基于PLC可編程控制器的火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)主要按照某區(qū)域的煙霧傳感器、溫度傳感器等信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)合實(shí)際工藝需求，在系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)方面著重于信號(hào)控制報(bào)警燈以及噴水閥、水泵等重要零件的設(shè)計(jì)，并對其進(jìn)行后續(xù)的仿真測試與調(diào)試，以確保相關(guān)零件與實(shí)際工藝需求相吻合，在達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。其中，西門子系列為此次設(shè)計(jì)選用的可編程控制器（PLC）型號(hào)，以系統(tǒng)I/O數(shù)量為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行PLC的計(jì)算選型。另外，此次系統(tǒng)在軟硬件方面著重于其控制策略與相關(guān)工藝的設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)輸入輸出與規(guī)范流程的清晰前提下，設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)硬件圖紙與工藝流程圖，并在設(shè)計(jì)尾聲進(jìn)行仿真軟件調(diào)試，以確保系統(tǒng)相關(guān)動(dòng)作的規(guī)范化?？偟脕碚f，本文以火災(zāi)報(bào)警為研發(fā)方向，考慮到系統(tǒng)對工藝設(shè)計(jì)的相關(guān)需求，采用PLC+組態(tài)王上位機(jī)的系統(tǒng)控制方式，在設(shè)計(jì)思路的基礎(chǔ)上進(jìn)一步規(guī)劃系統(tǒng)的具體控制策略，并分析系統(tǒng)的相關(guān)工藝流程，以確保實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，設(shè)計(jì)整體簡約清晰，最終成品有著不錯(cuò)的穩(wěn)定性與可靠性，相關(guān)功能較為全面，在滿足基礎(chǔ)工藝要求的同時(shí)有著較強(qiáng)的實(shí)用性。關(guān)鍵詞：火災(zāi)報(bào)警可編程控制器硬件設(shè)計(jì)組態(tài)王目錄TOC\o"1-3"\h\u119231緒論 緒論1.1課題研究目的及意義火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)作為建筑的重要部分，主要進(jìn)行建筑內(nèi)的火災(zāi)信號(hào)檢測，通過消防泵和水閥的控制，進(jìn)行消防滅火供應(yīng)，降低火災(zāi)的損失，降低火災(zāi)帶來的危害性。本設(shè)計(jì)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要進(jìn)行抽水泵、供水泵、排煙機(jī)以及電磁閥的控制，通過外部的煙霧信號(hào)、溫度信號(hào)等輸入，進(jìn)行火災(zāi)判斷，如果發(fā)生火災(zāi)，將自動(dòng)啟動(dòng)以上設(shè)備，進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警和控制火災(zāi)滅火設(shè)備。在信息化的時(shí)代背景之下，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)﹄姎庾詣?dòng)化控制提出了全新的要求，即在自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)上兼顧較高的控制精度與工作效率。一般情況下，電氣自動(dòng)化控制主要作用于某些管理或控制對象，以控制系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)的自動(dòng)化控制是基于控制單元實(shí)現(xiàn)的。其中，單片機(jī)與PLC，也就是可編程控制器為主要的控制單元，前者不僅能夠滿足應(yīng)用場景下的相關(guān)工藝需求，也能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的全方位功能，整體性能卓越、功能強(qiáng)勁，適應(yīng)范圍較廣。反觀后者，其本身有著較強(qiáng)的抗干擾與穩(wěn)定性，且同樣能夠滿足應(yīng)用場景下的相關(guān)需求，屬于專門為工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域量身打造的控制單元?？陀^來說，PLC之所以能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場的模擬量控制、通訊與高速計(jì)數(shù)等功能，還得益于其相關(guān)拓展模塊的添加功能。