火燃烧的数学模型与不同物质燃烧的状态、机理研究甚少，从而只能走引进国产化仿制自行开发的道路，故在进入九十年代后各厂家纷纷以引进技术或合资等形式来提高自己的竞争能力1。1.2主要研究容本文对探测器、可编程控制分别加以研究讨论，最后介绍了软件设计思路与软件程序。主要容如下:(1)探测器原理与结构;(2) 楼宇消防PLC控制系统的设计(3) 楼宇消防控制程序的设计与实现2 火灾自动报警系统简介2.1 火灾自动报警系统概述火灾自动报警系统能够在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量，通过感温、感烟和感光等火灾探测器

10、变成电信号，传输到火灾报警控制器，并同时显示出火灾发生的部位，记录火灾发生的时间。火灾自动报警系统的组成形式多种多样，它的发展目前可分为三个阶段1：1 多线制开关量式火灾探测报警系统。这是第一代产品，目前国极少数厂家生产外，它基本上已处于被淘汰状态。2 总线制可寻址开关量式火灾探测报警系统。这是第二代产品，尤其是二总线制开关量式探测报警系统目前正被大量使用。3 模拟量传输式智能火灾报警系统。这是第三代产品。目前我国已经开始从传统的开关量式火灾探测报警技术，跨入具有先进水平的模拟量式智能火灾探测报警技术的新阶段，它的系统的误报率降低到最低限度，并大幅度地提高了报警的准确度和可靠性。 2.2 火灾

11、自动报警系统设计要求在火灾自动报警系统中，火灾探测器长年累月地检测被警戒的现场或对象，当检测场所对象发生火灾时，火灾探测器检测到火灾发生的烟雾、高温、火焰与火灾特有的气体等信号并转换成电信号，经过与正常状态阀值或参数模型分析比较，给出火灾报警信号，通过火灾报警控制器上的声光报警控制器显示装置显示出来，通知消防人员发生了火灾。同时，火灾自动报警系统通过火灾报警控制器启动警报装置，告诫现场人员投入灭火操作或从火灾现场疏散；启动断电控制装置、防排烟设备、防火门、放火卷帘、消防电梯、火灾应急照明、消防等减灾装置，防止蔓延、控制火势和求助消防部门支援；启动消火栓、水喷淋、水幕与气体灭火系统与装置，与时扑

12、灭火灾，减少火灾损失。一旦火灾被扑灭，整个火灾自动报警系统又回到正常监控状态。显然，要使火灾自动报警系统充分发挥作用，对火灾实现拟人化的监测和分析判断，要求火灾自动报警系统将微电子技术、微机控制技术、智能数据处理技术等技术融入系统主机所以我们可以将火灾自动报警系统的组成结构与功能关系绘出如图2.1图2-1火灾自动报警系统结构图示意2.3 火灾自动报警系统的基本组成火灾自动报警系统是由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置以与具有其它辅助功能的装置组成的火灾报警系统，在火灾自动报警系统中，自动或手动产生火灾报警信号的器件称为触发件，主要包括火灾探测器和手动火灾报警按钮。2.4 火灾探测器火灾探测器

13、是火灾自动报警系统的传感部分，是组成各种火灾自动报警系统的重要组件，是火灾自动报警系统的“感觉器官”。它能对火灾参数(如烟、温度、火焰辐射、气体浓度等)响应，并自动产生火灾报警信号，或向控制和指示设备发出现场火灾状态信号的装置。火灾探测器是系统中的关键元件，他的稳定性、可靠性和灵敏度等技术指标会受到诸多因素的影响，因此火灾探测器的选择和布置应该严格按照规进行。2.5 火灾探测器的分类根据不同的火灾探测方法可构成相应的火灾探测器，按照其待测的火灾参数不同可以划分为感烟式、感温式、感光式火灾探测器和可燃气体探测器，以与烟温、烟光、烟温光等复合式火灾探测器和多信号输出式火灾探测器（如下图）。感烟火灾

14、探测器是利用一个小型烟雾传感器响应悬浮在其周围附近大气中的燃烧和热解产生的烟雾气溶胶的一种火灾探测器，一般情况下制成点型结构，主要有离子式和散射光式两种类型。此外，减光式感烟火灾探测器有点型和线性两种结构，其中线型结构一般制成主动红外对射式线性火灾探测器。感温式火灾探测器是利用一个点型或线缆型火灾参数传感器来响应其周围附近气流的异常温度和升温速率的火灾探测器，其结构有点型和线缆型两种，当前使用较为广泛的是点型电子感温火灾探测器和线缆型易熔金属感温火灾探测器。感光式火灾探测器是根据物质燃烧过程中火焰的特性和火焰的光辐射强度而构成的用于响应火灾时火焰光特性的火灾探测器，一般是制作成被动式紫外或红外

