毕业设计论文基于PLC的自动灭火器系统设计

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1、基于PLC的自动灭火器的设计1、前言1.1 序言随着经济的发展城市化得到进一步的深化城市防火也变得越来越重要，再加上国家工业的发展导致了全球气温的的上升火灾发生的频率则更加频繁，同时；科技的发展大大提高了人们的生活水平，也带给人们更加方便的生活但在这科技发达的社会里仍然还隐藏着许多的危险，火灾就是其中的一种，说到火大家可能都会想到，它是人类文明的象征，但火在给人类带来文明的同时也毁灭我们的文明。因此，我们的先辈们花了很多时间去寻求预防火带给我们的灾难。但是由于当时科技水平的限制先辈们所研制出来的器械并没起到多大的作用，当时对火灾的预防还是以人为主，这样并没有做到对火灾的真正的防御，一直到19世

2、纪末期，欧洲人才发明使用探测器监测火情并使之灭火的设备，这种设备在预防火灾上远远超出以前的各种机械，同时在体积上也有所减小，随着科技的进步，人们对这一设备进行了改进，但改进的大多是该设备的体积其依然在以前的基础上发展改进的设备虽然在功能上有所增加，但还是采用电气控制这样就加大了设备的体积，同时也增加了设备的成本。当代社会消费设备种类繁多，但大多数的消费设备都是将报警放于首位而对火灾主动控制的则很少其都是在报警后再由报警装置将信号传输给灭火装置和设备的其他装置，这样不仅耽误了有效的灭火时间而且也会给社会带来不可估量的损失，而且这些设备是由一级一级的将信号传输给设备的各个机构，这样很不容易保障信号

3、输入的成功与否，如果信号一旦不能得到保障则不能及时启动相应装置，特别是是在紧急情况之下，如果不能准确、迅速启动相应的装置那么后果是可想而知的。由此为了进一步提高对火灾的预警与主动控制我则在现存的消费设备的基础上对这些设备进行了一些改进和技术上的提升。目前，世界上很多国家研制出了各种自动灭火控制设备，而且生产相当普遍。在智能化建筑中设置自动控制灭火系统，首先要满足我国现有的规范、规程要求。我国已颁布、等，及其它规定。1.2 课题来源及背景火灾作为危害人类生存的大敌，越来越受到人们的重视。随着高层建筑的不断增多，火灾隐患增加。一旦发生火灾，将对人的生命财产造成极大的危害，于是人们开始寻求一种早期发

4、现火灾的方法，并能及时控制和扑灭火灾，以便减少损失，保障生命安全。火灾自动报警灭火控制器就是为了满足这一需求而研制出来的，并越来越被人们所接受。其自身也随着人们需求的不断提高，在功能、结构、形式等方面不断地完善。1.3 火灾特征（1）火灾的随机性 每起火灾都有其独自的特征，这是因为引起火灾的燃烧材料、引燃方式及燃烧环境均相同的可能性几乎为零，所以每次火灾发生的火灾参数不可能有着相同的轨迹，即使在实验室条件下严格控制材料引燃方式及燃烧环境条件也几手不可能模拟两次一模一样的火灾，即火灾的发生是随机的。（2）火灾的模糊性 火灾发生有随机性，但也是有一定条件的，并不是每次燃烧都会发展成火灾，只是有发展

5、成火灾的可能性，也就是具有模糊性。（3）火灾的可探测性 火灾都伴有不同的火灾参数。在明火燃烧中，主要的火灾参数有温参数、火焰参数及烟参数等。这些参数随着火灾的发展而变化，基本呈增大的趋势，且各参数间存在着一种相辅相成的逻辑关系。根据这些火灾参数特征可以实现火灾探测报警，避免火灾发生。（4）火灾的危害性“火灾”，是指在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。人类能够对火进行利用和控制，是文明进步的一个重要标志。火，给人类带来文明进步、光明和温暖。但是，失去控制的火，就会给人类造成灾难。所以说人类使用火的历史与同火灾作斗争的

6、历史是相伴相生的，人们在用火的同时，不断总结火灾发生的规律，尽可能地减少火灾及其对人类造成的危害。对于火灾，在我国古代，人们就总结出“防为上，救次之，戒为下”的经验。随着社会的不断发展，在社会财富日益增多的同时，导致发生火灾的危险性也在增多， 火灾的危害性也越来越大。据统计， 我国70年代火灾年平均损失不到2.5亿元，80年代火灾年平均损失不到3.2亿元。进90年代， 特别是1993年以来，火灾造成的直接财产损失上升到年均十几亿元，年均死亡 2000 多人。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。“预防火灾和减少火灾的危害”是对消防立法意义的总体概括，包括了两层含义: 一

