PLC控制七层楼消防系统设计【15张CAD图纸+毕业论文】

PLC控制七层楼消防系统设计41页 19000字数+论文说明书+15张CAD图纸【详情如下】PLC图.dwgPLC控制七层楼消防系统设计论文.doc上位监控.zip下位程序.mwp楼宇消防图纸15张.dwg消防系统点表.xls电路图.dwg程序清单.zip目   录第一章引言6    1.1消防自控系统的发展历史61.2二消防自控系统的控制方式61.3联动方式6第二章 火灾探测器的原理及结构.92.1结构造型分类方法92.2探测火灾参数分类法92.3使用环境分类法122.4其他分类法13第三章可编程控制器143.1 可编程控制器的发展历史143.2PLC的定义153.3PLC的特点.153.4PLC的基本结构173.5PLC的工作原理193.6PLC楼宇消防控制的优点.20第四章设备的清单和选型.214.1   西门子S7-200PLC214.2其他控制辅助元器件.22第五章系统的设计.265.1七层楼消防自控系统点表265.2自控系统图相见AUTOCAD图纸305.3系统详解3054 上位监控系统35结论.39致谢.40参考文献.41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。全文共分5章。第1章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。第2章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，并着重论述了离子、光电感烟及感温三种探测器。第3章论述了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S7-200 PLC的特点。第4章论述了楼宇消防PLC控制系统的构成、要求及设计方法。第5章介绍了楼宇消防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Design of Fire System Based on Programmable Logic ControllerAbstractA fire alarm system consists of two part detecting unit and control system. The detector of the fire alarm system detects temperatuer 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.The chapter 1 briefly 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. The second chapter discusses the classification of fire detectors.Moer attentions are paid to the ion,optical and temperatuer detector. characteristics, structure and the basic principles, but also discusses the characteristics of S7-200 PLC. Chapter 4 discusses components of PLC control system of the building fire, requirements and design methods. Chapter 5 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, which is able to basically meet the requirements of building fire system.Key Words：Fire System Control System Detector Programmable Logic Controller第一章  引   言火灾报警系统（FA）是楼宇自控系统（BA）的一个分系统， 服务於楼宇自控系统，共同完成对大楼的监控。在我国，由于宏 观政策与行业管理的各种原因，消防系统总是作为一个需要独立 於其他系统的系统对待，不强调参与到楼宇自控系统里来。这 样，一方面，我国的消防自控系统产业取得了非常好的操作环境：另一方面，由於对系统以外的各个方面关心不够，或多或少 地存在一定的封闭性，不利於消防电子产业更广泛的拓宽发展出 路，不利於与楼宇自控系统及其他子系统紧密结合。为消防电子产业的发展计：增强与其他系统的联动能力是一个紧迫的问题。1.1消防自控系统的发展历史消防自控系统产业的责正形成是在八十年代中期，由於经济 发展，新的建筑物日见增多，并且社会各方面对预防和消除火情 十分重视，这样就产生了需求拉动。经过短时间的混乱後，由於国家主管部门的适时介入，有力地整合、规范了市场，使本产业 在有规可循、有法可依的基础上健康成长。1.2二消防自控系统的控制方式由于有国家主管部门的强力参与，本系统的技术规范已有国 家标准，并强制通过IS0900认证，各制造厂商的产品的差别不是很大。消防系统的核心思想是对报管中发生的任何火情及时地 感知，并根据级别给与报管或联动处理。所以，消防自控系统由 传感器、执行器、控制器与控制网络构成。根据现场的需求，火情传感器主要是感烟传感器和感温传感 器，从物理作用上区分，可分为离子型、光电型。从信号方式区 分，可分为开关型，模拟型及智能型。所有这些传感采测器对现 场的火情加以监测，及时将现场数据经过控制网络向控制器汇 总。