對此，本文以PLC為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)之上對火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)展開研究設(shè)計(jì)，結(jié)合相關(guān)理論知識(shí)，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中深化對相關(guān)理論知識(shí)的認(rèn)知，并通過分析與理解可編程控制器的實(shí)際應(yīng)用情況，明確此次研究設(shè)計(jì)的大致思路與計(jì)劃，以求在設(shè)計(jì)過程中鍛煉自我、升華自我的同時(shí)設(shè)計(jì)出功能全面、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)，具有一定實(shí)踐意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要用于酒店、大型場所，國外的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要體現(xiàn)在早預(yù)防、早撲滅的利劍，所以采用自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警滅火系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)遇到緊急情況，及時(shí)撲滅。對于火災(zāi)報(bào)警控制，主要通過外部的信號(hào)檢測和對水泵、排煙設(shè)備等的控制，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)控制，并且當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，能夠第一時(shí)間進(jìn)行報(bào)警處理，當(dāng)報(bào)警信號(hào)輸出時(shí)，在通過消防系統(tǒng)滅火同時(shí)，進(jìn)行人員迅速撤離現(xiàn)場報(bào)警，并且向消防隊(duì)進(jìn)行火災(zāi)信息輸出報(bào)警，消防隊(duì)進(jìn)行火災(zāi)的控制和滅火操作。我國開始研究火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)時(shí)，主要進(jìn)行單一的報(bào)警功能，而沒有具體進(jìn)行火災(zāi)消防滅火控制。隨著后期建筑行業(yè)的發(fā)展，火災(zāi)的報(bào)警和消防措施作為國家法規(guī)，強(qiáng)制性設(shè)計(jì)，特別對高層小區(qū)和酒店，火災(zāi)報(bào)警和消防，需要長期監(jiān)控和發(fā)展。通過現(xiàn)代化自動(dòng)控制產(chǎn)品的出現(xiàn)，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，可以當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，通過5G技術(shù)通訊，進(jìn)行火災(zāi)場所定位，進(jìn)行精確消防的理念實(shí)現(xiàn)，達(dá)到火災(zāi)報(bào)警消防技術(shù)的最優(yōu)化控制。1.3課題研究的思路按照火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，圍繞系統(tǒng)軟硬件及上位機(jī)等相關(guān)組織結(jié)構(gòu)明確具體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與思路。（1）根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)際需求，先確立系統(tǒng)的大致設(shè)計(jì)方案，再進(jìn)行細(xì)化。其中，控制對象與工藝的明確，以及最終控制方案的確定為具體設(shè)計(jì)方案的主體內(nèi)容。對輸入部分和輸出部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，完善方案。（2）根據(jù)設(shè)計(jì)的方案，進(jìn)行電器元件的選型。即，控制單元、監(jiān)測與執(zhí)行元件的型號(hào)選擇。（3）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)以系統(tǒng)主電路與控制電路為重心，通過圖紙?jiān)O(shè)計(jì)規(guī)范和電氣元件符號(hào)規(guī)范等，設(shè)計(jì)電路圖，主電路部分包括開關(guān)、執(zhí)行元件、保護(hù)元件等?？刂齐娐凡糠职娫?、輸入部分設(shè)計(jì)和輸出部分設(shè)計(jì)等。