7、是做好预防火灾的各项工作， 防止发生火灾； 二是火灾绝对不发生是不可能的，而一旦发生火灾，就应当及时、有效地进行扑救，减少火灾的危害。 火灾不仅毁坏物质财产，造成社会秩序的混乱，还直接或间接危害生命，给人们的心灵造成极大的危害。每年都有许多儿童被火灾夺去生命。同时因儿童用火不慎引起的火灾也不在少数。 在社会生活中，火灾是威胁公共安全，危害人们生命财产的灾害之一。俗话说：“水火无情”；“贼偷一半，火烧全光”。当今，火灾是世界各国人民所面临的一个共同的灾难性问题。它给人类社会造成过不少生命、财产的严重损失。随着社会生产力的发展，社会财富日益增加，火灾损失上升及火灾危害范围扩大的总趋势是客观规律。据

8、联合国“世界火灾统计中心”提供的资料介绍，发生火灾的损失，美国不到7年翻一番，日本平均16年翻一番，中国平均12年翻一番。全世界每天发生火灾1万多起，造成数百人死亡。近几年来，我国每年发生火灾约4万起，死2000多人，伤30004000人，每年火灾造成的直接财产损失10多亿元，尤其是造成几十人、几百人死亡的特大恶性火灾时有发生，给国家和人民群众的生命财产造成了巨大的损失。严峻的现实证明，火灾是当今世界上多发性灾害中发生频率较高的一种灾害，也是时空跨度最大的一种灾害。火灾的危害性具体体现在以下五个方面。火灾会造成惨重的直接财产损失1993年8月5日，深圳市安贸危险品储运公司清水河仓库，因化学危险

9、物品混存而发生反应，引起火灾爆炸事故，大火燃烧了16小时，有15人死亡，8人失踪，873人受伤，在抢险中仅公安干警就有54人伤亡，2名公安局副局长殉职，烧毁建筑面积39000平方米，火灾直接财产损失15.2亿元，每天有460万元财产被烧毁。灾难发生时的场面如图1-1所示： 图1-1清水河仓库爆炸图火灾造成的间接财产损失更为严重现代社会各行各业密切联系，牵一发而动全身。一旦发生重、特大火灾，造成的间接财产损失之大，往往是直接财产损失的数十倍。1990年7月3 日，四川省梨子园铁路隧道因油罐车外溢的油气遇到电火花导致爆炸起火。参加灭火抢险战斗的有解放军第13集团军、二炮集团、成都军区、达县军分区预

10、备师以及武警达县支队、四支队、四川省消防总队。这起火灾直接财产损失仅500万元，但致使铁路运输中断23天，26日全线通车，造成成千上万旅客滞留和许多单位停工待料，间接财产损失难以估算。火灾会造成大量的人员伤亡据统计，2000年全国火灾中烧死3021人，烧伤4404人，平均每天有8.3人在火中被烧死。2000年四川共发生火灾5718起，死102人，伤243人。2000年12月25日河南洛阳东都商厦因电焊工违章操作引起火灾，造成309人死亡，7人受伤。国际消防技术委员会对全球火灾调查统计表明，近几年全球每年发生600700万起火灾，大约有67万人在火灾中丧命；火灾会造成生态平衡的破坏1987年5月

11、6日到6月2日几乎长达一个月的大兴安岭森林特大火灾，起火直接原因是林场工人在野外吸烟引起，间接原因是气候条件有利燃烧，可燃物多。人民解放军、森林警察、公安消防人员、广大职工近10万军民经过近一个月的殊死搏斗，才将大火扑灭。这场大火致使193人丧生，226人受伤，火灾破坏了1000多万亩林业资源，大火殃及1个县城3个镇，破坏的生态平衡需80年才能恢复，经济损失高达69.13亿元。据资料统计，我国年均森林火灾毁林面积达100万公顷（我国森林覆盖率仅为13%，日本60%），森林大面积减少，造成洪水泛滥。当时火灾的情形如下图1-2所示：图1-2 大兴安岭森林特大火灾图火灾会造成不良的社会政治影响如火灾

12、发生在首脑机关，通信枢纽、涉外单位、古建筑、风景区等都会造成严重的政治影响，甚至波及全国乃至全世界。1994年11月15日，吉林市银都夜总会因纵火发生火灾，殃及在同一建筑物内的市博物馆，烧毁建筑面积6800平方米，不仅造成直接财产损失671万多元，而且将无法用金钱计算的博物馆内藏文物7千余件和黑龙江在该馆巡展的1具7000多万年以前的恐龙化石（长11米，高6.5米）被烧毁，以及堪称世界级瑰宝、被列入吉尼斯世界大全的吉林陨石雨中最大的1号陨石（重1775千克）也在大火中分为两半，还有2人被烧死，既造成了难以计算的经济损失，更造成了不良的政治影响。由此可见，火灾危害性是相当惨重的。我们必须认真贯彻