获得火情後，系统采取必要的措施。除了应有的系统间联 系，消防系统也需具备直接反应的能力。这时候，智能区域控制 器经控制网络对防火卷帘门、电梯、灭火剂、钢瓶、消防水泵、 电动门等联动设备，下达启动或关闭的命令，以使火灾得到即时 控制，损失减小到最低程度。 火灾智能区域控制器是整个消防自动控制系统的核心，它监 测整个控制网络上的各个设备（传感器、执行器、显示器等）， 并根据具体情况，对各方面获得的数据子以汇总、分析、计算， 能够在它的显示界面上及时揭示火情发生的位置，火灾的程度及 已采取的措施等，使工作人员全面了解现场采取的必要措施。可以对其进行手自动设置，以及手动和自动的参数设置。供水泵的操作与风机一样，可以参照风机启动的步骤操作。另外在画面的右上角有当地时间，以及用户的一些信息等，如果退出的话，点击退出按钮进入启动画面，再点击退出系统按钮，就可以退出操作了。总之，利用组态王监控系统，可以方便快捷的监控到每一个房间的火警情况，能够检测到每台设备的运行情况，水位，烟雾浓度等，在控制室可以操作每一台设备，提高了效率，为火警应急提高速度，在遇到火灾时，更能发挥其优势，减少人员伤亡与财产的损失。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。致谢本文是在导师XXX老师的悉心指导下完成的。X老师为我们创造了宽松自由而不失严谨的学习环境。导师严谨求学的治学态度，诲人不倦的敬业精神，正直坦荡的为人风范使学生受益匪浅。谨此向导师致以崇高的敬意和衷心的感谢!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。感谢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、俞朴传感器技术南京：东南大学出版社，19923连忠勇电梯模型PLC控制系统设计：(硕士学位论文)西安：西安建筑科技人学，20054陈在平可编程控制器技术与应用系统设计北京：机械工业出版社，20025谭沽强PLC程序设计教程北京：清华大学出版社，20006 Appleton，wIPLC reduces panel size 25Design News1999，54(13)：36377袁任光可编程序控制器(PLC)应用技术与实例广州：华南理工大学出版社，20008高钦和可编程控制器应用技术与实例广州：华南理工大学出版社，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北京：化学工业出版社，200411王永华现代电气控制及PLC应用技术北京：北京航空航天大学，2007 分类号 密级 毕业设计说明书 题 目： 七 层 楼 宇 消 防 自 控 系 统 英 文 题 目： 生姓名： 专 业 ： 指导教师 ： 职 称 ： 毕业设 计说明书提交日期： 地址： 2 目 录 第一章 引言 6 防自控系统的发展历史 6 消防自控系统的控制方式 6 动方式 6 第二章 火灾探测器的原理及结构 9 9 用环境分类法 12 13 第三章 可编程控制器 14 编程控制器的发展历史 14 15 . 17 19 四章 设备的清单和选型 . 西门子 21 他控制辅助元器件 .五章 系统的设计 层楼消防自控系统点表 26 控系统图相见 纸 30 统详 解 30 5 4 上位监控系统 35 3 结论 谢 考文献 4 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/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。全文共分 5章。 第 1章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。第 2章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，并着重论述了离子、光电感烟及感温三种探测器。第 3章论述了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 4章论述了楼宇消防 求及设计方法。第 5章介绍了楼宇消防 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 5 of of of to ,a of If up ,of of of of at of of to 7 LC of of LC of is a of is to of 6 第一章 引 言 火灾报警系统（ 楼宇自控系统（ 一个分系统， 服务於楼宇自控系统，共同完成对大楼的监控。在我国，由于宏 观政策与行业管理的各种原因，消防系统总是作为一个需要独立 於其他系统的系统对待，不强调参与到楼宇自 控系统里来。这 样，一方面，我国的消防自控系统产业取得了非常好的操作环境：另一方面，由於对系统以外的各个方面关心不够，或多或少 地存在一定的封闭性，不利於消防电子产业更广泛的拓宽发展出 路，不利於与楼宇自控系统及其他子系统紧密结合。为消防电子产业的发展计：增强与其他系统的联动能力是一个紧迫的问题。 防自控系统的发展历史 消防自控系统产业的责正形成是在八十年代中期，由於经济 发展，新的建筑物日见增多，并且社会各方面对预防和消除火情 十分重视，这样就产生了需求拉动。经过短时间的混乱後，由於国家主管部门的 适时介入，有力地整合、规范了市场，使本产业 在有规可循、有法可依的基础上健康成长。 消防自控系统的控制方式 由于有国家主管部门的强力参与，本系统的技术规范已有国 家标准，并强制通过 制造厂商的产品的差别不是很大。消防系统的核心思想是对报管中发生的任何火情及时地 感知，并根据级别给与报管或联动处理。