（4）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)以系統(tǒng)流程圖為主，確定編程軟件，并且完成程序的設(shè)計(jì)和分析。（5）在上位機(jī)設(shè)計(jì)中，明確設(shè)計(jì)對象的工藝要求，對上位機(jī)的設(shè)計(jì)步驟詳細(xì)分析，按照設(shè)計(jì)步驟，細(xì)化畫面、變量與驅(qū)動(dòng)建立等相關(guān)內(nèi)容，并經(jīng)過后續(xù)的仿真調(diào)試進(jìn)行優(yōu)化完善，以求實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。2火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)的工藝要求火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要包含了電源裝置、自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)滅火系統(tǒng)等，主要控制供水泵、抽水泵、電磁閥、排煙設(shè)備、報(bào)警器等。具體工藝要求如下：（1）對于火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，需要進(jìn)行儲(chǔ)水，對儲(chǔ)水箱進(jìn)行液位檢測，控制供水泵。儲(chǔ)水箱的液位包括高液位和低液位監(jiān)測，當(dāng)儲(chǔ)水箱的液位低于低液位開關(guān)時(shí)，啟動(dòng)供水泵，當(dāng)儲(chǔ)水箱的液位高于高液位開關(guān)時(shí)，關(guān)閉供水泵。（2）系統(tǒng)主要進(jìn)行大型場所的兩個(gè)區(qū)域監(jiān)測，對兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行溫度檢測和煙霧濃度監(jiān)測。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙霧濃度報(bào)警信號(hào)輸入以及溫度報(bào)警信號(hào)輸入后，立即啟動(dòng)該區(qū)域的水閥、抽水泵、排煙設(shè)備，并且進(jìn)行報(bào)警器輸出，報(bào)警燈閃爍輸出。（3）當(dāng)火災(zāi)消除后，通過復(fù)位按鈕復(fù)位設(shè)備?？偟脕碚f，溫度傳感器、煙霧濃度傳感器、手自動(dòng)選擇按鈕、復(fù)位按鈕、水位開關(guān)等為系統(tǒng)的主要輸入部分，而輸出部分則主要包括電磁閥、排煙設(shè)備、抽水泵、供水泵、閃光燈、報(bào)警器等。按照以上的輸入輸出部分，圍繞系統(tǒng)軟硬件部分完善計(jì)劃方案，并基于上位機(jī)實(shí)現(xiàn)模擬運(yùn)行仿真。2.2系統(tǒng)的控制方案根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需求可知，選擇以及確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分。單片機(jī)與繼電器-接觸器，以及PLC，也就是可編程控制器為常見的自動(dòng)化產(chǎn)品。在不同的工作環(huán)境下，設(shè)計(jì)要求的控制單元以及系統(tǒng)也各不相同，考慮到實(shí)際應(yīng)用環(huán)境與后續(xù)的維護(hù)升級(jí)等因素，系統(tǒng)的選擇需要通過多類型對比進(jìn)行明確，在具體分析下選取吻合設(shè)計(jì)要求的自動(dòng)化產(chǎn)品，以此確保系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。單片機(jī)不僅能夠滿足應(yīng)用場景下的相關(guān)工藝需求，也能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的全方位功能，整體性能卓越、功能強(qiáng)勁，有著較高的自動(dòng)化程度，適應(yīng)范圍較廣。其中，考慮到單片機(jī)程序與電路板對后續(xù)維護(hù)升級(jí)的影響，為便于其后續(xù)的維護(hù)優(yōu)化，設(shè)計(jì)單片機(jī)的硬件電路板是其在研究設(shè)計(jì)過程中的首要任務(wù)，在此之后才是設(shè)計(jì)軟件程序。再看PLC，其本身有著較強(qiáng)的抗干擾與穩(wěn)定性，且同樣能夠滿足應(yīng)用場景下的相關(guān)需求，屬于專門為工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域量身打造的控制單元。客觀來說，PLC之所以能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場的模擬量控制、通訊與高速計(jì)數(shù)等功能，還得益于其相關(guān)拓展模塊的添加功能。