13、执行“预防为主，防消结合”的消防工作方针，在做好防火工作。1.4 火灾自动灭火技术及探测报警的发展和概况早在1847年美国牙科医生钱林(Charming)和缅因大学教授华迈尔(Farmer)研究出世界上第一台用于城镇火灾报警的发送装置，1890年英国又研制成功了感温式火灾探测器。从此人类开创了火灾自动探测报警技术的新纪元。一百五十年来，世界上科学技术取得了突飞猛进的发展，火灾探测技术也相应迅速发展，各种感温、感烟、感光等类型的火灾探测器相继问世，一并日臻完善。从19世纪40年代至本世纪40年代，经过漫长的一百年来，感温探测器一直占主导地位，火灾自动报警系统处于初级发展阶段。定温和差温探测器有双

14、金属型、水银接点型、易熔合金型、玻璃球膜胀型、热电偶型以及半导体型等等。由于其灵敏度比较低，探测火灾的速度也比较慢，尤其对阴燃火灾往往不响应，因此，它一直无法较好地实现火灾早期报警的要求。直到本世纪50年代初，瑞士物理学家埃斯特。迈里(Ernst Meili)研究离子型感烟探测器获得成功，感烟火灾探测器开始登上历史舞台。火势蔓延往往始于烟，感烟探测技术使人类在实现火灾早期报警向前迈进了一大步，立刻引起了人们的重视并得到广泛应用。从此，感温探测器被排挤到次要地位。随着电子工业的发展，场效应晶体管代替了阴极射线管，使电路电压能够从220V_降低到24V，用电池也可为探测器供电。加之集成电路和微机的

15、出现，又为离子感烟探测器的智能化提供了广阔的前景。据统计，至1970年，整个欧洲已安装了近百万只。迄今，它在全世界范围内仍占己安装探测器的90%左右。可以说，它以绝对优势占据中心地位长达三十年之久。70年代末，因高寿命的光电元器件技术取得突破，光电感烟探测器才应运而生，使离子感烟探测器面临新的挑战。十多年来，尽管人们对两种探测器性能上差异的评价众说纷纭，但国外却一直在大力研制和发展光电感烟探测器，并取得长足的进展、如在日本、瑞士它的销售量己上升到90%以上，欧洲也在大幅度减少离子感烟探测器。同样，我国也开始出现类似的倾向。现在这两种探测器每年的销售量大约平分秋色了。 80年代中期，在总线制火灾

16、自动报警系统出现后不久，随着微处理器、计算机及智能技术的最新发展，又推出了智能化模拟量报警系统。90年代初，我国的智能化系统也取得较大进展，各种智能型系列产品相继问世。灭火系统最常用的有喷水灭火和泡沫灭火两种。泡沫灭火主要用在针对性强的灭火过程，即手动灭火，而且泡沫产生后不适合远距离传送，所以泡沫发生装置也要在火灾现场，再则，泡沫灭火的泡沫发生装置和原料成本都比较贵，所以泡沫灭火不太适合用于只能控制，而且在任何场合我们设置火灾报警灭火系统都是为了以防不测，也不可能大量堆积泡沫发生装置的，所以论文中我们不采用该灭火方法。喷水灭火主要是在火灾安全隐患出或者灭火的关键点处设置喷水喷头，当检测到火灾发

17、生后，控制器会向灭火系统发送喷水命令进行喷水灭火。喷水系统是和蓄水池连接，所以不用担心会像泡沫发生器一样在火灾扑灭前穷尽。本论文中用的是喷水灭火。2、本设计的整体思路和方案2.1本设计的主要内容和要求（1）设计的主要技术指标 设计探测器的方案、各个点至少应有烟雾和温度两种探测器探测火灾，即可自动动灭火，也可手动灭火。能够显示各点的情况。分布点与总监控点的距离最远为380米。电源的设计能在电网220V波动20%的情况下使用。（2）设计内容灭火系统方案设计。灭火系统方案的运行框图设计。灭火系统检测方法的设计。灭火系统软件设计。（3）设计的基本要求用电子技术、检测技术作出火灾探测器的设计。灭火系统检

18、测要求，上机调试通过主要的程序。2.2 系统设计思路火在人类生活中是不可缺少的，但火灾也给人类带来了巨大的灾难。特别是自本世纪80年代开始，随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛，由此引起的火灾也越来越多，在我们生活的四周到处潜伏着火灾隐患。为了避免火灾。一方面要减少引起火灾的因素；另一方面要在发生火灾时，及时报警，并采取有效措施控制火情的发展，将火灾消灭在萌芽状态。确保人身安全。最大限度地减少社会财富的损失。所以采用各种先进的探测器对楼层的各个地方进程检测，并通过PLC对数据进行处理反馈给报警装置和灭火装置实施报警和灭火。然而在探测器不起作用而灾情发生时未启动报警器和灭火器的时候，可以由人