15、火焰光探测器。可燃气体探测器是采用各种气敏元件或传感器来响应火灾初期物质燃烧产生的烟气体中某些气体浓度或液化石油气、天然气等环境中可燃气体浓度以与气体成分的探测器，一般其结构为点型，当前用于火灾探测的可燃气体探测器主要采用催化燃烧式或三端电化学式探测原理。图-2.2火灾探测器分类型谱2.6本章小结本章节主要讲述了火灾自动报警的组成形式以与发展的三个阶段，其火灾自动报警的在现场的设计要求，以与火灾探测器的分类。3 系统的设置随着新产品的不断出现，火灾自动报警系统也由传统型向现代火灾自动报警发展。在诸多的产品中以区域报警和集中报警控制器的应用最为广泛，以下介绍两者的设置。3.1 区域报警控制系统区

16、域报警控制系统是火灾自动报警系统组成的一种形式，它是由电子元件组成的自动报警和监控装置。当探测器检测到火灾信号，电子线路将火灾信号转换为电压或数字信号，通过导线传输到区域报警器，经过处理后发出声光报警信号，同时将火灾部位传输给集中报警控制器，适用于较小围的保护。有些区域报警控制器可单独组成系统进行消防灭火自动处理。区域报警控制器的设置应该符合以下的规定：（1） 一个报警区域应设置一台区域报警控制器，系统中区域报警控制器不应该超过3台。（2） 当用一台区域报警控制器警戒数个楼层时，应在每层各楼梯口明显部位装设识别楼层的灯光显示区域。（3） 区域报警控制器安装在墙上时，其底边距地的高度不应小于1.

17、5m。靠近门轴的侧面距墙不应小于0.5m，正面操作距离不应小于1.2m。（4） 区域报警控制系统宜设在有人值班的房间或宾馆每层服务台。3.2 集中报警控制系统集中报警控制系统是有电子线路组成的集中自动监控报警装置，各个区域报警巡回检测带的信号均集中到这一总的监控报警装置。它具有部位指示、区域显示、巡检、自检、火灾报警音响、计时、故障报警、记录打印等一系列功能，在发出报警信号同时可自动采取系统的消防功能控制动作，达到消防的目的和手段，适用于较大围多个区域的保护。集中报警控制器的设置应该满足以下规定：(1) 系统中应设有一台集中报警控制器和两台以上区域报警控制器。(2) 集中报警控制器的容量不宜小

18、于保护围探测区域总数。(3) 集中报警控制器距墙不应小于1m，正面的操作距离不应小于2m。(4) 区域报警控制器的设置应符合上述区域报警控制系统的有关要求。3.3 控制中心报警系统由消防控制室的消防控制设备、集中火灾报警控制器、区域火灾报警控制器和火灾自动报警探测器等组成，或由消防控制室的消防控制设备、火灾报警控制器、区域显示器和火灾自动报警探测器等组成，功能复杂的火灾自动报警系统。系统的容量较大，消防设施控制功能较全，适用于大型建筑的保护。(1) 系统中应至少设置一台集中报警控制器和必要的消防控制设备；(2) 设在消防控制室以外的集中报警控制器，均应将火灾报警信号和消防联动控制信号送至消防控

19、制室；(3) 区域报警控制器和集中报警控制器的设置，应符合上述控制中心报警系统的有关要求。3.4 本章小结本章主要讲了区域报警控制系统的设置以与符合规定，集中报警控制系统的功能和设置，以与控制中心系统的组成和要求。4 PLC的定义由于PLC在不断发展，因此，对它下一个确切的定义是困难的。在二十世纪七十年代PLC问世后，由美国电气制造商协会(National Electric Manufacturer AssociationNEMA)对PLC下过如下的定义8：PLC是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程

20、进行控制。1982年，国际电工委员会(International Electrical CommitteeIEC)颁布了PLC标准草案，1985年提交了第2版，1987年的第3版对PLC作了如下的定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC与其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计9。上述的定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，它有与其

21、他顺序控制装置不同的特点。4.1 PLC的特点PLC能如此迅速发展的原因是由于它具有通用计算机所不与的一些下列特点5：(1) 可靠性。对可以维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性PLC的可靠性高，表现在下列几方面：与继电器逻辑控制系统比较，PLC可靠性提高的主要原因：PLC不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少。与此同时，系统的维修简单、维修时间缩短，因此可靠性得到提高。PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如冗余设计、掉电保护、故障渗断和信息保护与恢复等，使可靠性得到提高。PLC有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点，因此对操作和维修人员的技能

22、要求降低，容易学习和掌握，不容易发生操作的失误，可靠性高。与通用的计算机控制系统比较，PLC可靠性提高的主要原因：PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制系统更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了经简化的编程语言，编程的出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。因此，PLC的可靠性较通用计算机控制系统的可靠性有较大提高。在PLC的硬件设计方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的元件；采用先迸的工艺制造流水线生产；对干扰采用屏蔽、隔离和滤波等，设有对电源的掉电保护、存储器容的保护并采用看门狗和其他自诊断措施、便于维修的设计等等。

