基于PLC自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘 要 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器（PLC）不斷更新、發(fā)展，PLC控制是自動控制中最常見的控制方式之一。自動報(bào)警滅火系統(tǒng)就是自動控制應(yīng)用之一，本文論述的自動報(bào)警滅火系統(tǒng)主要由以下幾部分構(gòu)成：可編程控制器（控制系統(tǒng)）、自動噴水滅火系統(tǒng)和自動報(bào)警系統(tǒng)?？删幊炭刂破鳎≒LC）選用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N-48MR小型PLC；噴水滅火系統(tǒng)采用電磁閥和水泵來實(shí)現(xiàn)；而報(bào)警系統(tǒng)則通過感溫探測器和感煙探測器所測得的信號來控制報(bào)警器（蜂鳴器）使之達(dá)到報(bào)警的效果。 本設(shè)計(jì)主要的工作原理是通過兩種探測器判定有無火災(zāi)，并將轉(zhuǎn)換后的電信號傳給PLC，PLC根據(jù)接收到的信號來控制報(bào)警器，再由報(bào)警器控制電磁閥的通斷來進(jìn)行滅火。 關(guān)鍵詞：PLC 探測器 報(bào)警器 目 錄 第1章 緒論 1 第2章 自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)簡介 2 2.1自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng) 2 2.2 自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)的特點(diǎn) 2 2.3 自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)在火災(zāi)中的三個主要任務(wù) 2 2.4 自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)的組成 3 2.5 自動報(bào)警系統(tǒng)區(qū)域劃分 4 第3章 可編程控制器的簡介 5 3.1 可編程控制器的發(fā)展歷程 5 3.2 可編程控制器的發(fā)展前景 5 3.3 可編程控制器的特點(diǎn) 6 3.4 可編程控制器的分類 6 3.4.1　按結(jié)構(gòu)分類 6 3.4.2 按控制規(guī)模分類 7 3.5 可編程控制器的結(jié)構(gòu) 7 3.5.1　中央處理器 7 3.5.2　存儲器 7 3.5.3　輸入接口電路 7 3.5.4　輸出接口電路端 7 3.5.5　電源 7 第4章 自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 8 4.1 硬件的組成 8 4.1.1 火災(zāi)探測器 8 4.1.2 火災(zāi)探測器的選擇 8 4.1.3 火災(zāi)探測器的設(shè)置………………………………………………………………………9 4.1.4噴淋頭 ……………………………………………………………………………………9 4.1.5 電磁閥 10 4.1.6蜂鳴器 10 4.1.7 噴淋泵 11 4.2 可編程序控制器（PLC）的選型 12 4.2.1 地址分配 12 4.2.2 外部接線 13 4.2.3 互鎖電路圖 14 第5章 自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 15 5.1 PLC程序的控制要求 15 5.2 編程方法思路介紹 15 5.3 系統(tǒng)流程圖 16 5.4 PLC程序說明 17 結(jié)束語 18 致謝 19 參考文獻(xiàn) 20 附錄 程序梯形圖 21 第1章 緒論 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化，但是同時也帶來了更大的災(zāi)害——火災(zāi)。雖然這不是什么新名詞，但是相較之以前的火災(zāi)，已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，里面的不確定因素增加了很多，不過人們對于火災(zāi)的認(rèn)識也在不斷加深，針對火災(zāi)初期不同特征的各種探測方法也越來越多了。 基于PLC控制的自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)是一種重要的報(bào)警、滅火措施，它的設(shè)置對建筑功能的干擾最小，而且能將火災(zāi)控制在初起階段。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展迫使更多倉庫拔地而起，裝有大量有機(jī)材料或可燃易燃物質(zhì)的倉庫，一旦起火，這些遍布全倉庫的可燃物便是火災(zāi)燃燒的極好物質(zhì)條件，同時這些倉儲物品也是火災(zāi)迅速蔓延的良好途徑。自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)是目前世界上采用最廣泛的一種固定滅火報(bào)警設(shè)施。其特征是：通過加壓設(shè)備將水送入管網(wǎng)至帶有電磁控制的噴頭處，噴頭在收到開啟控制信號的同時自動開啟灑水滅火，并發(fā)出報(bào)警，更好的預(yù)防火災(zāi)的蔓延。 從自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐和統(tǒng)計(jì)資料可以看出，自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)的控火滅火率很高，對倉儲建筑物中的滅火具有很高的實(shí)用價值，而且隨著科學(xué)的進(jìn)步，該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍將會越來越廣泛，系統(tǒng)可靠性和控火滅火率也會相應(yīng)提高。 