除此之外，PLC能夠通過程序編譯、輸入輸出點(diǎn)模塊增加等方式進(jìn)行改造，且后續(xù)的維護(hù)升級(jí)較為便捷，完美契合實(shí)際應(yīng)用場景下的各方面要求。故此次系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)的控制單元采用PLC，具體方案如下：（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要通過溫度傳感器和煙霧傳感器進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測，當(dāng)環(huán)境滿足火災(zāi)要求，立即啟動(dòng)電磁閥、排風(fēng)扇、抽水泵、報(bào)警器以及閃光燈等。（2）對系統(tǒng)的供水泵進(jìn)行控制設(shè)計(jì)，主要通過液位檢測進(jìn)行自動(dòng)控制，當(dāng)儲(chǔ)水箱的液位為低液位時(shí)，立即啟動(dòng)供水泵，當(dāng)儲(chǔ)水箱的液位為高液位時(shí)，立即停止供水泵。（3）當(dāng)外部火災(zāi)撲滅時(shí)，通過復(fù)位按鈕進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位，按照系統(tǒng)的復(fù)位要求，對設(shè)備進(jìn)行停止。（4）系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要對兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測，并分別控制該兩個(gè)區(qū)域。（5）系統(tǒng)的模擬仿真基于上位機(jī)展開。如下圖所示：圖2-1系統(tǒng)的控制方案圖3火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1可編程控制器的選型在工業(yè)現(xiàn)場情境下，可編程控制器（PLC）不僅能夠處理現(xiàn)場的數(shù)據(jù)處理與邏輯控制問題，也能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場通訊與過程控制等，普及應(yīng)用程度極高，在一定程度上已經(jīng)成為工業(yè)現(xiàn)場的專用控制單元。其中，專用的程序編譯軟件是可編程控制器的重要促成部分，在軟件支持下，其能夠有效應(yīng)對工業(yè)現(xiàn)場的相關(guān)控制問題，符合實(shí)際工藝要求，且現(xiàn)場的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交換以及相關(guān)通訊等需求在軟件的組態(tài)與工藝程序設(shè)計(jì)等方法下得到了滿足，實(shí)用價(jià)值極高?？偟脕碚f，良好的拓展性、穩(wěn)定性以及可靠性不僅是可編程控制器的主要特點(diǎn)，也是其成為工業(yè)現(xiàn)場專用控制單元的主要因素。（1）中央處理單元可編程控制器的相關(guān)功能依靠中央處理單元實(shí)現(xiàn)，其是可編程控制器的重要組成部分，是支持其功能實(shí)現(xiàn)的核心所在。因此，可編程控制器在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)好壞取決于其中央處理單元（CPU）運(yùn)算功能的強(qiáng)勁與否。其中，檢查系統(tǒng)存儲(chǔ)器、外部輸入輸出點(diǎn)的狀態(tài)與外部硬件組態(tài)，以及系統(tǒng)電源的自我檢查、調(diào)用用戶存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)、執(zhí)行用戶程序的循壞掃描與輸出運(yùn)算結(jié)果等為中央處理單元的主要功能。假定內(nèi)部設(shè)計(jì)組態(tài)與外部設(shè)備不匹配時(shí)，CPU會(huì)在可編程控制器開始運(yùn)行后自檢設(shè)備組態(tài)狀態(tài)，明確上述不匹配情況，并以報(bào)警方式將自檢結(jié)果進(jìn)行輸出。另外，CPU的信號(hào)調(diào)用源于映象寄存器，其會(huì)在外部組態(tài)自檢完成后從中調(diào)用，并擦用邏輯運(yùn)算的方式對用戶程序進(jìn)行循壞掃描，繼而將相關(guān)運(yùn)算結(jié)果輸出至輸出映象寄存器，最后實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場執(zhí)行單元的控制?？陀^來說，CPU控制現(xiàn)場的具體方式取決于用戶程序的工藝編譯。這一過程中，CPU還會(huì)對用戶程序進(jìn)行處理，而處理方式與循環(huán)掃描如出一轍。除此之外，用戶可以借助不同條件調(diào)用中斷程序，著重于現(xiàn)場的部分條件進(jìn)行程序處理，也就是中斷設(shè)計(jì)。（2）存儲(chǔ)器可編程控制器穩(wěn)定可靠的運(yùn)行得益于存儲(chǔ)器，存放系統(tǒng)與用戶數(shù)據(jù)是其的主要功能，屬于其重要的存儲(chǔ)單元。