23、在PLC的软件设计方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波，软件自诊断、简化编程语言、信息保护和恢复、报警和运行信息的显示等等。一份用户选用PLC原因的调查报告指出，在各种选用PLC的原因中，第一位的原因是由于PLC可靠性高的用户达93。其次，才是性能和维修方便等原因。可见，可靠性高是PLC的主要特点。(2)易操作性PLC的易操作性表现在下列三个方面：操作方便。对PLC的操作包括程序输入的操作和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行程序输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操

24、作也可直接根据所需的地址编号、继电器编号或触点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT屏幕上显示。所以PLC具有操作方便的特点。编程方便。PLC有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，梯形图由于与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。所以有利于程序的编写和学习。采用布尔助记符编程语言时，由于符号是功能的简单缩写，十分有利于编程人员的编程。虽然功能表图、功能模块图和高级描述语句的编程方法应用尚未普与，但是，由于它们具有功能清晰、易于理解等优点，正为广大技术人员所接纳和采用并发挥出更有效的功能特点。维修方便。PLC所具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低了。当系

25、统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可根据有关故障信号灯的提示和故障代码的显示，或通过编程器和CRT屏幕的显示，很快地找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。为便于维修工作的开展，有些PLC的制造企业提供了维修用的专用仪表或设备，提供了故障树等维修用的资料有些厂商还提供维修用的智能卡件或插件板，使维修工作变得十分方便。PLC的面板和结构的设计也考虑了维修的方便性，例如，对需维修的部件设置在便于维修的位置，信号灯设置在易于观察的部位，接线端子采用便于接线与更换的类型等，这些设计使维修工作能方便地进行，从而大大节省维修时间。采用标准化元件和标准化工艺生产流水线作业，使维修用的

26、备品备件简化，也使维修变得方便。(3)灵活性PLC的灵活性表现在下列三方面：编程的灵活性。PLC采用的编程语占有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块图和语句描述编程语言，只要掌握其中一种语言就可以进行编程。编程方法的多样性使编程方便，应用面拓展。由于采用软连接的方法，在生产工艺流程更改或者生产设备更换时，可以不必改变PLC的硬设备，通过程序的编制与更改就能适应生产的需要。这种编程的灵活性是继电器顺序控制系统所不能比拟的。正是由于编程的柔性特点，使PLC能大量地替代继电器顺序控制系统，成为当今工业控制领域的重要控制设备。在柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CI

27、MS)和计算机集成过程控制系统(CIPS)qb，PLC正成为主要的控制设备，得到广泛的应用。扩展的灵活性。PLC的扩展灵活性是它的一个重要的特点。它可根据应用的规模不断扩展，即可进行容量的扩展，功能的扩展，应用和控制围的扩展。它不仅可以通过增加输入输出单元来增加点数，通过扩展单元来扩大容量和功能，也可以通过多台PLC的通信来扩大容量和功能，甚至可通过与集散控制系统(DCS)或其他上位机的通信来扩展它的功能，并与外部设备进行数据的交换等。这种扩展的灵活性大方便了用户。操作的灵活性。操作的灵活性是指设计的工作量大大减少，编程的工作量和安装施工的工作量大大减少，操作十分灵活方便，监视和控制变得容易。

28、在继电器顺序控制系统中所需的一些操作可以简化，不同的生产过程可采用一样的控制台或控制屏等。4.2 PLC的基本结构PLC的型号、规格繁多。它主要由中央处理单元CPU、存储器、输入、输出等部分组成10。(1)中央处理单元CPUCPU是PLC的核心，其主要作用是：接收从编程器输入的用户程序，并存入程序存储器中；用扫描方式采集现场输入状态和数据，并存入相应的数据寄存器；执行用户程序，从程序存储器中逐条取出用户程序，经过解释程序解释后逐条执行，完成程序规定的逻辑和算术运算，产生相应的控制信号去控制输出电路，实现程序规定的各种操作；通过故障自诊断程序，诊断PLC的各种运行错误。因此，CPU的性能对PLC

29、的整机性能有着决定性的影响。(2)存储器PLC的存储器用来存放程序和数据。程序分系统程序和用户程序。系统程序存储器该存储器存放系统程序(系统软件)。系统程序是PLC研制者所编的程序，它是决定性能的关键。系统程序包括监控程序、解释程序、故障自诊断程序、标准子程序库与其他各种管理程序等。系统程序由制造厂家提供，一般都固化在ROM或EPROM中，用户不能直接存取。系统程序用来管理、协调PLC各部分的工作，翻译、解释用户程序，进行故障诊断等。用户程序存储器该存储器存放用户程序(应用软件)。用户程序是用户为解决实际问题并根据PIC的指令系统而编制的程序，它通过编程器输入，经CPU存放入用户存储器。为便于