所以，消防自控系统由 传感器、执行器、控制器与控制网络构成。根据现场的需求，火情传感器主要是感烟传感器和感温传感 器，从物理作用上区分，可分为离子型、光电型。从信号方式区 分，可分为开关型 ，模拟型及智能型。所有这些传感采测器对现 场的火情加以监测，及时将现场数据经过控制网络向控制器汇 总。获得火情後，系统采取必要的措施。除了应有的系统间联 系，消防系统也需具备直接反应的能力。这时候，智能区域控制 器经控制网络对防火卷帘门、电梯、灭火剂、钢瓶、消防水泵、 电动门等联动设备，下达启动或关闭的命令，以使火灾得到即时 控制，损失减小到最低程度。 火灾智能区域控制器是整个消防自动控制系统的核心，它监 测整个控制网络上的各个设备（传感器、执行器、显示器等）， 并根据具体情况，对各方面获得的数据子以汇总、 分析、计算， 能够在它的显示界面上及时揭示火情发生的位置，火灾的程度及 已采取的措施等，使工作人员全面了解现场采取的必要措施。 动方式 7 消防自控系统包含了很多的监测、控制点， 但是它已做到了价格低廉，原因是：一方面受政策的影响，消防自控系统结构比 吨统一，较易形成产品化。另一方面消防自控系统由於仅需考虑 至忱情的问题，传输数据量较小，数据协议较为简捷，可使在一 条网络上连接较多的监测控制设备。一个系统的大部分投资在现 场设备止 而控制网络及智能区域控制器在整个工程投资中所占 的份额较低 系统 开通时的调试工作量也有所降低。 尽管确实具备了结构紧凑、价格低廉的优点， 但消防自控系 统的外延性不强。从消防系统的整体分析，与外部相联 接一般需要由其智能区域控制器完成。目前，各厂家提供的区域控制器 一般可以提供咫 232 接口（较高级的可以提供 口）。这时，其它 系统的控制器可直接利用这个 口与区域控制器相联接，取得一 部分消防系统的监控数据，实现联动功能。有时候，其它系统的中央处 理机在完成本系统的监控任务的同时，直接通过 智能区域控制器联接，直接获取消消防系 统的监控主机信号，其它系统 的监控主机就可以采取各种方式（以太网， 232 等等）与这台消防系 统的监控主机相联接，从而完成设计要求。四、合理的发展虽然消防系统具备了一定的与其它系统相互联动的 能力，但是与楼字自控制系统的飞速发展，依然是相当不匹配的。首先， 楼宇自控系统已经采用分布式控制方式设计，而消防系统基本上还是集 散控制方式，即使已经具备了一定的与外部交互能力，但却往往比较简单， 数据债输能力较弱，存在著痛苦的 “ 瓶颈 “ 问题。其次，消防系统的智能 控制器不具备或仅具有较弱的向上组网能力。各个智能区域 控制器往往容 易形成 “ 家天下 ” 的局面。 具备一定的闭环性，这其实对消防自控系统自身的发展状大也是 不利的。不利於今後消防系统自身的技术革新及升级换代。为了很好地继承消防自控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。显而易见，应进一步增强消防智能区域控 制器的能力，使其具备能够汇入其它骨干控制网络的能力，具有 分布式系统的一些特点，增加数据的传输能力，作为整个楼宇自 控系统有机的一部分而完成整个楼宇的智能控制。目前实行的一些政策规范尚未将消防系 统与其它系统建立较 为紧密的联系。但是，消防系统是楼宇自控系统不可或缺的一部 分。前些年，由於消防系统的发展较怏，各方面一度认为消防系 统是一个独立系统，进入 90 年代，其它系统（中央空调系统、保 安系统，变配电系统、网络等）已取得了长足的发展。现在看起来，消防系统有必要与其它系统建立紧密联系，事实上国 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 8 地位，已经有厂家 在控制器之间使用了 C 州总线技术，为 适时介入楼宇自控系统进 行了技术储备。而国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，比如我们 国内的蹴八一 5000 楼宇自控系统，已经为消防系统的硬件及软件 产品提供了一个向纵深发展的良好平台。消防系统在我国仍然是 一个方兴未艾的系统，及时作出产业调整是必要的。 9 第二章 火灾探测器的原理及结构 火灾探测器是系统的“感觉器官”，它的作用是监视环境中有没有火灾的发生。一旦有了火情，就将火灾的特征物理量，如 温度、烟雾、气体和辐射光强等转换成电信号，并立即动作，向火灾报带控制器发送报替信号。对于易燃易爆场合，火灾探测器主要探测其周围空间的气体浓度，在浓度达到爆炸下限以前报警。在个别场合下，火灾探测器也可探测压力和声波。下面按火灾探测器的不同分类方法分别介绍其原理和结构。火灾探测器的分类比较复杂。实用的分类方法有结构造型分类法、探测火灾参数分类法和使用环境分类法等 2。 按火灾探测器的结构造型分类，可以分成线型和点型两大类。 (1) 线型火灾探测器 :这是一种响应某一连续线路周围的火灾参数 的火灾探测器，其连续线路可以是“硬”的，也可以是“软”的。如空气管线型差温火灾探测器，是由一条细长的铜管或不锈钢管构成“硬”的连续线路。又如红外光束线型感烟火灾探测器，是由发射器和接受器二者中间的红外光束构成“软”的连续线路。 (2) 点型探测器 :这是一种响应某一点周围的火灾参数的火灾探测器。大多数火灾探测器属于点型火灾探测器。 根据火灾探测器探测火灾参数的不同，可以划分为感温、感烟、感光、气体和复合式等几大类。 (1) 感温火灾探测器 ： 这是一种响应异常温度、温升速率和温差的火灾探 测器。又可分为定温火灾探测器一温度达到或超过预定值时响应的火灾探侧器 ； 其结构如图 图 温感温火灾探测器结构图 定温火灾探测器的工作原理如图 它是由黄铜和殷铜之类膨胀系数 10 不同的两种金属片结合成双金属小片 此图可知，通常接点 a和 旦发生火灾，则双金属片弯曲，于是 a和 而使指示灯发亮或电铃发声。 