完整版PLC在火灾报警系统中的应用毕业设计Word下载.docx
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基于PLC的火灾报警系统
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AD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。
本文主要介绍智能火灾探测的机理、消防系统的构成以及原理。
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。
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测器，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PLC的特点。
最后介绍了楼宇消防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
第一章火灾自动报警系统简介…………………………………………………3
2.1火灾自动报警系统概述……………………………………………………3
2.2火灾自动报警系统的设计要求……………………………………………3
2.3火灾自动报警系统的基本组成…………………………………………3
2.4火灾探测器………………………………………………………………5
2.5火灾探测器的分类……………………………………………………5
2.5本章小结………………………………………………………………7
第二章系统的设置…………………………………………………………………8
3.1区域报警控制系统………………………………………………………8
3.2集中报警控制系统……………………………………………………9
3.3控制中心报警系统……………………………………………………9
3.4本章小结…………………………………………………………………10
第三章PLC的概述………………………………………………………………11
4.1PLC的定义……………………………………………………………11
4.2PLC的组成………………………………………………………11
4.3PLC的特点………………………………………………………13
4.5本章小结……………………………………………………………13
第四章楼宇消防PLC控制系统的设计……………………………………………14
5.1PLC的选用…………………………………………………………………14
5.1探测器及喷淋泵系统的硬件构成及控制要求…………………………14
5.2IO的分配………………………………………………………15
5.3PLC的外部接线图………………………………………………16
5.4楼宇消防PLC控制系统的设计………………………………………17
5.5本章小结…………………………………………………………………20
结论…………………………………………………………………………20
致谢…………………………………………………………………………………36
参考文献………………………………………………………………………37
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，智能建筑正在世界范围内蓬勃发展，并在大量的建筑实践中取得了显著地成效。
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。
但目前国内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。
1.1国内外发展状况
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。
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年代至70年代，感烟火灾探测器出现，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，经过近二十年的发展，国内的火灾报警系统也经历了从多线制到总线制的发展过程。
1.2主要研究内容
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及软件程序。
主要内容如下:
（1）探测器原理及结构;
（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及实现
第一章火灾自动报警系统简介
1.1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，目前国内极少数厂家生产外，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。
1.2火灾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、火焰及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、消防电话等减灾装置，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、水幕及气体灭火系统及装置，及时扑灭火灾，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及功能关系绘出如图.1
图1-1火灾自动报警系统结构图示意
1.3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、火灾警报装置以及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。
1.4火灾探测器
火灾探测器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范进行。
1.5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吸气式、感光式火灾探测器和可燃气体探测器，以及烟温、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。
吸气式烟雾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。
吸气式烟雾探测火灾报警系统的应用。
吸气式烟雾探测火灾报警系统由空气采样管网、火灾报置及显示控制单元组成,通过分布在探测区域的采样管的采样孔,将空气样品抽吸到探测报警器内进行分析,并出所保护区域的烟雾浓度和报警、故障状态。
吸气式烟测系统一改传统点式探测系统等待烟雾飘散到探测器被行探测的方式,而是采用主动对空气进行采样探测,当内的空气样品被吸气式烟雾探测系统内部的吸气泵吸管道,送到探测器进行分析,如果发现烟雾颗粒,即发。
吸气式烟雾探测系统的工作流程如图2所示:
图2 吸气式烟雾探测过程
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及气体成分的探测器，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
1.6本章小结
本章节主要讲述了火灾自动报警的组成形式以及发展的三个阶段，其火灾自动报警的在现场的设计要求，以及火灾探测器的分类。
第二章系统的设置
2.1区域报警控制系统