第2章 自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)簡介 2.1自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng) “自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)”是一個專業(yè)術(shù)語，特指有灑水噴頭、報(bào)警閥組、水流報(bào)警裝置（水流指示器或壓力開關(guān)）等組件，以及管道、供水設(shè)施組成的自動報(bào)警滅火系統(tǒng)。按規(guī)定技術(shù)要求組合后的系統(tǒng)，應(yīng)能在初起火災(zāi)階段自動報(bào)警并啟動噴水，滅火或控制火勢的發(fā)展蔓延。因此，此類系統(tǒng)的功能是撲救初起火災(zāi)。 自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)是目前國際上應(yīng)用范圍最廣、用量最大、滅火成功率最高且造價最為低廉的固定滅火設(shè)施，并被公認(rèn)是最為有效的建筑火災(zāi)自救設(shè)施。按照系統(tǒng)的組成與技術(shù)特點(diǎn)，可劃分為濕式、干式、預(yù)作用式和雨淋式四種類型。采用筆試灑水噴頭的自動噴水滅火系統(tǒng)，被稱為閉式系統(tǒng)。雨淋系統(tǒng)與水幕系統(tǒng)采用開式噴頭，可稱為開式系統(tǒng)。水幕系統(tǒng)與雨淋系統(tǒng)的組成雖然很相似，但水幕系統(tǒng)不是滅火設(shè)施，而是防火設(shè)施。水噴霧系統(tǒng)的組成同樣和雨淋系統(tǒng)極為相似，二者雖僅用的噴頭不同，但在滅火機(jī)理與保護(hù)對象方面，二者存在著性質(zhì)上的不同，因此水噴霧系統(tǒng)不屬于自動噴水滅火系統(tǒng)的范疇，是另外一種類型的固定式自動滅火系統(tǒng)。 2.2 自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)的特點(diǎn) 基于PLC控制的自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)反應(yīng)快，由于采用火災(zāi)傳感器探測火災(zāi)信號傳遞給PLC（中央控制器），PLC來控制系統(tǒng)的開啟，從火災(zāi)傳感器探測火災(zāi)信號傳遞給PLC（中央控制器），PLC來控制電磁閥的開啟噴水滅火的時間短，其反應(yīng)快。自動噴水滅火系統(tǒng)控制面積大，用水量大。由于電磁式噴頭向系統(tǒng)保護(hù)區(qū)域同時噴水，能有效的控制住火災(zāi)，防止火災(zāi)蔓延，初期滅火用水量很大。 完善系統(tǒng)自身的可靠性。自動報(bào)警滅火系統(tǒng)將在發(fā)展中得到完善。一方面表現(xiàn)在，通過噴水滅火機(jī)理的研究，對不同火災(zāi)場所的火災(zāi)負(fù)荷、發(fā)展、蔓延過程，決定采用不同類型的噴水滅火方式。 自動報(bào)警滅火系統(tǒng)中的自動噴水滅火裝置，根據(jù)被保護(hù)建筑物的性質(zhì)和火災(zāi)發(fā)生，發(fā)展特性的不同，可以有許多不同的系統(tǒng)形式。通常根據(jù)系統(tǒng)中所使用的噴頭形式不同，分為閉式自動噴水滅火、開式自動噴水滅火。 2.3 自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)在火災(zāi)中的三個主要任務(wù) 1、把足夠的水量噴灑直達(dá)燃燒面，至少要淋濕火源周圍的可燃物，才能實(shí)現(xiàn)滅火控火的目標(biāo)。噴淋系統(tǒng)通過灑水冷卻，撲滅有焰燃燒，其噴水強(qiáng)度首先應(yīng)滿足撲滅火焰的需要[5]。噴頭灑水對火源燃燒面熱釋放速率的影響，美國NIST方程提出噴頭灑水時間與火源熱釋放速率的數(shù)學(xué)方程式見公式2.1所示： （2.1） ——計(jì)算時刻t的火源熱釋放速率（kw）； ——噴淋啟動時刻的初始熱釋放速率（kw）； ——計(jì)算時刻（s）；——噴淋啟動時刻； ——噴淋啟動后至計(jì)算時刻的噴水時間（s）； ——噴淋系統(tǒng)的噴水密度（mm/s）； 2、防止建筑火災(zāi)發(fā)生轟燃，是減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的重要目標(biāo)。火災(zāi)發(fā)生到一定狀態(tài)時，會發(fā)生轟燃，轟然是局部火災(zāi)向全面火災(zāi)發(fā)展的分界點(diǎn)，轟燃發(fā)生后不但會造成更大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，而且難以救援，建筑結(jié)構(gòu)也會遭到更大破壞。因此，防止和延緩其發(fā)生是設(shè)置自動報(bào)警滅火系統(tǒng)的重要目標(biāo)。 3、噴頭灑水應(yīng)連續(xù)的打濕距濺水盤或吊頂一定高度以下的墻面，有利于控制火勢，保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)。國標(biāo)GB5135.12《擴(kuò)展覆蓋面積（EC）噴頭》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：每一只EC噴頭在規(guī)定的濕墻試驗(yàn)中，應(yīng)連續(xù)打濕試驗(yàn)室四周的墻面，打濕部位距吊頂?shù)木嚯x不應(yīng)大于1.5m。 