19、工按下报警与灭火按钮提示火情发生警示人们尽快疏散与此同时灭火器对可控制的火进行灭火。所以在本设计中我采取探测器检测和人工手动相结合的方式来实现火灾探测、报警和灭火。在人机对话上采用北京亚控公司的组态王来做上位机实现。2.3灭火控制系统组态监控设计构想随着现代网络技术的发展，实时监控，人机交换得到了飞速的发展。现代的控制系统与以往的最大区别就是交互性越来越高，传统的控制方式需要很多工作人员分布在现场，而现在只需一名工作人员坐在控制室计算机前便可对整个大楼的安全控制系统进行全方位的监控。由于工业自动化得发展人工智能化技术的进一步向前推进在这样的情景之下各国在这类自动化的行业投入了大量的精力，各国加

20、大了在这类技术上的研究。由此，各国在资金方面也大力偏向这类技术。为了适应现代工业和经济的发展，各国不仅在研究这一类技术上取得了划时代的进展。并且，在对这一类技术的更新和改进方面上也提出了不同的意见。经过各国科技技术人员的不懈努力终于将这类技术用软件的形式展现在世人面前，这就是我们先所用的软件组态王的前身。组态软件的发展为实现系统的监视、控制与管理等功能带来了极大的方便。组态监控比以往使用专用机开发的工业控制系统更具通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。本系统采用的组态王是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，能够在WindowsXP平台上运行。通过对现场智能设备PLC数据的采集处理，

21、检验系统的运行情况。利用组态软可完成对画面的设计、动画的连接等工作。用于显示画面开发系统中建立的动画图形画面，并负责数据库与I0服务程序的数据交换，通过实时数据库管理从一组现场控制对象采集到的各种数据，并把数据的变化用动画的方式形象地表示出来，同时完成报警、灭火、历史记录、趋势曲线等监视功能，并可生成历史数据文件。系统总体灭火示意图如图21所示。图21 灭火示意图Kingview组态王软件简介 组态王完全基于网络概念，支持客户机服务器模式和Internet/Intranet浏览器技术，并且是一种可伸缩的柔性结构，根据网络规模大小，可以将不同站点设计成I/O 服务器、报警服务器、数据服务器、登录

22、服务器、校时服务器、客户机等，在系统扩展和变化时，有着极大的灵活性。组态王设计成全冗余结构，在五个层面上提供了冗余：I/O通道冗余、双设备冗余、双网冗余、双机冗余及双系统冗余。组态王被设计成一个完全意义上的软件平台，允许用户进行功能扩展和发挥，它也是一个ActiveX容器，无须编程即可将第三方控件直接连入组态王中。组态王不仅是OPC 客户端，还是OPC服务器，可向任意支持OPC 客户的软件提供数据;组态王中的报警信息可直接输出到带ODBC 接口的数据库中，像Access、SQL Server 等;提供了一套动态链接库，允许用户用VB、VC 直接访问组态王的数据库，构筑功能更加强大的工控系统;组

23、态王还可以和King PLC 1.0完全集成起来，组态王在前台进行人机界面显示。组态王是运行于Microsoft Windows2000/NT4.0/XP 中文平台的中文界面的人机界面软件，采用了多线程、COM组件等新技术，实现了实时多任务。组态王支持OPC协议，即可以作为OPC服务器，也可作为OPC客户。其有如下优点1、通讯驱动程序自动向导 组态王软件系统与最终用户使用的具体的PLC或现场部件无关。对于不同的硬件设施，只需为组态王配置相应的通信驱动程序即可。组态王对驱动程序进行了重新设计，使驱动程序的配置更加方便。控制工程师可以把每一台下位机看作一种设备，他不必关心具体的通讯协议，只需要在组

24、态王的设备库中选择设备的类型，然后按照“设备配置向导”的提示一步步完成安装即可。2、高效的数据采集 作为关键技术之一，组态王对通讯程序做了多种优化处理，尽量使通讯瓶颈对系统的影响最小，同时保证数据传递的及时和准确。组态王采取的优化措施包括变量分组采集的策略，以每55毫秒为一个级别，优先级越高的变量采集的次数越多，保证关键变量的采集，如一个定义采集频率为110毫秒的变量和一个定义为220毫秒的变量相比，在后一个变量采集一次的情况下，前一个变量必须保证两次采集。对于变量要求同时采集的情况，组态王中对于属于同一结构成员的，且连接在同一设备上的结构变量以成员变量的最小采集频率对所有成员进行同时采集。动