其中，系統(tǒng)與用戶存儲(chǔ)器為可編程控制器中存儲(chǔ)器的兩大類型，前者不僅可以報(bào)警輸出設(shè)備硬件或用戶程序的嚴(yán)重錯(cuò)誤問題，也支持循環(huán)自檢可編程控制器，屬于可編程控制器的內(nèi)部程序。但是，工程人員無法修改或訪問系統(tǒng)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)。反觀后者，用戶編譯程序以及相關(guān)數(shù)據(jù)的存放是其主要功能，其不但能夠在可編程控制器的正常工作狀態(tài)下調(diào)用掃描用戶程序，還可以通過調(diào)用中斷事件處理現(xiàn)場的相關(guān)特殊情況。這一過程，用戶存儲(chǔ)器的編譯基于中斷控制要求實(shí)現(xiàn)，且面對現(xiàn)場特殊情況的調(diào)用處理方式有兩種，即按照條件中斷與時(shí)間中斷。（3）通信接口通信接口主要作用于可編程控制器與外部設(shè)備以及計(jì)算機(jī)間，其是外界與可編程控制器建立通訊聯(lián)系不可或缺的一部分。這一過程中，通信接口依據(jù)相關(guān)通信協(xié)議交互數(shù)據(jù)，但通信接口究竟處于哪一種通信協(xié)議還得依靠程序內(nèi)部組態(tài)決定。另外，通信拓展功能模塊作為可編程控制器的重要組成部分，為確?？删幊炭刂破鞯恼Ｍㄐ殴δ埽湓诓煌r下的應(yīng)用類型也各不相同，需要依據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。其中，Profibus-DP、MODBUS與以太網(wǎng)功能模塊為通信功能模塊的主要類型。（4）電源可編程控制器穩(wěn)定可靠的工作狀態(tài)取決于電源供電的質(zhì)量。其中，外部供電不僅是可編程控制器的供電來源，也是確保其正常工作狀態(tài)的重要因素?？陀^來說，可編程控制器屬于電子控制電源，所以電源供電是其不可或缺的一部分。正因如此，可編程控制器對供電電源也提出了一定的要求。例如，較少的諧波與穩(wěn)定的電壓。一般情況下，DC24V工作直流電源與AC220V工作交流電源為常見可編程控制器的工作電源，前者基于外部開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)?？紤]到系統(tǒng)的基本邏輯控制功能、外部輸入信號(hào)計(jì)算以及相關(guān)特殊功能，設(shè)計(jì)在系統(tǒng)控制單元方面選用了西門子系列的S7-200CPU226，其不僅能夠通過數(shù)據(jù)邏輯計(jì)算明確系統(tǒng)對外部的輸入信號(hào)，也能夠?qū)ν獠繄?zhí)行單元進(jìn)行外部輸出實(shí)現(xiàn)連接。其中，AC220V為CPU226的工作電源，具備Step7-Microwin4.0編程軟件，且在端子與存儲(chǔ)容量計(jì)算下有著16/24個(gè)外部輸出/輸入端子。如下圖所示：圖3-1S7-200可編程控制器實(shí)際中，溫度、壓力與流量變量等現(xiàn)場連續(xù)變量需要進(jìn)行檢測轉(zhuǎn)化，以此獲取所需的標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào)。一般情況下，變量檢測基于外部的檢測單元實(shí)現(xiàn)，檢測完成后再進(jìn)行轉(zhuǎn)化。其中，電壓型與電流型模擬量是主要的模擬量信號(hào)類型，0-5V、0-10V與溫度輸入的毫伏信號(hào)為前者的主要內(nèi)容，而0-20MA和4-20MA為后者的主要內(nèi)容。另外，電流型相較于電壓型模擬量而言，其抗干擾性相對更好，適用于長距離的信號(hào)書傳送。設(shè)計(jì)中，結(jié)合可編程控制器的擴(kuò)展單元完成模擬量處理設(shè)計(jì)，系統(tǒng)模擬量信號(hào)的輸入與處理采用EM231.完成，并對計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬量輸出。圖3-2模擬量擴(kuò)展模塊3.2溫度傳感器的選型熱電偶與熱電阻溫度傳感器等作為市面上常見的溫度檢測傳感器類型，其在不同的應(yīng)用場景下有著不同的類型、型號(hào)，整體普及應(yīng)用程度較高。其中，加熱電阻爐與檢測窯爐高溫等為熱電偶溫度傳感器的主要應(yīng)用場合，其檢測溫度的原理為電動(dòng)勢差，整體檢測面積較大。反觀后者，其憑借阻值的變化明確溫度的變化，整體檢測面積較小?？紤]到此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用場景，設(shè)計(jì)在溫度檢測傳感器方面采用熱電阻型。系統(tǒng)初步選用常用的溫度傳感器，型號(hào)為PT100，該溫度傳感器主要對工業(yè)現(xiàn)場適合該溫度范圍的介質(zhì)進(jìn)行檢測，PT100溫度傳感器由檢測單元和信號(hào)變換單元組成，檢測單元可以根據(jù)溫度的變換產(chǎn)生可變化的電阻阻值信號(hào)，并通過信號(hào)變換單元進(jìn)行連續(xù)量和標(biāo)準(zhǔn)模擬量之間的轉(zhuǎn)換。