2.4 自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)的組成 基于PLC控制的自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)是由自動噴水滅火系統(tǒng)、自動報(bào)警系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，這三個子系統(tǒng)組成。如圖2.1所示。 圖2.1系統(tǒng)框圖 自動噴水滅火系統(tǒng)是由灑水噴頭、報(bào)警閥組、水流報(bào)警裝置（水流指示器或壓力開關(guān)）等組件，以及管道、供水設(shè)施組成，并能在發(fā)生火災(zāi)時噴水的自動滅火系統(tǒng)。 自動報(bào)警系統(tǒng)是由觸發(fā)裝置、火災(zāi)報(bào)警裝置以及具有其它輔助功能的裝置組成，它具有能在火災(zāi)初期，將燃燒產(chǎn)生的煙霧、熱量、火焰等物理量，通過火災(zāi)探測器變成電信號，傳輸?shù)交馂?zāi)報(bào)警控制器，并同時顯示出火災(zāi)發(fā)生的部位、時間等，使人們能夠及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，并及時采取有效措施，撲滅初期火災(zāi)，最大限度的減少因火災(zāi)造成的生命和財(cái)產(chǎn)的損失，是人們同火災(zāi)斗爭的有力工具。 控制系統(tǒng)包括可編程序控制器和各種開關(guān)。 自動噴水滅火系統(tǒng)、自動報(bào)警系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，這三個系統(tǒng)之間是通過線路系統(tǒng)聯(lián)系在一起，自動噴水滅火系統(tǒng)的開啟與關(guān)閉是由控制系統(tǒng)通過其與各系統(tǒng)之間的控制線路來實(shí)現(xiàn)對其余兩個子系統(tǒng)的控制。 2.5 自動報(bào)警系統(tǒng)區(qū)域劃分 本倉庫是一個小型倉庫，房間1堆放一批辦公用紙，房間2堆放一些電氣設(shè)備，房間3堆放一些辦公桌椅，通常沒有專人看管，因此需要安裝自動報(bào)警裝置。小型倉庫的使用面積共176平米，坡度為0~3米，高度5米，有很好的通風(fēng)環(huán)境。根據(jù)倉庫的具體情況，把倉庫分成三個有自動報(bào)警滅火裝置的房間，每個房間的面積為40平米，互相之間不連通，并且每個房間之間的間隔為2米，在各房間的外面還有一條1米寬的走廊，避免探測區(qū)域的交叉重疊。倉庫的區(qū)域劃分如圖2.2所示： 圖2.2 倉庫房間分布圖 第3章 可編程控制器的簡介 3.1 可編程控制器的發(fā)展歷程 可編程控制器是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開發(fā)起來的，雖然也采用了計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，但當(dāng)時只能進(jìn)行邏輯計(jì)算，故稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Contrnller，簡稱PLC）。后來隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程邏輯控制器更多地具有了計(jì)算機(jī)的功能，不僅用邏輯編程取代硬連線邏輯，還增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和處理等功能，而且做到了小型化和超小型化，這種采用微電腦技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯控制、順序控制的范圍，故稱為可編程控制器（Programmable Contrnller，簡稱PC），但由于PC容易和個人計(jì)算機(jī)（Personal Computer，簡稱PC）混淆，所以人們?nèi)粤?xí)慣用PLC作為可編程控制器的縮寫。 20世紀(jì)60年代以前，汽車流水線的自動控制系統(tǒng)基本上都采用傳統(tǒng)的繼電器控制。在60年代初，美國汽車制造業(yè)競爭越發(fā)激烈，汽車每一次的更新周期越來越短，這樣對汽車流水線的自動控制系統(tǒng)更新就越來越頻繁，原來的繼電器控制就需要經(jīng)常地重新設(shè)計(jì)和安裝，從而延緩了汽車的更新時間。所以人們就想用一種通用性和靈活性較強(qiáng)的控制系統(tǒng)來替代原有的繼電器控制系統(tǒng)。 1986年，美國通用汽車公司首先提出了可編程控制器的概念。在1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）終于研制出世界上第一臺PLC。這是由一種新的控制系統(tǒng)代替繼電器的控制系統(tǒng)，它要求盡可能地縮短汽車流水線控制系統(tǒng)的時間，其核心采用編程方式代替繼電器方式來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的控制。1971年，日本引進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)，并開始生產(chǎn)自己的PLC。1973年，歐洲一些國家也研制出了自己的 PLC。1974年，我國也開始仿照美國的PLC技術(shù)研制自己的PLC，終于在1977年研制出第一臺具有實(shí)用價值的PLC。 