差温火灾探测器一升温速率超过预定值时响应的感温火灾探测器 ;其结构如图 图 温感温火灾探测器的工作原理图 图 温感温火灾 探测器结构图 差温火灾探侧器的工作原理如图 图 温感温火灾探测器工作原理图 它是一种利用空气膨胀的差动式传感器。这种传感器由气室 A、 薄金属片形成的曲线图形板 D、汇漏孔 a、 右图可知，当有火灾时，由于 11 波纹板膨胀，接点 a和 火灾指示灯发亮和铃响。 差定温火灾探测器一兼有差温、定温两种功能的感温火灾探测器。感温火灾探测器，由于采用不同的敏感元件，如热敏电阻、热电偶、双金属片、易熔金属、膜盒和半导体等，又可派生出各种感温火灾探测器。 (2) 感烟火灾探测器：这是一 种响应燃烧或热解产生的固体或液体微粒的火灾探测器。由于它能探测物质燃烧初期所产生的气溶胶或烟雾粒子浓度，因此，有的国家称感烟火灾探测器为“早期发现”探测器。 气溶胶或烟雾粒子可以改变光强，减小电离室的离子电流以及改变空气电容器的解电常数半导体的某些性质。由此，感烟火灾探测器又可分为离子型、光电型、电容式和半导体型等几种。其中光电感烟火灾探测器，按其动作原理的不同，还可以分为减光型 (应用烟雾粒子对光路遮挡原理 )和散光型 (应用烟雾粒子对光散射原理 )两种。 若按工作特性又可分为非累积型和累积型。非累积型传感器只要 达到规定的烟浓度既工作，而累积型传感器只在规定浓度持续 20 在能放射较弱 射线的电离箱中，放射性同位素产生离子电流，当烟雾进入传感器时，烟雾被 射线吸收，从而使电流减弱。这种结构的传感器不受温度和压力变化的影响。 来自发光二极管的光，经过聚光透镜聚焦在受光器上。正常情况下，光不聚焦在受光器上，但烟雾粒子进入传感器后，由于光散射把光聚在受光器上，从而发出信号。应注意，这种传感器的结构必须做到仅让烟雾进入传感器内部，不能让昆虫等别的物质进去。 (3) 感光火灾探测器：感光火灾探测器又称为火焰探 测器。这是一种响应火焰辐射出的红外、紫外、可见光的火灾探测器，主要有红外火焰型和紫外火馅型两种。 (4) 气体火灾探测器：这是一种响应燃烧或热解产生的气体的火灾探测器。在易燃易爆场合中主要探测气体 (粉尘 )的浓度，一般调整在爆炸下限浓度的1/5时动作报告。用作气体火灾探测器探测气体 (粉尘 )浓度的传感元件主要有铂丝、铂钯 (黑白元件 )和金属氧化物半导体 (如金属氧化物、钙钛晶体和尖晶石 )等几种。 (5) 复合式火灾探测器：这是一种响应两种以上火灾参数的火灾探测器。主要有感温感烟火灾探测器、感光感烟火灾探测器 、感光感温火灾探测器等。 (6) 其他火灾探测器：有探测泄漏电流大小的漏电流感应型火灾探测器；有探侧静电电位高低的静电感应型火灾探测器；还有在一些特殊场合使用的，要求探测极其灵敏、动作极为迅速，以至要求探测爆炸声产生的某些参数的变化 (如压力的变化 )信号，来抑制消灭爆炸事故发生的微差压型火灾探测器；以及利用超声原理探测火灾的超声波火灾探测器等等。 用环境分类法 (1) 陆用型：一般用于内陆、无腐蚀性气体的环境，其使用温度范围为 12 +15 ，相对温度在 85%以下。在现有产品中，凡没有注明使用环境型式 的都为陆用型。 (2) 船用型：船用型火灾探测器主要用于舰船上，也可用于其他高温、高湿的场所，其特点是耐高温、高湿，在 50 以上的高温和 90 100%的高湿的环境中，可以长期正常工作。 (3) 耐寒型：这种火灾探测器特点是耐低温。它能在 一 40 以下的高寒环境中长期正常工作。它适用于北方无采暖的仓库和冬季平均温底低于 的地区。 (4) 耐酸型：该火灾探测器不受酸性气体的腐蚀，适用于空间经常停滞有较重含酸性气体的工厂区。 (5) 耐碱型：该火灾探测器不受碱性气体的腐蚀，适用于空间经常停滞有较重碱性气体的场 合。 (6) 防爆型：该火灾探测器适用于易燃易爆的场合。其结构符合国家防爆有关规定。 如果按寻址方式分又可分为标准型火灾探测器、可寻址火灾探测器。 标准火灾探测器：即早期使用的开关量火灾探测器，它没有自己的地址码，探测到烟或温度达到报告值后立即给出开关信号报警，报警时只能报到回路。 可寻址探测器：即现在普遍使用的模拟量火灾探测器，它有自己的地址码，并将探测到烟或温的浓度的模拟量值送回控制器，由控制器判别其是否达到报替状态。报告时能显示此探测器的地址码。 现个别公司又推出 3D 智能探测器，使用 微处理器及复合探测器技术来模拟人类神经系统的综合感知结构，就象人类通过视觉、嗅觉、触觉监视火灾发生及发展过程，并通过大脑类比分析，对三种信号的时间变化模式和不同火灾参数进行综合评估，排除伪火警，作出准确的判断。 13 第三章 可编程控制器 可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、灵活通用与维护方便等一系列的优点。特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青睐。因而在冶金、化工、交通、 电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱之一 3。 编程控制器的发展历史 在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。这种由继电器构成的控制系统有着明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高，尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，如果生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件结构，造成了时间和资会的严重浪费。 