30、程序的调试、修改、扩充、完善，该存储器使用RAM。变量(数据)存储器变量存储器存放PLC的部逻辑变量，如部继电器、FO寄存器、定时器/计数器中逻辑变脸的现行值等，这些现行值在CPU进行逻辑运算时需随时读出、更新有关容，所以，变量存储器也采用RAM。现今用户程序存储器和变量存储器常采用低功耗的CMOSRAM与锂电池供电的掉电保持技术，以提高运行可靠性。通常PLC产品资料中所指的存储器容量，是指用户程序存储器而言，且以字(6位/字)为单位来表示存储器的容量。(3)输入输出接口(简称I/O)输入输出接口是CPU与工业现场装置之问的连接部分，是PLC的重要组成部分。与微机的I/O接口工作于弱电的情况不

31、同，PLC的I/O接口是按强电要求设计的，即其输入接口可以接受强电信号，其输出接口可以直接和强电设备相连接。对于小型PLC，厂家通常将I/O部分就装在PLC的本体部分，而对于中、大型PLC，各厂家通常都将I/O部分做成可供选取、扩充的模块组件，用户可根据自己的需要选取不同功能，不同点数的组件来组成自己的控制系统。为便于检查，每个I/O点都接有指示灯，某点接通时，相应的指示灯发光指示。用户可以方便地检查各点的通断状态。输入接口输入接口的功能是采集现场各种开关接点的状态信号，并将其转换成标准的逻辑电平，送给CPU处理一般的输入信号多为开关量信号，各种开关量输入接口的基本结构小异，常有直流和交流开关

32、量输入接口电路两种。交流开关量输入接口电路与直流开关量输入接口电路的主要区别是，前者要由现场提供交流电流，输入的交流信号经整流后得到直流，再去驱动光电耦合器。在机械设备中，除开关量外，还常遇到一些模拟量如温度、压力、位移和速度等。对这些模拟量进行采集时，必须经模数转换器(ACD)将模拟量转换成数字量，才能为PLC的CPU所接受。输出接口为适应不同的负载，输出接口有多种方式。常用的有晶体管输出方式、晶闸管输出方式和继电器输出方式。晶体管输出方式用于直流负载；双向晶闸管输出方式用交流负载，继电器输出方式可用于直流负载，也可用于交流负载。一些PLC还具有模拟输出接口，用于需要摸拟信号驱动的负载。(4

33、)编程器编程器是PLC中一种主要的外部设备，它是开发、维护PLC拧制系统的必备设备。编程器用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视，还可以通过其键盘去调用与显示PLC的一些部状态和系统参数。它通过通信端口与CPU联系，完成人机对话连接。编程器上有供编程用的各种功能键和显示灯，以与编程、监控转换丌关。编程器的键盘采用梯形图语言键符，也可以采用软件指定的功能键符，通过屏幕对话方式进行编程编程器有便携式和CRT智能式两大类，前者只能联机编程，而后者既可联机编程，又可脱机编程。便携式编程器体积小，重量轻，可随身携带，便于在生产现场使用。一般的小型PLC主要采用便携式编程器。编程器是专用的，不同型号的

34、PLC都有自己专用的编程器，不能通用。PLC正常工作时，不一定需要编程器。因此，多台同型号的PLC可以只配一个编程器。(5)其他设备PLC的外部设备还有盒式录音机、打印机、EPROM写入器与高分辨率屏幕彩色图形监控设备等。4.3 PLC的工作原理与普通微机类似，PLC也是由硬件和软件两大部分组成的。在软件的控制下，PLC才能正常地工作。软件分为系统软件和应用软件两部分。PLC的基本工作如下：(1)输入现场信息：在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点的状态；(2)执行程序：顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令容进行逻辑运算；(3)输出控制信号：根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出

35、点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。上述过程执行完后，又重新开始，反复地执行。每执行一遍所需的时间称为扫描周期。PLC的扫描周期通常为几十毫秒。在实际应用中，大多数机械设备的工作过程可以分为一系列不断重复的顺序操作，PLC的工作方式与此相似。因此，PLC的程序可与机器的动作一一对应，程序编制简单、直观，不容易出错，而且容易修改，从而大大减少了软件的开发费用，缩短了软件的开发周期。为了提高工作的可靠性，与时接收外来的控制命令，PLC在每次扫描期间，除完成上述三步操作外，通常还要进行故障自诊断，完成与编程器等的通信。每次扫描开始，先执行一次自诊断程序，对各输入输出点、存储器和CPU

36、等进行诊断，诊断的方法通常是测试出各部分的当前状态，并与正常的标准状念进行比较，若两者一致，说明各部分工作正常，若不一致则认为有故障。此时，PLC立即启动关机程序，保留现行工作状态，并关断所有输出点，然后停机。诊断结束后，如没发现故障，PLC将继续往下扫描，检查是否有编程器等的通信请求。如果有则进行相应的处理，比如，接受编程器发来的命令，把要显示的状态数据、出错信息送给编程器显示等。处理完通信后，PLC继续往下扫描，输入现场信息，顺序执行用户程序，输出控制信号，完成一个扫描周期。然后又从自诊断开始，进行第二轮扫描。PLC就这样不断反复循环，实现对机器的连续控制，直到接收到停机命令，或因停电、出