25、态优化的通讯方式组态王对全部通讯过程采取动态管理的方法，如果变量没有定义历史记录或报警，则只有在数据被上位机需要时才进行采集；对于那些暂时不需要更新的数据则尽可能减少通讯。这种方式可以大大缓解串口通讯速率慢的矛盾，提高系统的效率。例如，用户为一台OMRON PLC定义了1000个I/O变量，但在某一时刻，显示画面上的动画连接、历史记录、报警、命令语言等，可能只使用了1000个I/O变量中的一部分，这部分变量（称之为活动变量）必须是实时采集的；而其他I/O变量不会对系统产生影响。在这种情况下，组态王经过动态优化，在本次数据采集中将只采集活动变量。当系统中I/O变量个数显著增加时，这种通讯方式可以

26、保证数据采集周期不会有很大的变化。需求合并组态王把对一个设备的多种通讯请求（动画显示、历史数据记录、报表生成等）尽可能的合并，一次采集的数据将满足多个功能模块的需要。尽量打包大多数的下位机都支持多个数据一次采集完成。组态王充分利用了这个特性，对于提供这种通讯功能的下位机，组态王将尽可能地把需要采集的变量进行优化组合，在一次采集过程中得到大量有效数据。这种优化方式也有效地减少了通讯的次数。3、强大的硬件测试功能和完善的检测手段 为保证用户对硬件的方便使用，在完成设备配置与连接后，组态王6.53开发环境中可以对硬件设备进行测试。即在不启动运行系统的情况下，能完成对硬件设备的读写操作。设计者就可以在

27、开发时根据设备通讯情况随时修改各项通讯参数，能大大减少调试设备的时间。测试的设备包括：串口设备、板卡设备和OPC设备。同时，组态王6.53新增加对硬件设备的检测方法，即新增时间戳和质量戳两个变量域，能检查对于每个采集的变量点其采集时间和采集是否正常，当数据采集时，质量戳和时间戳作为变量的域，在开发中，设计者可以通过硬件设备测试方式进行观察，在系统运行时，用户可以直接通过动画连接进行观察。时间戳将伴随着每次采集时间的不同而变化。质量戳将显示每次采集的通讯质量。4、故障诊断与恢复 故障的诊断与恢复是组态王的重要特色。在工业现场中，由于通讯故障而引起的损失可能是非常巨大的，为了将这种损失降为最小，组

28、态王精心优化了通讯故障的诊断机制，可以在极短的时间（12个采集周期）内报告故障的发生，并诊断出出现故障的下位机，非常有助于现场工程师及时排除险情。组态王的自动恢复功能是指：当下位机被更换或恢复运行后，不需要现场工程师对软件系统作任何干预，组态王通过短时间的尝试后，可以自动恢复与下位机的通讯。自动恢复功能对于保障系统可靠运行是非常必要的。当一台下位机发生故障时，组态王会自动优化通讯链，使与其他下位机之间的通讯几乎不受影响，保证了通讯的高效率。5、支持远程拨号和无线采集数据 组态王6.53中新增加对MODEM支持的功能，即利用MODEM 拨号实现组态王与远程设备的通讯功能。在开发系统中直接定义MO

29、DEM设备，并通过对MODEM的寄存器的定义，完成组态王的变量与MODEM寄存器的连接，通过对MODEM变量的操作，来完成对MODEM的操作。6、支持使用GPRS与设备进行通讯 GPRS具有通信速度快、通信费用低、 组网灵活等特点。GPRS数传终端，具有TCP/IP 协议转换功能不需要用户提供TCP/IP的支持。可适用于所有带串口的终端设备，通过GPRS网络平台实现数据信息的无线和透明传输，为不具备TCP/IP 协议处理的终端设备提供了GPRS 通信的能力。目前组态王已经支持以下厂商的GPRS DTU设备：深圳宏电、深圳倚天、厦门桑荣、唐山蓝迪、北京艺能、北京汉智通、台湾尉普、爱立信、福建实达

30、等。7、可扩充的设备库 组态王的驱动程序采用了组件（COM）技术，组态王提供了驱动程序的开发包，使用这套开发工具，用户或第三方软件供应商可以很方便地为新设备开发驱动程序，不断扩充组态王支持的设备库。工程浏览器是组态王软件包的核心部分，它具有管理开发系统的功能，将画面制作系统设计中的各种管理、配置、记录、资源进行集中管理。组态王最核心的部分是数据库，在TouchView 运行时，工业现场的生产状况以动画的形式反映在屏幕上，操作者在计算机前发布的指令可迅速送达生产现场，所有这一切都是以实时数据库为中介环节，数据库是联系上位机和下位机的桥梁。利用组态王软件设计监控系统的主要步骤有：新建一个工程目录和