3.2 可編程控制器的發(fā)展前景 21世紀(jì)，PLC會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會有運(yùn)算速度更快、存儲容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。 3.3 可編程控制器的特點(diǎn) PLC是傳統(tǒng)的繼電器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，所以在工業(yè)控制方面，它具有繼電器控制或通用計(jì)算機(jī)所無法比擬的特點(diǎn)[1]。 （1） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 在硬件方面，由于采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源，并且對采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選，加上合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，最后加固、簡化安裝，因此PLC具有很強(qiáng)的抗振動性能；無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成大量的開關(guān)動作，就不會出現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)中的器件老化、脫焊、觸點(diǎn)電弧等問題；所有的輸入/輸出（I/O）接口都采用了光電隔離措施，使外部電路和PLC內(nèi)部電路能有效的進(jìn)行隔離；PLC模塊式結(jié)構(gòu)，可以在其中一個模塊出現(xiàn)故障時迅速地判斷出故障的模塊并進(jìn)行更換，這樣就能盡量縮短系統(tǒng)的維修時間。 在軟件方面，PLC的監(jiān)控定時器可用于監(jiān)視執(zhí)行用戶的專用運(yùn)算處理器的延遲，保證在程序出錯和程序調(diào)試時，避免因程序錯誤而出現(xiàn)死循環(huán)；當(dāng)CPU、電池、I/O口、通信等出現(xiàn)異常時，PLC的自診斷功能可以檢測到這些錯誤，并采取相應(yīng)的措施，以防止故障擴(kuò)大；停電時，后備電池和正常工作時一樣，進(jìn)行對用戶程序及動態(tài)數(shù)據(jù)的保護(hù)，確保信息不丟失。 （2） 編程簡單，操作方便 模塊化的PLC設(shè)計(jì)，使用戶能根據(jù)自己控制系統(tǒng)的大小、工藝流程和控制要求等來選擇自己所需的PLC的模塊并進(jìn)行資源配置和PLC編程。這樣，控制系統(tǒng)就不再需要大量硬件裝置，用戶只需根據(jù)控制需要設(shè)計(jì)PLC的硬件配置和I/O的外部接線即可。而在PLC控制系統(tǒng)中，當(dāng)控制要求改變時，不改變PLC外部接線，只需修改程序即可。這種面向控制過程的編程方式，與目前微機(jī)控制常用的匯編語言相比，雖然在PLC內(nèi)部增加了解釋程序，增加了程序執(zhí)行時間，但對大多數(shù)的機(jī)電控制設(shè)備來說，這種時耗是微不足道的。 （3） 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少，維護(hù)方便 PLC用軟件取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝接線工作量大為減少。同時PLC的用戶程序大部分可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試，用模擬試驗(yàn)開關(guān)代替輸入信號，其輸出狀態(tài)可通過PLC上的發(fā)光二極管指示出來。模擬調(diào)試好后再將PLC控制系統(tǒng)安裝到生產(chǎn)現(xiàn)場，進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，這樣既安全，又快捷方便。 （4） 體積小，能耗低 由于PLC內(nèi)部電路主要采用微電子技術(shù)設(shè)計(jì)，因此它具有體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。而它的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線少的多，故可以省下大量的配線和附件，從而減少大量的安裝接線工時，加上開關(guān)柜體積的縮小，也可以節(jié)省大量的費(fèi)用。 3.4 可編程控制器的分類 3.4.1　按結(jié)構(gòu)分類 PLC按其硬件的結(jié)構(gòu)形式可分為整體式和組合式。 3.4.2 按控制規(guī)模分類 PLC的控制規(guī)模主要是指開關(guān)量的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)及模擬的輸入/輸出路數(shù)。但主要以開關(guān)量的點(diǎn)數(shù)計(jì)數(shù)，模擬量的路數(shù)可以折算成開關(guān)量的點(diǎn)數(shù)。按照此項(xiàng)進(jìn)行分類主要包括小型、中型和大型。 3.5 可編程控制器的結(jié)構(gòu) 3.5.1　中央處理器 中央處理器簡稱CPU。與一般計(jì)算機(jī)一樣，CPU是核心，在整機(jī)中起到類似人類的神經(jīng)中樞的作用，可編程控制器的整機(jī)性能有著決定性影響。隨著微電子技術(shù)的性能價格比高等優(yōu)勢受到了人們的特別關(guān)注，目前小型PLC都用8位或者16位單片機(jī)作CPU。 