1968年，在底特律的美国通用汽车公司 (为了在每次汽车改型或改变工艺流程时能不改动原有继电器柜内的接线以便降低生产成本 ，缩短新产品的开发周期，提出了研制新型逻辑顺序控制装置，并提出了该装置的研制指标要求，即十项招标技术指标。其主要内容如下 4； (1) 在使用者的工厂里，能以最短中断服务时间，迅速方便地对其控制的硬件和设备进行编程及重新进行程序的设计。 (2) 所有系统单元必须能在工厂内无特殊支持的设备、硬件及环境条件下运行。 (3) 系统的维修必须简单易行。在系统中应设计有状态指示器及插入式模块，以便在最短的停车时间内使维修和故障诊断变得简单易行。 (4) 装置的体积应小于原有继电器控制柜的体积，它的能耗也应较少。 (5) 必须能与中央数据收集处理系统进行通信，以便监视系统的运行状态和运行情况。 (6) 输入开关量可以是已有的标准控制系统的按钮和限位开关的交流 15 (7) 输出的驱动信号必须能驱动以交流运行的电动机起动器和电磁阀线圈，每个输出量将设计为可开停和连续操纵具有 115V、 2 (8) 具有灵活的扩展能力。在扩展时，必须能以系统最小的变动及最短的更换和停机时间，使原有装置从系统的最小配置扩展到系统的最大配置。 (9) 在购买和安装费用上，应有与原有继电辑控制系统的竞争力，即 有高的性能价格比。 (10) 用户存储器容量至少在 4(根据当时的汽车装配过程的要求提出 ) 14 从上述十项指标可以看出，它实际上就是当今可编程序控制器的最基本的功能。将它们归纳一下，其核心为四点 5： (1) 用计算机代替继电器控制盘。 (2) 用程序代替硬件接线。 (3) 输入输出电平可与外部装置直接连接。 (4) 结构易于扩展。 美国的数字设备公司 (在 1969年研制出了第一台可编程序控制器 (14) 6。其后，美国的 84控制器， 1971年， 日本推出了 8控制器， 1973年西欧各国的各种可编程序控制器也研制成功我国在 1974年开始研制可编程序控制器 7。 由于 此，对它下一个确切的定义是困难的。在二十世纪七十年代 美国电气制造商协会 ( 8： 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 械或生产过程进行控制。 1982年，国际电工委员会 (布了 1985年提交了第 2版， 1987年的第 3版对 采用可以编制程序的存储器，用来在其内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 。 、易于扩展其功能的原则而设计 9。 上述的定义表明， 有与其他顺序控制装置不同的特点。 ： (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 现在下列几方面： 与继电器逻辑控制系统比较， 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。 如冗余设计、掉电保护、故障渗断和信息保护及恢复等，使可靠性得到提高。 具有编程简单、操作方便、维修容易等特点， 15 因此对操作和维修人员的技能要求降低，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， 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， 在 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、存储器内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。 在 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 在各种选用 一位的原因是由于 3 。其次，才是性能和维修方便等原因。可见，可靠性高是 (2) 易操作性 操作方便。对 多数程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的 程器采用 此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操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 以 编程方便。 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及，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。 低了。当系统发生故障时，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 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 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。 如，对需维修的部件设 16 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，使维修用的备品备件简化，也使维修变得方便。 (3) 灵活性 编程的灵活性。 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 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 为当今工业控制领域的重要控制设备。在柔性制造单元 (柔性制造系统 (计算机集成制造系统 (计算机集成过程控制系统 (到广泛的应用。 