31、一个工程名称；在设备组态窗口中新建逻辑设备，在本设计中选择西门子PLC、PPI通讯协议、设备地址和通讯口，并正确设置其属性；命名新IO设备名称并优化设备信息。正确设置组态软件中数据变量与PLC数据地址的连接，即可实现PLC与组态软件的通讯。将PLC中的串口驱动程序与组态软件的需求响应相结合， PLC发出的信号有响应。在组态软件的用户窗口中，制作一个动画界面。在界面上设置各个控件的属性，使设置的控件按照真实的情况动作，检验和测试报警控制系统的运行状态的控制效果。组态王用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面。组态配置各种不同类型和功能的对象或构件，可以对实时数据进行可视

32、化处理。实践证明，将PLC、传感器和组态王软件结合即可达到较好的控制效果又可方便地监控灭火控制系统的运行。过程数据的存储功能对于任何一个工业自动化系统来说都是至关重要的，随着自动化程度的进一步普及和提高，用户对重要数据的存储和使用的要求也越来越高。面对对大批量实时数据的存储，必须解决同步存储速度响应慢、数据易丢失、存储时间短、存储占用空间大、数据读取访问速度慢等用户最关心的问题。因为用户需要一个实时的、记录准确地、高效的、可节约用户硬件成本的工业过程数据存储方案。组态王6.5顺应这种用户的期望，提供支持毫秒级高速历史数据的存储和查询功能的工业过程数据库。真正的企业级生产过程数据仓库。采用最新数

33、据压缩和搜索引擎技术，数据压缩比优于20%，节约用户硬件成本；一个月内数据(单点，记录间隔10秒)按照每小时间隔，在百毫秒内即可完成查询。真正实现历史库数据的数据追记、数据合并。可以将特殊设备中存储的历史数据片段通过组态王驱动程序完整的合并到历史数据服务器中；也可以将远程站点上的组态王历史数据片段合并到历史数据服务器上。对于一个自动化系统来说，关键参数的实时状态跟踪是至关重要的，灭火功能作为实现的手段是必不可少的。如何能及时准确的获取火灾信息对工程人员来说存在很大的挑战，因为人不能时刻守着，一刻不停不知疲倦的运行的设备周围等待火灾信息的输入。为解决这个问题在本次设计中通过一下几个方面来解决：视

34、频记录现场实时生产过程画面，支持本地或远程实时播放、保存、多画面、回放。同时可以对云台和摄像头进行远程控制。超视距的现场监控得以实现。 短信息进行短消息设置报警项目，如报警对象、短消息的发送时间、接收对象、发送内容等，发送给指定人员。在第一时间将最关键的信息发送给最关心的人。电子邮件进行电子邮件报警项目，如报警对象、电子邮件地址、邮件服务器地址、发送内容等，发送给指定人员。通过无所不在的网络，您可以随时了解现场设备的运行情况，一切仅在掌握。语音也可以通过电话，当报警产生时呼叫事前设置好的电话号码，报告您最关心的内容，您还可以进行报警确认和报警状态查询。2.4 灭火系统总体方案自动灭火控制系统由

35、探测、灭火和报警三部分组成，它完成了对火灾预防与控制的功能。火灾探测部分主要由探测器组成，是火灾自动灭火系统的检测元件，它将火灾发生初期所产生的烟、热、转变成电信号，然后送入报警系统与此同时启动灭火器对着火点进行实质性的灭火。报警控制有各种类型报警器组成，它主要将收到的报警电信号加以显示和传递，给在场的人一个疏散的提示警示在该地区的人尽快转移。根据来自传感器收集的数据，经过分析处理后，启动灭火设备进行灭火。2.5灭火控制系统设计可编程序控制器即PLC是以微处理器为核心，综合了计算机控制、自动化、通讯网络等技术的一种通用的工业控制装置。PLC控制系统有如下的特点：1、PLC是基于工业环境下设计的

36、控制装置，环境适应性强，可靠性高；2、PLC最常用的编程语言是梯形图语言，编程语言形象、直观，编程简单，便于广大现场工程技术人员掌握；3、PLC控制系统的体积小，重量轻，便于安装，维修方便；4、PLC具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能，可以方便的实时监视系统的运行状态；5、现代PLC具有传统控制系统无法比拟的远程数据传送、交换、控制和监视的网络通讯功能。本灭火系统的控制系统总结构图如下图所示,主要硬件包括：可编程控制器PLC、温度和烟雾传感器、计算机、自动灭火器、报警器及其它电气元件。如图41所示：温度传感器烟雾传感器CPU224S7200PLC灭火器报警器计算机计时器上位机组态监控D/