3.5.2　存儲器 （1） 系統(tǒng)程序存儲器 系統(tǒng)程序存儲器用來存放制造商為用戶提供的監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋程序、故障診斷程序及其它各種管理程序。 （2） 用戶存儲器 用戶存儲器是專門提供給用戶存放程序和數(shù)據(jù)的，所以用戶存儲器通常又分為用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩個部分。 3.5.3　輸入接口電路 開關(guān)量輸入輸出接口電路的主要參數(shù)是輸入電流?，F(xiàn)場開關(guān)閉合時，必須有足夠的電流流入光耦輸入端，使光敏三極管完全導(dǎo)通；而當(dāng)現(xiàn)場開關(guān)段開時，必須保證流入光耦輸入端的電流足夠小，保證光耦輸出光敏三極管可靠截止。 3.5.4　輸出接口電路端 可編程控制器的輸出有三種形式：一種是繼電器輸出，一種是晶閘管輸出（SSR型），一種是晶體管輸出。 3.5.5　電源 PLC對電源的基本要求是： （1） 能有效控制、消除電網(wǎng)電源帶來的各種噪聲。 （2） 不會因電源發(fā)生故障而導(dǎo)致其他部分產(chǎn)生故障。 （3） 能在較寬的電壓波動范圍內(nèi)保持輸出電壓穩(wěn)定。 （4） 電源本身的功耗應(yīng)盡可能低，以降低整機(jī)的溫升。 （5） 內(nèi)部電源及PLC向外提供的電源與外部電源間應(yīng)完全隔離。 （6） 有較強(qiáng)的自動保護(hù)功能。 第4章 自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 4.1 硬件的組成 4.1.1 火災(zāi)探測器 火災(zāi)探測器是火災(zāi)自動報(bào)警消防系統(tǒng)的傳感部分,是組成各種火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的重要組件,是該系統(tǒng)的”感覺器官”。他能對火災(zāi)參數(shù)(如煙、溫度、火焰輻射、氣體濃度等)響應(yīng),并自動產(chǎn)生火災(zāi)報(bào)警信號,或向控制和指示設(shè)備發(fā)出現(xiàn)場火災(zāi)信號的裝置?；馂?zāi)探測器是系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件,它的穩(wěn)定性、可靠性和靈敏度等技術(shù)指標(biāo)都會受到諸多因素的影響,因此火災(zāi)探測器的選擇和分布應(yīng)該嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行。它是消防火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)中，對現(xiàn)場進(jìn)行探查，發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的設(shè)備。按對現(xiàn)場的信息采集類型分為：感煙探測器、感溫探測器、火焰探測器和特殊氣體探測器?？紤]到本次適用的環(huán)境是一個小型倉庫，因此選擇感煙探測器和感溫探測器。 4.1.2 火災(zāi)探測器的選擇 火災(zāi)探測器的選擇應(yīng)符合下列要求: (1) 對火災(zāi)初期有陰燃階段,產(chǎn)生大量的煙和少量的熱,很少或沒有火焰輻射的,選用感煙探頭; (2) 對火災(zāi)法陣迅速,產(chǎn)生大量熱、煙和火焰輻射的,選用煙感探頭,感溫,火焰探頭或他們的組合; (3) 對火災(zāi)發(fā)展迅速,有強(qiáng)烈火焰輻射和少量煙,熱的,選用火焰探頭; (4) 對情況復(fù)雜或火災(zāi)形成特點(diǎn)不可預(yù)料的,可進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)選用合適的探頭; (5) 不同高度的房間設(shè)置火災(zāi)探測器時可參照表2-1。 房間高度（m) 感煙探測器 感溫探測器 一級 二級 三級 12＜h≤20 不合適 不合適 不合適 不合適 8＜h≤12 合適 不合適 不合適 不合適 6＜h≤8 合適 合適 不合適 不合適 4＜h≤6 合適 合適 合適 不合適 h≤4 合適 合適 合適 合適 表2-1 火災(zāi)探測器參數(shù)表 (6) 本系統(tǒng)采用SD6800感煙探測器、OT503智能感溫探測器作為火災(zāi)探測器。 4.1.3火災(zāi)探測器的設(shè)置 (1) 一個探測區(qū)域內(nèi)至少應(yīng)布置一只火災(zāi)探測器。 (2) 在寬度小于3m以內(nèi)的過道頂棚上設(shè)置探測器時宜居中布置。感溫探測器的安裝間距L不應(yīng)超過10m，感煙探測器的安裝間距L不應(yīng)超過15m，探測器至端墻的距離不應(yīng)大于探測器間距的1/2。 (3) 感煙探測器、感溫探測器的保護(hù)面積和保護(hù)半徑應(yīng)該滿足表4-1的規(guī)定。 (4) 探測器至墻壁、梁的水平距離不應(yīng)小于0.5m，并且探測器的周圍0.5m內(nèi)不應(yīng)有遮擋物。 (5) 探測器宜水平安裝，如必須傾斜安裝時，傾斜角不應(yīng)大于45。當(dāng)屋頂坡度θ大于45 時，應(yīng)加木臺或類似方法安裝探測器。 表4-1 感煙、感溫探測器的保護(hù)面積和保護(hù)半徑 火災(zāi)探測器的種類 地面面積h(m) 房間高度h(m) 一只探測器的保護(hù)面積A和保護(hù)半徑R 房 間 坡 度 θ θ≤15 15＜θ≤　30 θ＞30 A（m2） R（m) A（m2） R（m) A（m2） R（m) 感煙探測器 S≤80 h≤12 80 6.7 80 7.2 80 8 S＞80 6＜h≤12 80 6.7 100 8 120 9.9 h≤6 60 5.8 80 7.2 100 9 感溫探測器 S≤30 h≤8 30 4.4 30 4.9 30 5.5 S＞30 h≤8 20 3.6 30 4.9 40 6.3 4.1.4 噴淋頭 在發(fā)生火災(zāi)時，消防水通過噴淋頭均勻?yàn)⒊?