圖3-3PT100溫度傳感器3.3煙霧濃度傳感器的選型通常情況下，0-10V與4-20MA為模擬量信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)值范圍，此次設(shè)計(jì)在煙霧濃度傳感器方面也采用了該標(biāo)準(zhǔn)值為傳感器的輸出信號(hào)。其中，兩線制與四線制是煙霧濃度傳感器的主要接法，儀表或可編程控制器的電源為前者類型傳感器的電源，標(biāo)準(zhǔn)模擬量的電流信號(hào)基于正負(fù)極的接入實(shí)現(xiàn)檢測。即，4-20MA?？紤]到實(shí)際設(shè)計(jì)要求，結(jié)合系統(tǒng)硬件的需求與設(shè)計(jì)方案，煙霧濃度傳感器的接法采用兩線制，檢測以風(fēng)量為主。設(shè)計(jì)選用DATA-52系列的國產(chǎn)煙霧濃度傳感器，0-100為風(fēng)量的檢測范圍，4-20MA為模擬量的輸出電流信號(hào)。圖3-3煙霧傳感器3.4電磁閥的選型液壓與氣壓控制為電磁閥的主要應(yīng)用場合，其整體普及應(yīng)用程度較高，尤其是在工業(yè)現(xiàn)場極為常見?？陀^來說，電磁閥作為流體介質(zhì)控制的主要執(zhí)行部件，其得電與失電通過接通管道內(nèi)的流體介質(zhì)，或改變介質(zhì)的流動(dòng)方向，從內(nèi)部的電磁線圈獲取，整體運(yùn)行可靠穩(wěn)定，普及應(yīng)用程度較高。其中，兩位三通、兩位五通與三位五通為電磁閥的主要類型。在實(shí)際應(yīng)用中，電磁閥的選型需要結(jié)合實(shí)際需求，不僅要考慮到高溫腐蝕等介質(zhì)特性，也需要考慮按照管道尺寸與接口類型等因素，其接口尺寸與螺紋類型依據(jù)管道尺寸進(jìn)行適應(yīng)性選擇。通常來說，DC24V與AC220V為常見的電磁閥電壓等級(jí)，具體選擇需要視情況、結(jié)合控制系統(tǒng)需求確定。本設(shè)計(jì)選用的電磁閥型號(hào)為3V210-80-NC。如下圖所示。圖3-4電磁閥3.5系統(tǒng)的I/O分配設(shè)計(jì)系統(tǒng)外部輸入輸出信號(hào)間的地址分配是其I/O分配設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，此環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)有利于后續(xù)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)的展開。其中，程序內(nèi)部的地址分配在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，其不僅便于后續(xù)的程序設(shè)計(jì)，也有利于程序編譯，尤其是系統(tǒng)在最后階段的仿真調(diào)試，系統(tǒng)相關(guān)問題能夠基于I/O分配地址表進(jìn)行明確，繼而便于問題的剖析與解決方法的尋找。根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)工藝要求，I/O分配在此次系統(tǒng)輸入輸出功能的具體設(shè)計(jì)如下：表3-1I/O分配設(shè)計(jì)表輸入功能地址輸出功能地址區(qū)域1溫度信號(hào)I0.0區(qū)域1電磁閥Q0.0區(qū)域1煙霧信號(hào)I0.1區(qū)域2電磁閥Q0.1區(qū)域1手動(dòng)報(bào)警按鈕I0.2區(qū)域1排煙設(shè)備Q0.2區(qū)域2溫度信號(hào)I0.3區(qū)域2排煙設(shè)備Q0.3區(qū)域2煙霧信號(hào)I0.4抽水泵Q0.4區(qū)域2手動(dòng)報(bào)警按鈕I0.5供水泵Q0.5復(fù)位按鈕I0.6區(qū)域1報(bào)警閃光燈Q0.6水位上限開關(guān)I0.7區(qū)域1報(bào)警器Q0.7水位下限開關(guān)I1.0區(qū)域2報(bào)警閃光燈Q1.0區(qū)域1抽煙機(jī)熱繼I1.1區(qū)域2報(bào)警器Q1.1區(qū)域2抽煙機(jī)熱繼I1.2區(qū)域1溫度模擬量AIW0抽水泵熱繼I1.3區(qū)域1煙霧模擬量AIW2供水泵熱繼I1.4區(qū)域2溫度模擬量AIW4區(qū)域2煙霧模擬量AIW63.6系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)小型斷路器、接觸器與熱過載保護(hù)繼電器等為系統(tǒng)主電路的主要電器元件，通斷電源以及預(yù)防系統(tǒng)過流為小型斷路器的主要功能。為避免電動(dòng)機(jī)的過流現(xiàn)象，設(shè)計(jì)確立DZ47-60系列為系統(tǒng)斷路器。