37、A转换器 图41 系统整体结构图本设计根据控制要求可选S7-200系列的PLCS7-200系列是PLC家族中较先进的系列，其最大优点包容了标准特点、程序执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，可以为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制性能力。因S7-200系列的PLC具有良好的性价比，其不但具有硬件上较好的配置性能和功能性能，还具有丰富的软件功能指令集，是目前小型PLC中优秀代表，同时它拥有较高的速度、功能较齐全、逻辑选件以及定位控制等特点，输入/输出具有多种选择方案。其灵活的配置、高速运算、突出的寄存器容量、丰富的元件资源、尤其适合小点数的过程

38、控制。S7-200属于小型可编程序控制器，但也可以用于复杂的自动化控制系统。I/O点数是PLC的一项重要指标，合理选择I/O点数既可使系统满足控制要求，又可使系统总投资降低。S7-200的内部原理图如图2-2所示：图2-2 S7-200型PLC内部原理图2.6 系统其它器件本系统系统的输入总线连接报警输入信号，报警输入信号包括各种探测器的报警电信号，现场人员通过手动报警按钮发出的报警信号，以及水流指示发出的水流信号，消防栓按钮发出消防水泵的启动信号，压力开关发出的管路中水压、气压信号。联动控制器的输出总线连接被控防火、灭火设备，如各类电磁阀口、声光报警装置、各楼层的空调、风机、防火卷帘、防火门

39、以及消防泵、喷淋泵、中央空调、集中的送风机、电梯等。火灾报警系统、联动控制器通过输入、输出总线与现场设备连接还需要一些相关的系统设备与器件。2.6.1 短路隔离器短路隔离器是用于二总线火灾灭火控制器的输入总线回路中，安置在每一个分支回路的前端，当回路中某处发生短路故障时，短路隔离器可使该部分回路与总线隔离，保证总线回路其它部分能正常工作。它的动作原理是靠火灾报警控制器的硬件线路作用或软件控制，关断不使用的部件，使火灾报警控制器对此部件的故障和火警状态不予反应，这种手段便叫做隔离。短路隔离器系应用在火灾报警器系统的传输总线上，对分支线短路时起隔离作用的装置。它能自动使短路部分两端呈高阻态或开路状

40、态，使之不损坏控制器，也不影响总线上其他部件的正常工作。当这部分短路故障消除时，能自动恢复这部分回路的正常工作。短路隔离器主要由以下几个技术指标：1、通信总线短路隔离接线无极性,且不分输入端和输出端,24V供电线路短路隔离的接线是有极性的,但不分输入端和输出端;2、短路隔离触点容量通信总线为1A,24V供电线路为2A(指阻性负载);3、隔离动作电压12V,动作时间237Np+42He由于粒子比电子重得多,且带两个单位正电量,其穿透能力很弱。能量为5MeV的粒子在空气中的射程为3.5cm, 而金属中射程为2.06*10cm, 所以屏蔽遮挡很容易, 同时粒子的电离能力很强,当它穿过物质时,每次与物

41、质分子或原子碰撞而打出一个电子,约失33eV能量,一个能量为5MeV的粒子,在它完全静止前,大约可以电离15万个左右的分子或原子。图3-1 离子感烟探测器工作原理图在单源双室结构的电离室正极板上放置有放射源AM241,其放射源可以在上百年的时间里不断地放射出粒子, 粒子不断地撞击空气分子,引起电离,产生大量带正,负电荷的离子,从而使极间空气具有导电性,两个电离室分别称为补偿室和检测室。当在电离室的正负极间加上12V的工作电压时(实险测得：12V 工作电压时电离室线性度最佳),可使原来做无序运动的正负离子在电场作用下做有规则的定向运动,正离子向负极运动,负离子向正极运动,从而形成电离电流。电离电

42、流的大小与电离室的结构尺寸,放射源的特性,施加电压的大小,以及空气的密度,温度,湿度和气流等多种因素有关, 施加的电压越高,电离电流越大,但当电压达到一定值时, 施加电压再高, 电离电流也不会再增加，此时达到饱和工作区。 设计时保证离子室工作于线性区，即工作于如图3-2所示的工作曲线的区。图中区称欧姆定律区，称中间区, 称饱和电流区。图3-2 离子感烟探测器工作曲线图单源双室结构同双源双室结构完全不同,双源双室结构利用两个放射源形成两个电离室。单源双室结构简单,节省上了一块放射源,环境的变化对电离室的影响基本相同,提高了探测器对环境的适应性,增加了抗潮湿能力。 信号放大拾取整形电路将电离室里的