扩展的灵活性。 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，应用和控制范围的扩展。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 至可通过与集散控制系统(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大地方便了用户。 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。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相同的控制台或控制屏等。 格繁多。它主要由中央处理单元 储器、输入、输出等部分组成 10。 (1)中央处理单元 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 因此， (2) 存储器 17 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 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、标准子程序库及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 户不能直接存取。系统程序用来管理、协调 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通过编程器输入，经 存储器。为便于程序的调试、修改、扩充、完善，该存储器使用 变量 (数据 )存储器 变量存储器存放 内部继电器、 时器 /计数器中逻辑变脸的现行值等，这些现行值在 新有关内容，所以，变量存储器也采用 今用户程序存储器和变量存储器常采用低功耗的 提高运行可靠性。通常 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 微机的 I/，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 家通常将 I/对于中、大型 厂家通常都将 I/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/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 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大同小异，常有直流和交流开关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 (模拟 量转换成数字量，才能为 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 18 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 于需要摸拟信号驱动的负载。 (4) 编程器 编程器是 是开发、维护 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 参数。它通过通信端口与 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，以及编程、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 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 程器是专用的，不同型号的 能通用。 一定需要编程器。因此，多台同型号的 (5)其他设备 印机、 与普通微机类似， 软件的控制下，件分为系统软件和应用软件两部分。 (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，根据输入状念和指令内容进行逻辑运算； (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。 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， 此， 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，及时接收外来的控制命令， ，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 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， 留现行工作状态，并关断所有输出点，然后停机。 19 诊断结束后，如没发现故障， 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， 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。 现对机器的连续控制，直到接收到停机命令，或因停电、出现故障等才停止工作。 用西门子公司的 200 系列的 系列的 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 号为 24 可扩展 7 个模块，最大达 94466拟量输入 /模拟量输入）并且提供 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32 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 ，稳定时间为 2满足比较复杂的控制系统的要求。 