線圈的得電與失電基于接觸器輸出命令實(shí)現(xiàn)，吸合與分開主觸點(diǎn)分別照應(yīng)得電與失電兩者情況，分別基于磁力與彈簧實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)主電路的電流狀態(tài)檢測為繼電器的主要功能，為避免主電路處于極限過載狀態(tài)，繼電器會(huì)依據(jù)檢測結(jié)果對電動(dòng)機(jī)的過載實(shí)況進(jìn)行分析，通過斷開過載電路保護(hù)過載狀態(tài)下的電動(dòng)機(jī)。設(shè)計(jì)確立CJR系列為系統(tǒng)繼電器。總得來說，自鎖控制電路為系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)方向，依據(jù)可編程控制器的內(nèi)部梯形圖，在接觸器線圈的得電與失電狀態(tài)下，分別吸合與分開主觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行與停止。圖3-5系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)圖3.7系統(tǒng)的控制電路設(shè)計(jì)對于火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，可編程控制器的接線至關(guān)重要。其中，電源接線、DI輸入與DO輸出接線為可編程控制的主要接線內(nèi)容，無論可編程控制器的型號(hào)與類型與否，其接線原理并無較大差異。由前文可知，系統(tǒng)的輸出輸入部分分別有著10個(gè)執(zhí)行信號(hào)與13個(gè)功能信號(hào)接入要求。對此，設(shè)計(jì)結(jié)合工藝要求，考慮到系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對可編程控制器的接線進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)。如下圖所示：圖3-6系統(tǒng)的PLC電路設(shè)計(jì)圖根據(jù)可編程控制的接線操作手冊而言，N與L為S7-200CPU226可編程控制器的輸入電子端子，兩端別分接入AC220V電源的正負(fù)極，確保電源正負(fù)極與端子的照應(yīng)。即，N與L極。其中，接通與斷開電源基于系統(tǒng)斷路器實(shí)現(xiàn)，以此確保系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。為確?？删幊炭刂破鞯恼９ぷ鳎浣泳€需要確保規(guī)范、正確，尤其是電源接線部分。總得來說，1M和2M在系統(tǒng)DI輸入部分為公共端的主要內(nèi)容，與電源N極相接。另外，在該部分需要兩端接線輸入按鈕等電器元件，且確?？删幊炭刂破鞯恼龢O與其中一段相接，可編程控制器的DI端子則連接另一端。此時(shí)，可編程控制器的相應(yīng)端子在按鈕接觸點(diǎn)閉合后亮起則代表接線正確。反觀DO輸出部分，1M與1L為蓋部分的公共端子，電源N極連接公共端子M端，另外兩端互相連接。即，電源L極連接公共端子L端。除此之外，可編程控制器的輸出端子與線圈等輸出執(zhí)行元件的一端相連接，電源負(fù)極與線圈另一端相連接，若其輸出點(diǎn)亮起則代表回路正常，線圈得電吸合、回路存在輸出。4火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)的控制流程設(shè)計(jì)本文結(jié)合實(shí)際工藝需求，著重于系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)，以下為系統(tǒng)軟件部分流程圖設(shè)計(jì)：圖4-1系統(tǒng)控制流程圖由上圖可知，系統(tǒng)在運(yùn)行后進(jìn)行三部分的控制，分別為一區(qū)控制、二區(qū)控制、供水泵控制。（1）當(dāng)一區(qū)溫度報(bào)警輸入或者煙霧報(bào)警輸入，將立即啟動(dòng)電磁閥、抽水泵、排風(fēng)機(jī)、報(bào)警器和報(bào)警燈閃爍。當(dāng)火災(zāi)消除后，按下復(fù)位按鈕，將以上輸出復(fù)位。（2）當(dāng)二區(qū)溫度報(bào)警輸入或者煙霧報(bào)警輸入，將立即啟動(dòng)電磁閥、抽水泵、排風(fēng)機(jī)、報(bào)警器和報(bào)警燈閃爍。當(dāng)火災(zāi)消除后，按下復(fù)位按鈕，將以上輸出復(fù)位。（3）當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行后，對儲(chǔ)水箱進(jìn)行高低液位監(jiān)測，當(dāng)水位低于低液位開關(guān)時(shí)，啟動(dòng)供水泵，當(dāng)水位高于高液位開關(guān)時(shí)，停止供水泵。4.2程序的設(shè)計(jì)4.2.1模擬量數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計(jì)模擬量信號(hào)與具體是實(shí)數(shù)值間的轉(zhuǎn)化為處理模擬量信號(hào)的主要內(nèi)容。