37、现故障等才停止工作。4.4 本章小结本章主要讲了PLC的定义和发展，PLC能够迅速发展的优势特点，以与讲解了PLC的基本结构和PLC的工作原理。5 火灾自动报警系统设计本系统主要由检测系统子系统、中央控制器、报警子系统系统和灭火子系统系统四个部分组成，检测子系统主要传感器组成。为了提高系统可靠性，减少误报和漏报，本系统采用了感烟和感温两种传感器，能同时根据情况发出火灾信号。报警子系统主要采用喇叭式和灯闪烁式两种方案，本系统采用喇叭报警，便于长距离的火灾信号传递，以便于人们的疏散和系统自动的控制。5.1 建筑状况教学楼是学院学生集中上课的场所，教学楼来往学生教师较多，在其部还有各种贵重设备、资料

38、、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33m。每层建筑面积为1084.43m2 。依据高层民用建筑防火设计规，该建筑为二类建筑，耐火等级为二级。5.2 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将其界定为二级保护对象。依据高层民用建筑防火设计规，该建筑为二类建筑，耐火等级为二级。在划分防火分区时应该满足表5.1的规定。高层建筑应采用防火墙等划分防火分区，每个防火分区允许最大建筑面积，不应超过下表的规定。建筑类别每个防火分区建筑面

39、积(m2)一类建筑1000二类建筑1500地下室500表5-1 每个防火分区的允许最大建筑面积注： 1 设有自动灭火设备的防火分区，其最大允许建筑面积可按本表增加一倍，局部设置时，增加面积可按局部的一倍计算。2 高层主体建筑与相连的附属建筑之间，如设有防火墙等防火分隔设施，其附属建筑的防火分区面积可按本表增加一倍。由于教学楼设有自动喷水灭火系统设备允许把建筑面积增加一倍，所以把每层划分为一个防火分区，共分为八个防火分区。5.3 探测区域和报警区域的划分火灾自动报警系统的保护对象形式多样，功能各异，规模不等。为了便于早期探测、早期报警，方便日常的维护管理，在安装的火灾自动报警系统中，人们一般都将

40、其保护空间划分为若干个报警区域。每个报警区域又划分了若干个探测区域。这样这可以在火灾时，能够迅速、准确地确定着火部位，便于有关人员采取有效措施。 因此，所谓报警区域就是人们在设计中将火灾自动报警系统的警戒围按防火分区或楼层划分的部分空间，是设置区域火灾报警控制器的基本单元。一个报警区域可以由一个防火分区或同楼层相邻几个防火分区组成，但同一个防火分区不能在两个不同的报警区域；同一报警区域也不能保护不同楼层的几个不同的防火分区。1 、报警区域的划分根据火灾自动报警系统设计规的规定，报警区域宜由一个防火分区或同楼层的几个相邻的几个组成，所以把每层分别单独作为一个报警区域，满足火灾自动报警系统设计规的

41、规定。2 、探测区域的划分由于该建筑为二级保护对象，规规定：探测区域应按独立房(套)间划分。一个探测区域的面积不宜超过500m2；从主要人口能看清其部，并且面积不超过1000m2的房间，也可划为一个探测区域。根据以上的规定我把教学楼的探测区域划分如下：(1) 教学楼每层的房间都是小空间，所以把每层的每个房间单独划分为一个探测区域。(2) 把敞楼梯间单独划分为一个探测区域，每隔23层划分为一个探测区域并且设置一个火灾探测器。(3) 把前室（包括防烟楼梯间前室、消防电梯前室、消防电梯与防烟楼梯间合用的前室）和走道分别单独划分探测区域。特别是前室与电梯竖井、疏散楼梯间与走道相通，在发生火灾时烟气更容

42、易聚集或流过，是人员疏散和消防扑救的必经之地，故应装设火灾探测器。对于一般电梯前室虽然不是人员疏散必经之地，但该前室与电梯竖井相通，也是在发生火灾时烟气容易聚集或流过，也单独划分探测区域与装设火灾探测器。(4) 把电缆竖井单独划分探测区域并装设火灾探测器。一则是恐怕竖井形成拔烟火的通道；二则是恐怕发生火灾时火势沿电缆延燃。对电缆竖井装设火灾探测器是十分必要，并配合竖井的防火分隔要求，每隔23层或每层安装一个。5.4 火灾探测器的选择、布置和计算5.41火灾探测器的选择火灾探测器的选择应符合下列要求：(1) 对火灾初期有阴燃阶段，产生大量的烟和少量的热，很少或没有火焰辐射的，选用感烟探头；(2)