43、微弱电流信号转变成较大的电压信号，通过高输入阻抗的场效应管进行耦合放大,地址码预置及信号解码处理电路如是开关量探测器直接将其电压变化与阈值电压进行比较, 判别是否报警，如是模拟量探测器, 则将电压变化传到报警控制器,如探测器内置有CPU芯片,则其自身可以进行智能处理,利用内置的智能算法进行判断, 同时探测器至报警器间发生电路断线, 探测器安装接触不良或探测器内部电路元件损坏等都能够发出故障报警信号。滤波整形稳压电路是给离子源、集成电路和CPU等芯片提供直流工作电压,总线上发送的各种编码信息需经编码信号变换电路处理后发送给解码电路,并将解码电路发送的状态信息和值(烟雾浓度)传至总线上供报警器接收

44、处理。离子感烟探测器的实物图如图3-3所示：图3-32、光电感烟探测器它是应用烟雾粒子对光线产生散射,吸收或遮挡的原理而制成的一种探测器。按照其工作原理主要有两种:减光型光电感烟火灾探测器和散射型光电感烟探测器。散射型探测器利用红外线光束在烟雾中产生散射光的原理探测火灾初期阴燃阶段产生的烟雾。它由光学系统,信号处理电路等部分所组成，当烟雾进入光学暗室后,由红外线光源发出的光束,在烟粒子表面散射,受光器的光敏二极管接收到散射光,产生光电信号电流,其电流大小与烟雾的变化成比例,经信号处理电路处理后完成报警功能。根据烟粒子对光线的吸收和散射作用。光电感烟探测器又分为遮光型和散光型两种3、红外光束感烟

45、探测器它是对警戒范围内某一线状窄条周围烟气参数响应的火灾探测器。它同前面两种点型感烟探测器的主要区别在于线型感烟探测器将光束发射器和光电接受器分为两个独立的部分，使用时分装相对的两处，中间用光束连接起来。红外光束感烟探测器又分为对射型和反射型两种。4、激光型感烟探测器 主要是应用烟雾粒子吸收激光光束原理制成的线型感烟火灾探测器,激光器在脉冲电源的激发下发出同一束脉冲激光, 在正常情况下控制报警器不发出报警, 但如在激光束经过的途中被大量的烟雾遮挡而减弱到一定程度时,光电接收信号减弱,便会发出报警信号。3.3.2 烟雾探测器工作原理现在最常用的烟雾探测器是光电烟雾探测器和电离烟雾探测器。电离探测

46、器的内部结构。常会看到一个光束探测器。商店一侧靠近门的地方有光线（可以是白光和透镜或者是一道低能激光），另一侧则是一个光探测器，可以“看到”光线。当您通过光束时，会把它挡住。光探测器感应到光线的缺失，因此触发响铃。如果商店里烟雾浓得足以有效挡住光束，响铃就会响起。这个烟雾探测器会相当大。它不是很敏感。警报响起前要有很大的烟雾烟雾必须浓得足以完全挡住光线。这需要有大量的烟才行。因此，光电烟雾探测器采用了不同的方法来利用光线。在烟雾探测器内部有一道光和传感器，二者成90度角放置，在正常情况下，左侧的光源发出的光会直接射出，不经过传感器。但是，当有烟雾进入腔体时，烟雾微粒会使光线散开，一部分光会射到

47、传感器：然后传感器会启动烟雾探测器中的喇叭。光电探测器在感应有烟火灾（如垫子闷烧）时的效果比较好。3.4灭火器 PLC控制系统设计1、PLC的基本概念可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可

48、编程控制器简称PLC，PLC自1966年出现，美国、日本、德国的可编程控制器质量优良，功能强大。可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。 可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。 可靠性高，抗干扰能力强； 编程直观、简单； 适应性好； 功能完善，接口功能强。2、PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，主要由电源、中央处理单元(CPU)、存储器、输入输出接口电路、功能模块等单元构成。其总体框图如图3-4所示： 图3-4 P

49、LC的总体框图电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去 中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用

50、户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 输入输出接口电路 现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输

51、出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 功能模块 如计数、定位等功能模块 3、PLC的工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态

52、和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而

53、其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出

54、锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。 PLC的工作过程如图3-5所示： 图3-5 PLC的工作过程4、PLC内部运作方式虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但PLC内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU 中并最后执行控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”说明如下： 步骤一“输入状态检查”：PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1 或0 代表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置Xn。步骤二“程式执行”：将阶梯图程式逐行取入CPU 中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU直接自内存中查询取出。输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端Yn。步骤三“输出状态更新”将步骤二中之输出状态更新至PLC输出部接点，并且重回步骤一。 此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC 之反应时间，PLC 输入讯号之时间若小于此反应时间