，對一定區(qū)域的火勢起到控制作用。它是噴水系統(tǒng)的重要組成部分，因此其質(zhì)量，性質(zhì)和安裝的優(yōu)劣直接影響火災(zāi)初期滅火的成敗，可見選擇時必須注意。 噴淋頭可分為開啟式和封閉式兩種。綜合課題背景，選用開式噴淋頭。其使用參數(shù)見表4-2所示。 表4-2 噴淋頭的保護(hù)面積與噴頭距離 噴淋頭數(shù)量計(jì)算： 本倉庫共176平米，劃分為3個自動報(bào)警滅火區(qū)，每個自動報(bào)警滅火區(qū)40平米，根據(jù)《火災(zāi)自動滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，在一個火災(zāi)探測區(qū)域內(nèi)所需的噴頭最小數(shù)量應(yīng)該由公式4.1決定： N≥S/A （4.1） 式中：N——一個火災(zāi)探測區(qū)域內(nèi)所需噴頭數(shù)量； S——一個火災(zāi)探測區(qū)域的面積（m） A——一個噴頭的保護(hù)面積（m） 又因?yàn)閺谋?-2中得之噴頭保護(hù)面積為7.4 m-18m，由公式（4.1）得 S=40m N≥S/A=2 4.1.5 電磁閥 實(shí)現(xiàn)自動滅火系統(tǒng)水管噴與不噴的執(zhí)行器件為電磁閥。電磁閥是用電磁鐵推動閥門的開啟與關(guān)閉動作的電動執(zhí)行器，主要優(yōu)點(diǎn)是：體積小、動作可靠、維修方便、價格便宜。通常用于口徑在100mm以下的兩位控制中，尤其多用于接通、切斷或轉(zhuǎn)換氣路或液路等。 追朔電磁閥的發(fā)展史，電磁閥從原理上分為三大類：直動式、分步直動式和先導(dǎo)式。 直動式電磁閥：通電時，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開。斷電時，電磁力消失，彈簧力把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。特點(diǎn)為在真空、負(fù)壓、零壓時能正常工作，但一般通徑不超過25mm。 分步直動式電磁閥：它是一種直動和先導(dǎo)式相結(jié)合的原理，當(dāng)入口與出口壓差≤0.05Mpa，通電時，電磁力直接把先導(dǎo)小閥和主閥關(guān)閉件依次向上提起，閥門打開。 當(dāng)入口與出口壓差>0.05Mpa，通電時，電磁力先打開先導(dǎo)小閥，主閥下腔壓力上升，上腔壓力下降，從而利用壓差把主閥向上推開。斷電時，先導(dǎo)閥和主閥利用彈簧力或介質(zhì)壓力推動關(guān)閉件，向下移動，使閥門關(guān)閉。 先導(dǎo)式電磁閥：通電時，電磁力把先導(dǎo)孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關(guān)閉件周圍形成上低下高的壓差，推動關(guān)閉件向上移動，閥門打開。斷電時，彈簧力把先導(dǎo)孔關(guān)閉，入口壓力通過旁通孔迅速進(jìn)入上腔室在關(guān)閥件周圍形成下低上高的壓差，推動關(guān)閉件向下移動，關(guān)閉閥門。特點(diǎn)為流體壓力范圍上限很高，但必須滿足流體壓差條件。綜合課題背景，選用先導(dǎo)式電磁閥。 4.1.6 蜂鳴器 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。 蜂鳴器結(jié)構(gòu)圖如圖4.1所示： 圖4.1 蜂鳴器結(jié)構(gòu)圖 4.1.7噴淋泵 安裝在消防車、固定滅火系統(tǒng)或其他消防設(shè)施上，用作輸送水或泡沫溶液等液體滅火劑的專用泵。它將原動機(jī)的機(jī)械能或其它外部能量傳送給液體，使液體能量增加，主要用來輸送液體包括水、油酸堿液、乳化液和液態(tài)金屬等，噴淋泵主電路圖如圖4.2所示： 圖4.2 噴淋泵主電路圖 4.2 可編程序控制器（PLC）的選型 選擇合適的機(jī)型是PLC控制系統(tǒng)硬件配置的關(guān)鍵問題。目前，生產(chǎn)PLC的廠家很多，如西門子、三菱、松下、歐姆龍、LG、ABB公司等，不同廠家的PLC產(chǎn)品雖然基本功能相似，但有些特殊功能，價格及使用的編程指令和編程軟件都不相同，而同一廠家生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品又有不同系列，同一系列中又有不同的CPU型號。PLC的功能應(yīng)強(qiáng)大，要具有開關(guān)量邏輯運(yùn)算、定時、計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)處理等基本功能，鑒于本設(shè)計(jì)對控制速度要求不高，主要是開關(guān)量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，選用小型PLC就可滿足要求。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對價格有直接影響，當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響，在估算和選用時應(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。綜合以上因素，本課題的設(shè)計(jì)采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N-48MR小型PLC來實(shí)現(xiàn)整個自動系統(tǒng)的控制。 