43、 对火灾发展迅速，产生大量热、烟和火焰辐射的，选用感烟探头、感温探头、火焰探头或它们的组合；(3) 对火灾发展迅速，有强烈的火焰辐射和少量烟、热的，选用火焰探头；(4) 对情况复杂或火灾形成特点不可预料的，可进行模拟实验，根据实验选用适宜的探头。(5) 在不同高度的房间设置火灾探测器时可参照表的规定。房间高度(m)感烟探测 器感 温 探 测 器一 级二 级三 级12h20不适合不适合不适合不适合8h12适 合不适合不适合不适合6h8适 合适 合不适合不适合4h6适 合适 合适 合不适合h4适 合适 合适 合适 合图5-2点型感烟、感温火灾探测器的实用高度5.42火灾探测器的布置根据火灾自动报警

44、系统设计规的规定，我对教学楼的火灾探测器进行如下布置：1 探测区域的每个房间按照面积的大小设置火灾探测器的数量，至少保证每个房间设置一只火灾探测器。2 感烟探测器、感温探测器的实际安装间距，根据探测器的保护面积A和保护半径R确定，满足探测器安装间距的极限曲线D1D11(含D9)所规定的围。如图5.2探测器安装间距的极限曲线所示。图5-3探测器安装间距的极限曲线注：A探测器的保护面积（m2）；a、b探测器的安装间距（m）；D1D11（含D9）在不同保护面积A和保护半径R下确定探测器安装间距a、b的极限曲线；Y、Z极限曲线的端点（在Y和Z两点间的曲线围，保护面积可得到充分利用）。3 每个探测区域应

45、该设置的探测器数量，具体根据下式计算：式中： N 一个探测区域所需设置的探测器数量(只)，N1(取整数)；S 一个探测区域的面积(m);A 一个探测器的保护面积(m)；K 修正系数，重点保护建筑K取0.70.9，普通保护建筑K取1.0。在本次设计过程中取0.9。4 在走廊设置的探测器居中布置。感烟探测器的安装距离在15m以，感温探测器的安装距离在10m以，同时探测器到墙的距离在探测器安装距离的一半以。探测器距墙的距离不应小于0.5m，保证探测器周围0.5m，没有遮挡物。5.43火灾探测器数量的计算教学楼楼层高在3.36m之间,房间的坡度小于15，根据以上条件查表34得保护面积A80m2，保护半

46、径R5.8m。所以：D2R25.8=11.6m根据D=11.6m在图3-4中对应的保护面积A80 m2的曲线上取一点，保证此点在粗实线上，这点所对应的数值，即安装距离a、b值，由此得到a7.5m，b8m。在满足规对探测器设置位置要求的前提下，根据上述条件计算探测器的数量如下：一层：房间 S145.0 m2根据建筑的重要性选择K0.9根据公式: 只 ，为了布置的需要取1只。房间 S215.0 m2由于S215.0mA80 m2，所以设置一只探测器。房间 S336.0m2由于S336.0mA80 m2，所以设置一只探测器。房间 S422.5 m2由于S422.5 m2A80 m2，所以设置一只探测

47、器。房间 S9165.0 m2根据建筑的重要性选择K0.9根据公式： 只，为了布置的需要取4只。房间 S10101.25 m2根据建筑的重要性选择K0.9。根据公式： 只，为了布置的需要取2只。房间 S11=42 m2 A80 m2，所以设置一只探测器。房间 S12=150 m2根据建筑的重要性选择K0.9。根据公式： 只，为了布置的需要取4只房间 S13=45 m2A80 m2，所以设置一只探测器。二层 ： 房间 S145.0 m2由于S145.0 m2A80 m2，所以设置一只探测器。房间 S225.25 m2由于S226.25 m2A80 m2，所以设置一只探测器。房间 S3=90 m2

48、根据建筑的重要性选择K0.9根据公式： 只，为了布置的需要取2只房间 S430.0 m2由于S430.0 m2A80 m2，所以设置一只探测器房间 S5165.0 m2根据建筑的重要性选择K0.9根据公式： 只，为了布置的需要取4只。房间 S6101.25 m2根据建筑的重要性选择K0.9。根据公式： 只，为了布置的需要取2只。房间 S756.25 m2由于S756.25 m2A80 m2，所以设置一只探测器房间 S837.5 m2由于S837.5 m2A80 m2，所以设置一只探测器房间 S9138.75 m2根据建筑的重要性选择K0.9。根据公式： 只，为了布置的需要取2只。房间 S113

49、0.0 m2由于S1130.0 m2A80 m2，所以设置一只探测器楼梯间设置一只火灾探测器，电缆竖井设置一只火灾探测器。三到八层：房间 S156.25 m2由于S156.25 m2A80 m2，所以设置一只探测器房间 S522.5 m2由于S522.5 m2A80 m2，所以设置一只探测器房间 S6165.0 m2根据建筑的重要性选择K0.9。根据公式： 只，为了布置的需要取4只。房间 S7101.25 m2根据建筑的重要性选择K0.9。根据公式： 只，为了布置的需要取2只。房间 S856.25 m2由于S856.25 m2A80 m2，所以设置一只探测器房间 S937.5 m2由于S937