20 第四章 设备的清单和选型 西门子 制系统 选型 在现在的工控领域， 不可或缺的，因为他的功能是不可取代的。在场，主要有西门子，三菱， 姆龙等。其中德国西门子系列也是世界上最好的 一。因此我们首先确定使用西门子系列的 西门子公司的 品有 7, 几大系列。 列是传统意义的 品，其中 针对低性能要求的小型 针对低性能要求的模块式中小型 多可以扩展 32 个模块。 用于中高级性能要求的大型 以扩展 300 多个模块。 00 可以组成 点 接口）、 络和工业以太网等。 . 德国进口西门子 列的 世界上最好的小型一，属于经典之作 列出色表现在以下几个方面： 高的可靠性 丰富的指令集 于掌握 捷的操作 富的内置集成功能 时特性 劲的通讯能力 列在集散自动化系统中充分发挥其 强大功能。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。 列 提供 4 个不同的基本型号的 8 种 您使用。 元设计 集成的 24V 负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器）， 21，222 具有 180出， 24， 2426 分别输出 280，400用作负载电源。 不同的设备类型 21226 各有 2 种类型 有不同的电源电压和控制电压。 本机数字量输入 /输出点 21 具有 6 个输入点和 4 个输出点， 22 具有 8 个输入点和6 个输出点， 24 具有 14 个输入点和 10 个输出点， 244 个输入点和 10 个输出点， 26 具有 24 个输入点和 16 个输出点。 本机模拟最输入 /输出点 24有 2 个输入点， 1 个输出点。 中断输入 允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。 高速计数器 21/222 21 4 个高速计数器（ 30可编程并具有复位输入， 2 个独立的输入端可同时作加、减计数，可连接两个相位差为 90的 A/B 相增量编码器 2426 6 个高速计数器（ 30具有 22 相同的功能。 22/224/22426 模拟电位器 22 1 个 2426 2 个 22/224/22426 还具有 脉冲输出 2 路高频率脉冲输出（最大 20用于控制步进电机或伺服电机实现定位任务。 实时时钟 例如为信息加注时间标记，记录机器运行时间或对过程进行时间控制。 储器模块（选件） 编程： 21/222/224/22426 程软件可以对所有的 21/222/224/22426 功能进行编程。同时也可以使用 件包，但是它只支持对 样具有的功能进行编程。 能对 21/222/224/22426 编程。如果使用C 的串口编程，则需要使用 缆。 可以利用 缆和自由口通讯功能把 接到许多和准兼容的设备。 有两种不同型号的 缆： 带有 的隔离型 缆，用 5 个 关设置波特率和其它配置项 （见下图） 他控制辅助元器件 为了达到系统升级的控制要求，我们还需要一些辅助器材，如隔离变压器，开关电源， 源，信号防雷器以及风扇等等。（详见材料请购单） 以下着重介绍几个重要辅件： 源 不间断电源 (英文简称 ,是能够提供持续、稳定、不间断的电源供应的重要外部设备。 工作原理分成后备式、在线式与在线互动式三大类。 名思义，它就是一台这样的机器，它在电能停止供应的时候，能保持一段供电时间，使人们有时间 存 22 盘 ，再从 容地关闭 机器 。 源，分为在线式和后备式等几种，它在机器有电工作时，就将市电交流电逆变，并储存在自己的 电源 中，一旦停止供电，它就能提供电源，使 电脑 维持一段 时间 的 工作 ，保持时间可能是 10分钟 、半小时等。 高可靠性不间断供电 保证动力的连续性 电网稳压、净化功能 消除电网波动、污染 电池管理功能 延长电池使用寿命 智能监控功能 有效解决电源维护功能 一种含有储能装置，以 逆变器 为主要组成部分的恒压、恒频的不间断电源 。当市电正常时， 市电稳压或稳压、稳频后供 负载 使用，同时向机内电池充电；当市电中断时（异常时）， 即在 4秒 内或 “零 ”中断时间内将 蓄电池 的电源通过逆变转换的方式向负载继续供应 电力 ，使负载维持正常的工作，以便保存资料并保护负载的软硬件不受损坏。从原理上来说， 一种集数字和模拟电路 ,自动控制逆变器与免维护贮能装置于一体的电力电子设备； 从功能上来说， 以在 供 电出现异常时 ,有效地净化 供 电；还可以在市电突然中断时持续一定时间给电脑等设备供电 ,使你能有充裕的时间应付 。 污水处理系统中采 用山特 120V 的 源来满足供电需求。 隔离变压器 隔离变压器是一种 1 比 1 的变压器。初级 220v,次级也是 220v。隔离变压器的次级不与大地相连 各种杂波减少了 隔离变压器是在使用某些电器时为了人身安全而加设的。例如在维修彩色电视机时，因为有彩色电视机的电源部分和市电相连，若维修人员不注意碰到了这部分电路，就会引触电，危及人身安全。其次，在维修一些家用电器时，也应该接上隔离变压器。 说明一点，隔离变压器是一个 1： 1的变压器，也就是说，它的初级和 次级的圈数和线径的 粗细都是相等的，并不分初级和次级，哪边的绕组接入市电都是一样的。 须要注意的是，选用隔离变压器的原则是：隔离变压器的功率一定要大于所维修的家电电器的功率。 隔离变压器俗称安全变压器，它一般用于隔离市网电的杂质和维护设备等之用 23 使用隔离变压器首先要先了解我国的供电系统，我国的供电系统在供给低压用户时，一般采取三相四线制，中性线接地，通俗点，就是到居民家的电线，一根是相线（火线），里另一根是零线，它是和大地同地位，当人体由于触及热底板时，就会使电流通过人体，和大地构成回路，造成触电危害。