4.2.1 地址分配 根據(jù)控制要求和I/O點(diǎn)數(shù)確定I/O分配表如表4-3所示： 表4-3 系統(tǒng)I/O地址表 元 件 輸入 地 址 元 件 輸出 地 址 HV1 房間1感溫探測器 X0 YV1 房間1電磁閥開關(guān) Y0 HV2 房間1感煙探測器 X1 YV2 房間2電磁閥開關(guān) Y1 SB1 房間1啟動按鈕 X2 YV3 房間3電磁閥開關(guān) Y2 SB2 房間1關(guān)閉按鈕 X3 H 報(bào)警器（蜂鳴器） Y3 HV3 房間2感溫探測器 X4 KM1 噴淋泵 Y4 HV4 房間2感煙探測器 X5 KM2 備用泵 Y5 SB3 房間2啟動按鈕 X6 HL1 房間1報(bào)警燈 Y10 SB4 房間2關(guān)閉按鈕 X7 HL2 房間2報(bào)警燈 Y11 HV5 房間3感溫探測器 X10 HL3 房間3報(bào)警燈 Y12 HV6 房間3感煙探測器 X11 KM3 干冰泵 Y13 SB5 房間3啟動按鈕 X12 KM4 干粉泵 Y15 SB6 房間3關(guān)閉按鈕 X13 KM5 排煙機(jī) Y16 SB7 系統(tǒng)復(fù)位按鈕 X14 　 SB8 排煙按鈕 X15 　 4.2.2 外部接線 根據(jù)I/O分配表畫出PLC外部接線圖如圖4.3所示： [ 圖4.3 外部接線圖 FU是一個熔斷器，它是一種短路保護(hù)器，對電路進(jìn)行短路保護(hù)或嚴(yán)重的過載保護(hù)。 HL1、HL2、HL3是三個LED燈，由于LED使用低壓電源，供電電壓選擇24V，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源。其次它使用低壓直流電驅(qū)動，具有負(fù)載小、干擾弱的優(yōu)點(diǎn)。 H是蜂鳴器，它采用直流電壓供電，由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，所以要利用放大電路來驅(qū)動。一般使用三極管來放大電流。  4.2.3 互鎖電路圖 三個煙霧探測器互鎖電路圖如圖4.4所示： 圖4.4 煙霧探測器互鎖電路圖 煙霧傳感器HV2得電，使電磁閥YV1工作，同時HV2的常閉觸頭斷開，保證YV2和YV3不得電；煙霧傳感器HV4得電，使電磁閥YV2工作，同時HV4的常閉觸頭斷開，保證YV1和YV3不得電；煙霧傳感器HV6得電，使電磁閥YV3工作，同時HV6的常閉觸頭斷開，保證YV1和YV2不得電。煙霧探測器的互鎖設(shè)置，能夠避免因煙霧的擴(kuò)散導(dǎo)致的誤報(bào)現(xiàn)象，可以減少誤報(bào)率。 按下復(fù)位按鈕SB7，系統(tǒng)失電復(fù)位。 第5章 自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 5.1 PLC程序的控制要求 系統(tǒng)電源接通后，當(dāng)房間1中的煙霧或溫度探測器自動探測到火災(zāi)信號（煙霧或溫度）或者保安人員按下啟動按鈕后，報(bào)警系統(tǒng)立即啟動，對應(yīng)的報(bào)警燈亮，報(bào)警蜂鳴器工作，滅火系統(tǒng)啟動（1號倉庫采用干粉滅火）。若報(bào)警后5秒干粉泵仍未工作備用泵工作，持續(xù)工作10分鐘后若傳感器檢測不到火災(zāi)信號或者按下關(guān)閉按鈕，房間1自動報(bào)警滅火系統(tǒng)將關(guān)閉，干粉泵關(guān)閉。若10分鐘后火未滅則重復(fù)上述動作。 系統(tǒng)電源接通后，當(dāng)房間2中的煙霧或溫度探測器自動探測到火災(zāi)信號（煙霧或溫度）或者保安人員按下啟動按鈕后，報(bào)警系統(tǒng)立即啟動，對應(yīng)的報(bào)警燈亮，報(bào)警蜂鳴器工作，滅火系統(tǒng)啟動(2號倉庫采用干冰滅火）。若報(bào)警后5秒干粉泵仍未工作備用泵工作，持續(xù)工作10分鐘后若傳感器檢測不到火災(zāi)信號或者按下關(guān)閉按鈕，房間2自動報(bào)警滅火系統(tǒng)將關(guān)閉，干冰泵關(guān)閉。若10分鐘后火未滅則重復(fù)上述動作。 系統(tǒng)電源接通后，當(dāng)房間3中的煙霧或溫度探測器自動探測到火災(zāi)信號（煙霧或溫度）或者保安人員按下啟動按鈕后，報(bào)警系統(tǒng)立即啟動，對應(yīng)的報(bào)警燈亮，報(bào)警蜂鳴器工作，滅火系統(tǒng)啟動(3號倉庫采用干冰滅火）。若報(bào)警后5秒噴淋泵仍未工作備用泵工作，持續(xù)工作10分鐘后若傳感器檢測不到火災(zāi)信號或者按下關(guān)閉按鈕，房間3自動報(bào)警滅火系統(tǒng)將關(guān)閉，噴淋泵關(guān)閉。若10分鐘后火未滅則重復(fù)上述動作。 在3個自動報(bào)警滅火房間中，如有一個房間的感煙探測器首先發(fā)現(xiàn)煙霧信號，啟動了該房間的自動報(bào)警滅火系統(tǒng)，那么其余兩個房間的感煙探測器在探測到火災(zāi)信號后，將不能啟動該房間的自動報(bào)警滅火系統(tǒng)，避免因煙霧擴(kuò)散而引起的錯誤報(bào)警與滅火。 當(dāng)3個自動報(bào)警滅火房間中，有一個或一個以上的自動報(bào)警被啟動，干粉泵、干冰泵、噴淋泵其中的一個將自動啟動；干粉泵、干冰泵、噴淋泵因故障停止運(yùn)轉(zhuǎn)時，延時5s后，備用泵自動啟動，自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)的連續(xù)工作時間不超過10min。 當(dāng)按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)復(fù)位，恢復(fù)到初始狀態(tài)。 