50、.5 m2A80 m2，所以设置一只探测器。房间 S1037.5 m2由于S1037.5 m2A80 m2，所以设置一只探测器。房间 S1128.125 m2由于S1128.125 m2A80 m2，所以设置一只探测器。在四、六、八层的楼梯间和电缆竖井分别设置一只火灾探测器。每层走廊：S0=180m2根据公式： 只，为了布置的需要取3只5.5 PLC的选用用西门子公司的SIEMENSs7200系列的PLC，此系列的PLC具有结构紧凑、模块化、可扩展性强、指令集丰富等特点。所选用的CPU型号为CPU224可扩展7个模块，最大达94DI/74DO,16AI/16AO（模拟量输入/模拟量输入）并且提

51、供14个数字量输入和10个数字量输出。输入/输出接口电路均采用了光耦合电路，对外界接口具有很强的适应性。由于使用了电动调节阀，所以还扩展了一个EM232模拟量输入模块。该模块具有2路模拟量输出，电流输出量程为，电流全量程分辨率为11位，25时的精度为0.25%，稳定时间为2ms。可满足比较复杂的控制系统的要求。5.6 楼宇消防PLC控制系统的设计探测器与喷淋泵系统的硬件构成与控制要求(1)探测器与喷淋泵系统的硬件构成探测器与喷淋泵系统的结构图如图5.3图5-4探测器与喷淋泵系统的结构图主要组成部件有：1上水箱、2下水箱、3上水箱水位传感器、4下水箱水位传感器、5上水箱供水泵A、6上水箱供水泵B

52、、7下水箱供水阀、8声光报警器、9排烟风机、10烟感和温感传感器、11喷淋泵、12喷淋头。(2)探测器与喷淋泵系统的有效运行有以下主要控制要求：图5-5 探测器与喷淋泵系统的SFC图当系统上电后，烟感报警器或者温感报警器发出信号后，系统进入运行状态。PLC控制打开喷淋泵，并计时10s。如果10s计时结束后，喷淋管道没有水流产生（水流传感器的水流信号）。关闭喷淋泵，并打开喷淋泵的工作故障灯，等待工作人员检修。PLC控制打开排烟风机，当高温传感器发出高温信号时，说明此时火灾建筑物不可能存在人员幸存，如果保持排风机开启只能增加火力，因此需要关闭排烟风机。当上水箱处于低水位时说明需要进行补水，因此开启

53、喷淋泵。喷淋泵的开启规则为：A，B泵交替开启。当上水箱达到高水位时关闭喷淋泵。其间打开A，B任何泵时都进行10s的计时，如果计时时间到，补水管仍没有水流产生（水流传感器的水流信号）时，说明水泵故障，此时打开A泵（或B泵）故障指示灯，并切换到B泵（A泵），同时进行计时，如果10s后无水流感应，再次打开本水泵故障指示灯，切换到另外一个水泵，如此循环。当下水箱水位为低时开启下水箱补水阀，同时计时10s。如果计时时间到，且下水箱补水水流指示无信号时开启下水箱补水阀故障指示。当下水箱水位为高时停止补水。以上四步为并行。当上水箱和下水箱的水位均为满时按下复位按钮，系统回到初始状态。PLC输入/输出对应的控

54、制量如下表所示表5-6 PLC输入/输出配置表表5-7 PLC输入/输出图5.8 消防联动的设计消防联动包括监视和控制两部分。教学楼楼需要监视的设备有水流指示器、信号阀、报警阀；需要控制的设备有消防泵、防排烟系统、火灾事故广播等。消防联动在整个系统中占有重要的地位，当探测器探测到火灾信号发送至报警控制中心，经主机分析确认后，向需要联动设备发出信号，启动灭火设备扑救火灾，同时启动灭火和防排烟设备，阻止火灾蔓延。如图5.5图5-8火灾自动报警系统5.81消防联动控制设备的组成(1) 火灾报警控制器(2) 室消火栓系统(3) 防排烟系统(4) 火灾事故广播5.82消防联动控制系统设计(1) 室消火栓

55、系统的联动设计室消火栓系统中的每一个消火栓都配有一个消火栓启动按钮，本设计采用编码消火栓按钮，直接接入火灾报警控制器，当发生火灾的时候可以直接启动消防泵，启泵的同时向消防控制中心发出反馈信号。在消火栓按钮处设有启泵指示灯，用来指示消防泵的运行状态，同时消防控制室可控制消防泵的启、停；显示消火栓水泵的工作、故障状态；显示消火栓启泵按钮的位置（见消火栓控制原理图5-9）。图5-9消火栓控制原理图当某一层出现火灾事故时候，其那一层的开关AN断开，所以线圈1ZJ失电，因为1SJ得电，所以2ZJ开关闭合，所以GD工作。开关1Q闭合，哪一次出现事故哪一层就会发出反馈信号。图5-10消火栓控制梯形图图5-1