如果使 用隔离变压器，就会安全些，因为初级和次级是通过磁场交换能量，没有物理上的硬连接，就算人体触及带电的物品，也会因为人体和大地同地位，而使带电部位的电位为低电位，不会引起触电危害。比如说人触电通常都是导体的电通过人体流入大地的过程，而他之所以会流入大地就是因为他的供电设备对大地有电气关系 即中性点接地 ，如果没有这个电气关系，那么人是不会触电 使用隔离变压器要注意两点。 1 ： 变压器的次级两端都不能接地， 2 ： 人体不能同时触及次级两端，否者，就有触电的危险。 污水处理系统上我们选用华通 20/220 的 隔离 变压器 。 开关电源 开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的道通与截止。将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压 。 转华为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比 50 所以开关变压器可以做的很小，而且工作时不是很热 ， 成本很低 。 开关电源的工作流程是： 电源 输入滤波器 全桥整流 直流滤波 开关管（振荡逆变） 开关变压器 输出整流与滤波。 为了满足控制系统中模块的供电需求，我们选用两个明纬开关电源。 24 电源防雷器 苏州地处江南多雨水地区，夏天也往往会受到雷电的威胁，因此我们在 控箱 中 增设一块科佳 源防雷器 。防止雷电的威胁。 电源防雷是防止雷电和其他内部过电压侵入设备造成损坏，从室外防雷与线路防雷相结合的综合防雷方案，采用电源防雷能在最短时间内释放电路上因雷击感应而产生的大量脉冲能量短路泄放到大地，降低设备各接口间的电位差，从而保护电路上序号 设备名称 警报警器12 火警报警器13 火警报警器14 火警报警器15 火警报警器16 火警报警器17 火警报警器18 火警报警器19 火警报警器110 火警报警器111 火警报警器212 火警报警器213 火警报警器214 火警报警器215 火警报警器216 火警报警器217 火警报警器218 火警报警器219 火警报警器220 火警报警器221 火警报警器322 火警报警器323 火警报警器324 火警报警器325 火警报警器326 火警报警器327 火警报警器328 火警报警器329 火警报警器330 火警报警器331 火警报警器432 火警报警器433 火警报警器434 火警报警器435 火警报警器436 火警报警器437 火警报警器438 火警报警器439 火警报警器440 火警报警器441 火警报警器542 火警报警器543 火警报警器544 火警报警器545 火警报警器546 火警报警器547 火警报警器548 火警报警器549 火警报警器550 火警报警器551 火警报警器652 火警报警器653 火警报警器654 火警报警器655 火警报警器656 火警报警器657 火警报警器658 火警报警器659 火警报警器660 火警报警器661 火警报警器762 火警报警器763 火警报警器764 火警报警器765 火警报警器766 火警报警器767 火警报警器7警报警器769 火警报警器770 火警报警器771 1#消防泵远方就地 72 1#消防泵运行 73 1#消防泵故障 74 2#消防泵远方就地 75 2#消防泵运行 76 2#消防泵故障 77 3#消防泵远方就地 78 3#消防泵运行 79 3#消防泵故障 80 1#排风机远方就地 81 1#排风机运行 82 1#排风机故障 83 2#排风机远方就地 84 2#排风机运行 85 2#排风机故障 86 3#排风机远方就地 87 3#排风机运行 88 3#排风机故障 89 4#排风机远方就地 90 4#排风机运行 91 4#排风机故障 92 5#排风机远方就地 93 5#排风机运行 94 5#排风机故障 95 6#排风机远方就地 96 6#排风机运行 97 6#排风机故障 98 7#排风机远方就地 99 7#排风机运行 100 7#排风机故障 101 备用 102 备用 103 备用 104 备用 序号 设备名称 #消防泵启动 #消防泵启动 #消防泵启动 #排风机启动 #排风机启动 #排风机启动 #排风机启动 #排风机启动 #排风机启动 #排风机启动 层火警声光报警器 层火警声光报警器 层火警声光报警器 层火警声光报警器 层火警声光报警器 层火警声光报警器 层火警声光报警器 断大楼电源 用 用 用 用 用 用 备名称 水池超声波液位计 层烟雾感应器 层烟雾感应器 层烟雾感应器 层烟雾感应器 层烟雾感应器 层烟雾感应器 层烟雾感应器 防泵变频器频率反馈 防泵变频器频率给定 备名称 自动 300,12 启动 300,23 停止 300,34 手自动 300,45 启动 300,56 停止 300,67 手自动 300,78 启动 300,89 停止 301,110 手自动 301,211 启动 301,312 停止 301,413 手自动 301,514 启动 301,615 停止 301,716 手自动 301,817 启动 302,118 停止 302,219 手自动 302,320 启动 302,421 停止 302,522 手自动 302,623 启动 302,724 停止 302,825 手自动 303,126 启动 303,227 停止 303,328 手自动 303,429 启动 303,530 停止 303,631 备用 303,732 备用 303,833 手动310,134 自动动防泵2#消防泵3#消防泵1#排风机2#排风机3#排风机4#排风机5#排风机6#排风机7#排风机