5.2 編程方法思路介紹 在該設(shè)計(jì)中主要采用中間繼電器和定時器通過一定的時序邏輯組合來完成本次的程序設(shè)計(jì)。 依據(jù)程序控制要求，自動滅火系統(tǒng)監(jiān)控程序即為三個程序的并聯(lián)組合，且三個區(qū)域的感煙探測器互鎖，這就避免了因煙霧在倉庫中的擴(kuò)散而引起其它區(qū)域的誤報(bào)警滅火。 整體程序簡單而不繁瑣，功能網(wǎng)絡(luò)清晰。 5.3 系統(tǒng)流程圖 整個程序總的流程如圖5.1所示： 圖5.1 系統(tǒng)流程圖 5.4 PLC程序說明 （1）房間1自動報(bào)警滅火系統(tǒng)的啟停 在該程序中，該區(qū)域自動報(bào)警滅火系統(tǒng)的啟動由感溫探測器X0、感煙探測器X1或啟動按鈕X2來實(shí)現(xiàn)，只要它們中間有一個閉合，該區(qū)域的報(bào)警系統(tǒng)立即啟動并自鎖，滅火系統(tǒng)電磁閥Y0啟動；當(dāng)按下停止按鈕X3，該區(qū)域自動報(bào)警滅火系統(tǒng)關(guān)閉。 （2）房間2自動報(bào)警滅火系統(tǒng)的啟停 在該程序中，該區(qū)域自動報(bào)警滅火系統(tǒng)的啟動由感溫探測器X4、感煙探測器X5或啟動按鈕X6來實(shí)現(xiàn)，只要它們中間有一個閉合，該區(qū)域的報(bào)警系統(tǒng)立即啟動并自鎖，滅火系統(tǒng)電磁閥Y1啟動；當(dāng)按下停止按鈕X7，該區(qū)域自動報(bào)警滅火系統(tǒng)關(guān)閉。 （3）房間3自動報(bào)警滅火系統(tǒng)的啟停 在該程序中，該區(qū)域自動報(bào)警滅火系統(tǒng)的啟動由感溫探測器X10、感煙探測器X11或啟動按鈕X12來實(shí)現(xiàn)，只要它們中間有一個閉合，該區(qū)域的報(bào)警系統(tǒng)立即啟動并自鎖，滅火系統(tǒng)電磁閥Y3啟動；當(dāng)按下停止按鈕X13，該區(qū)域自動報(bào)警滅火系統(tǒng)關(guān)閉。 （4）噴淋泵的啟停 噴淋泵的啟動由三個區(qū)域的滅火系統(tǒng)電磁閥Y0、電磁閥Y1、電磁閥Y2來實(shí)現(xiàn)，只要它們中有一個被啟動，其常開觸點(diǎn)閉合，干粉泵、干冰泵、噴淋泵自動啟動；干粉泵、干冰泵、噴淋泵存在故障時，延時5s后，備用泵Y5自動啟動；自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)工作10min后自動停止。 （5）系統(tǒng)復(fù)位 當(dāng)按下復(fù)位按鈕（X14），系統(tǒng)復(fù)位，感煙探測器之間取消互鎖，恢復(fù)其探測啟動自己所控制的自動報(bào)警滅火系統(tǒng)的功能，這就避免了在火災(zāi)撲滅關(guān)閉相關(guān)的自動報(bào)警滅火系統(tǒng)之后，由于倉庫中還存在煙霧，各房間感煙探測器二次啟動自己所屬區(qū)域的自動報(bào)警滅火系統(tǒng)。 （程序梯形圖詳細(xì)見附錄） 結(jié)束語 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我初步試著用自己所學(xué)的專業(yè)知識，設(shè)計(jì)出程序和硬件系統(tǒng)，進(jìn)一步了解了PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，提高了自己的編程能力，但同時也讓我看到自身知識的貧乏，很多方面還需要加強(qiáng)努力，體會到網(wǎng)絡(luò)資源的豐富，找資料也需要技術(shù)，開拓了眼界，并為以后查找資料墊定了基礎(chǔ)。 本次設(shè)計(jì)的自動報(bào)警噴水滅火系統(tǒng)采用了報(bào)警延時啟動滅火系統(tǒng)的控制模式，減少了因系統(tǒng)誤報(bào)給用戶帶來的損失，同時在本次控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中還采用了感煙探測器之間的互鎖控制模式，這就避免了因煙霧在倉庫中的擴(kuò)散而引起其它房間的誤報(bào)，減少了系統(tǒng)的誤報(bào)率。且在本次設(shè)計(jì)中采用了兩臺噴淋泵，一臺工作，一臺備用，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我明白了一個設(shè)計(jì)的完成并不只是了解某一方面的知識就夠了，還需要了解和掌握與之有密切關(guān)系的其它課程。同時讓我學(xué)會了調(diào)查研究的方法，提高了運(yùn)用工具書的能力，使我初步掌握了科學(xué)研究的基本方法和思路。 致 謝 在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的這個過程中，讓我對自己所學(xué)的知識有了更多的了解，同時也看到了自己很多不足的地方。在這個過程中，我遇到了許多的問題，但是都一一解決了，我要感謝楊漾老師，在將近2個月的時間內(nèi)，楊老師始終給予我耐心的指導(dǎo)和鼓勵，幫助我解決了不少的難題。同時我也要感謝我的同學(xué)，感謝他們對我的支持和關(guān)心，在我覺得困惑的時候給我的幫助，使我能夠順利完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。 做畢業(yè)設(shè)計(jì)，對我來說是一次非常難得的經(jīng)歷，因?yàn)樵谶@個過程里我不僅學(xué)到知識還學(xué)到了待人處世的方法。希望以后我能夠更加的努力，不辜負(fù)老師的教導(dǎo)以及家人的期望。 參考文獻(xiàn) [1] 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