56、1消火栓PLC控制I/O图 (2) 防排烟系统的联动设计图5-12排烟风机控制电路图每层任一感烟探测器、火灾手动报警按钮动作后，向报警控制中心发出警报，同时启动相邻层排烟阀，并启动消防排烟风机。当楼梯间烟感报警，正压送风阀开启并启动正压送风机。当温度超过70时，70防火阀自熔关闭；当温度超过280时，280排烟防火阀自熔关闭并关闭排烟风机。图5-13排烟防火阀控制梯形图图5-14排烟防火阀PLCI/O图(3) 火灾事故广播系统设计火灾事故广播系统由广播功放盘、广播录放盘、传输线路、电源、扬声器与广播控制模块等组成。教学楼的火灾广播系统设计为专用的广播系统，在火灾发生后，保证与时向着火区发出警报

57、，按照疏散的顺序接通火灾事故广播系统。本次设计中每层设SD8012扬声器一层12个，二层10个，其他各层为10个，每只音箱的功率为3W。采用SD8100系列总线式火灾事故广播系统：由SD8000广播录放盘、SD8010消防广播功放盘、SD8120消防广播分配盘、SD8130广播控制模块与SD8012扬声器组成。SD8100系列总线式火灾事故广播系统是通过专用的广播控制总线与总线上的广播控制模块来启动各个广播回路。当火警发生的时候，由设置在消防控制中心的火灾事故广播系统对火灾现场与相关场所实施紧急广播。通过SD8011广播分配盘可实现手动启动某一路或多路消防广播。系统的构成如图5-15所示。图5

58、-15 SD8000广播系统构成示意图在布置扬声器的过程中根据规的要求在每层的走廊、楼梯间、电梯前室与活动大厅等出设置。保证从一个防火分区的任何部位到最近一个扬声器的距离不大于25m。走道最后一个扬声器至走道末端的距离不应大12.5m，满足规的要求。5.83 本章小结本章节只要是对火灾自动报警系统的设计，首先对研究的建筑状况进行分析，然后对其它的防火分区划分，选择其火灾探测器以与布置和计算分布数量，硬件上选用PLC进行控制，研究了探测器与喷淋泵的硬件构成和控制，对防排烟以与广播系统进行研究，组成联动控制。6. 结论本文的特点在于将PLC应用到了楼宇消防的控制系统中。本系统在实际应用中，取得了良

59、好的实际效果，且安全性良好。实践证明，以PLC为核心构造的楼宇消防系统，是一种简单有效、成本低廉的解决方案，具有较高的可靠性、灵活性和经济适用性。致 本文是在闫俊荣老师的悉心指导下完成的。闫老师为我们创造了宽松自由而不失严谨的学习环境。闫严谨求学的治学态度，诲人不倦的敬业精神，正直坦荡的为人风使学生受益匪浅。在课题选题和研究过程中，得到了我寝室全体同学的热情指导和帮助，他们的鞭策和鼓励是我完成本论文的强大精神动力。他们在学习上和生活上也给我提供了许多帮助和支持，他们的深厚情谊我也将铭记在心。感我的家人对我的支持和鼓励，在我的漫漫求学生涯中，他们始终如一在默默的支持着我。为了把我培养成社会有用之

60、人，使我有个美好的将来，他们给我提供了强大的精神力量和物质后盾，这份情意我将终生铭记，毕生回报。参考文献1吴启鸿、肖学锋我国消防科学技术的回顾与展望，消防技术与产品信息，1999年第1期2贾伯年、俞朴传感器技术：东南大学，19923连忠勇电梯模型PLC控制系统设计：(硕士学位论文)：建筑科技人学，20054在平可编程控制器技术与应用系统设计：机械工业，20025谭沽强PLC程序设计教程：清华大学，20006 Appleton，wIPLC reduces panel size 25Design News1999，54(13)：36377袁任光可编程序控制器(PLC)应用技术与实例：华南理工大学，

61、20008高钦和可编程控制器应用技术与实例：华南理工大学，20049Stefano PozzatoPLC intelligence at the service of liftsElevatori2007，36(1)：626510史国生电气控制与可编样控制器技术：化学工业，200411王永华现代电气控制与PLC应用技术：航空航天大学，200712东. Keil C51总线外设操作问题的深入分析. 单片机与嵌入式系统应用 13珍贯. 在单片机中用插值法实现线性化器. 工矿自动化 14王勇, 冷剑青, 徐健健. 基于单片机的室一氧化碳安全监控系统设计. 工业仪 表与自动化装置 15许贵桥, 同胜. 分段线性插值收敛速度的一种估计.大学数学 16乐南, 霍大勇. 单片机与PC机串行通信的实现. 中国科技信息17黄再银. 带看门狗和电源监控功能的复位芯MAX813L. 电子世界18黄新友, 高春华. 烧结温度对大功率超薄型压电蜂鸣器用压电瓷结构和性能 的影 响. 中国瓷工业.19江峰, 高嵩. 串口通讯中系统资源分配问题的研究. 计算机技术与发展20Keil Software. Cx51 Complier Users Guide. Keil Software