区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，适用于较小范围的保护。
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1.5m。
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。
2.2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，适用于较大范围内多个区域的保护。
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于保护范围内探测区域总数。
（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。
2.3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。
2.4本章小结
本章主要讲了区域报警控制系统的设置以及符合规定，集中报警控制系统的功能和设置，以及控制中心系统的组成和要求。
第三章PLC的概述
3.1PLC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进行控制。
1982年，国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee—IEC）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。
3.2PLC的组成
PLC是将中央处理单元（（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信端口、IO扩展端口等组装在箱体内构成主机。
另外还有独立的IO扩展单元等与主机配合使用。
PLC的结构紧凑、体积小、小型机常采用这种结构。
其基本组成如图2-1所示。
图2-1PLC的组成示意图
1、中央处理单元（CPU）
CPU是PLC的核心部件，它类似人的大脑，指挥PLC按照预先编好的系统程序完成各种任务。
2、存储器
存储器可以分为3种:
系统程序存储器、用户程序存储器和工作数据存储器。
3、输入输出单元
输入输出单元是PLC与外部设备相互联系的窗口。
输入单元接收现场设备向PLC提供的信号，例如按钮、操作开关、限位开关、继电器触点、接近开关、拨码器等提供的开关信号。
输出单元将经过CPU处理的微弱电信号通过光电隔离、功率放大等处理，转换成外部设备所需要的强电信号，以驱动各种执行元件，如接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等。
4、电源部分
PLC中一般配有开关式稳压电源为内部电路供电。
开关电源的输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。
5、IO扩展口
当主机上的IO点数或类型不能满足用户需要的时候，主机可以通过IO扩展端口连接IO扩展单元来增加IO点。
6、外设端口：
每台PLC豆油外设端口。
通过外设端口PLC可与外部设备相连接。
7、编程工具：
编程工具是开发应用和检查维护PLC以及监控系统运行不可缺少的外部设备。
8、智能单元：
智能单元本身是一个独立的计算机系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器以及外界相连的接口。
3.3PLC的特点
PLC在控制系统的体现出来的特点主要体现在如下方面:
编程方法简单易学;
功能强，性能价格比高;
硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强:
可靠性高，抗干扰能力强;
系统的设计、安装、调试工作量少;
维修工作量小，维修方便;
体积小，能耗低等。
3.4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，以及讲解了PLC的基本结构和PLC的工作原理。
第四章楼宇消防PLC控制系统的设计
4.1PLC的选用
用西门子公司的SIEMENS
s7—200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CPU
224可扩展7个模块，最大达94DI74DO,16AI16AO（模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EM
232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。
4.2探测器及喷淋泵系统的硬件构成
（1）探测器及喷淋泵系统的硬件构成
探测器及喷淋泵系统的结构图如图5.3
图5-4探测器及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、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。
4.3IO的分配
PLC输入输出对应的控制量如下表所示
输入
输出
X0
上水箱高水位
Y1
上水箱补水泵A
X1
上水箱低水位
Y2
上水箱补水泵B
X2
下水箱高水位
Y3
上水箱补水泵A故障
X3
下水箱低水位
Y4
上水箱补水泵B故障
X4
上水箱补水水流指示
Y5
下水箱补水阀
X5
下水箱补水水流指示
Y6
下水箱补水故障
X6
温感、烟感传感器
Y7
声光报警
X7
300°
C温度开关
Y8
排烟风机
X8
复位
Y10
喷淋泵
X9
喷淋水水流指示
Y11
喷淋泵故障
。
4.4PLC的外部接线图
表5-7PLC输入输出图
5.5楼宇消防PLC控制系统的程序设计
（2）探测器及喷淋泵系统的有效运行有以下主要控制要求：
图5-5探测器及喷淋泵系统的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。
①PLC控制打开喷淋泵，并计时10s。
如果10s计时结束后，喷淋管道内没有水流产生（水流传感器无水流信号，传感器导通）。
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。
②PLC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内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。
③当上水箱处于低水位时说明需要进行补水，因此开启喷淋泵。
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。
④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。
4.6本章小结
本章节主要是对楼宇报警系统的设计，上选用PLC进行控制，研究了探测器及喷淋泵的硬件构成和软件程序、以及工作过程。
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
本文是在邓丽霞老师的悉心指导下完成的。
邓老师为我们创造了宽松自由而不失严谨的学习环境。
邓老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。
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。
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