即，模擬量輸入模塊接收到外部輸入模擬量信號(hào)后的轉(zhuǎn)化，6400-32000為實(shí)數(shù)值范圍。此后，實(shí)數(shù)值通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換為實(shí)際顯示值。其中，現(xiàn)存16位的模擬量整數(shù)值與實(shí)數(shù)值間的轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換策略的主要內(nèi)容。這一過程，從6400-32000轉(zhuǎn)換為0-100的實(shí)數(shù)值基于兩者的相互對應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)。例如，假定16000為模擬量輸入的整數(shù)值，5V或者10MA為外部的模擬量輸入信號(hào)，輸出的結(jié)果在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)子程序的轉(zhuǎn)化后為50.4.2.2報(bào)警邏輯程序設(shè)計(jì)I0.0、I0.1或I0.2啟動(dòng)一號(hào)區(qū)域，報(bào)警系統(tǒng)Q0.1與Q1.0在輸入該信號(hào)后實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)和自鎖。此時(shí)，定時(shí)器T37啟動(dòng)，抽水泵Q0.5與滅火系統(tǒng)Q0.1在定時(shí)結(jié)束后啟動(dòng)。此后，啟動(dòng)排煙機(jī)Q0.3進(jìn)行排煙，該區(qū)域自動(dòng)報(bào)警滅火系統(tǒng)在停止按鈕I0.7按下后關(guān)閉。I0.4、I0.5或I0.6啟動(dòng)二號(hào)區(qū)域，報(bào)警系統(tǒng)Q1.1和Q1.2在輸入該信號(hào)后實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)和自鎖。此時(shí)，定時(shí)器T38啟動(dòng)，抽水泵Q0.5與滅火系統(tǒng)Q0.2在定時(shí)結(jié)束后啟動(dòng)。此后，啟動(dòng)排煙機(jī)Q0.4進(jìn)行排煙，該區(qū)域自動(dòng)報(bào)警滅火系統(tǒng)在停止按鈕I0.7按下后關(guān)閉。5火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的上位機(jī)設(shè)計(jì)5.1上位機(jī)的設(shè)計(jì)過程首先，打開工程管理器。如下圖所示：圖5-1工程管理器項(xiàng)目可以在打開工程管理器后新建，新項(xiàng)目依據(jù)項(xiàng)目名稱與存儲(chǔ)位置建設(shè)開發(fā)。此時(shí)，通過搜索可以查詢選擇原有設(shè)計(jì)項(xiàng)目，不但能夠備份項(xiàng)目，還可以重新設(shè)置項(xiàng)目屬性。項(xiàng)目設(shè)計(jì)主要分為開發(fā)與運(yùn)行兩部分。其中，項(xiàng)目的進(jìn)行、驅(qū)動(dòng)建立與畫面設(shè)計(jì)等為開發(fā)的主要內(nèi)容，而依據(jù)實(shí)際工藝要求進(jìn)行監(jiān)控則為運(yùn)行的主要內(nèi)容。項(xiàng)目的存儲(chǔ)信息在建立項(xiàng)目對話框時(shí)需要填寫，并命名項(xiàng)目名稱，完成確立后新項(xiàng)目建成。如下圖所示：圖5-2項(xiàng)目建立對話框項(xiàng)目的開發(fā)設(shè)計(jì)在新建項(xiàng)目完成后進(jìn)行。首先，COM2為串口設(shè)置，設(shè)置的波特率和奇偶校驗(yàn)等，采用默認(rèn)設(shè)置值，RS232為系統(tǒng)通訊方式。如下圖所示：圖5-3串口設(shè)置對話框建立驅(qū)動(dòng)在串口設(shè)置結(jié)束后進(jìn)行。驅(qū)動(dòng)基于設(shè)備配置導(dǎo)向建立，選擇西門子S7-200系列，PPI為驅(qū)動(dòng)方式。此后，制定對應(yīng)的串口位置并且設(shè)置S7-200的地址。如下圖所示：圖5-4驅(qū)動(dòng)程序建立對話框添加變量在驅(qū)動(dòng)組態(tài)設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行?？紤]實(shí)際工藝要求與系統(tǒng)運(yùn)行策略，為確保數(shù)據(jù)類型與變量的完整精準(zhǔn)，在添加變量過程中需要分別對變量的類型、最大最小值以及初始值等內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置。除特殊要求外，設(shè)置統(tǒng)一采用默認(rèn)設(shè)置。如下圖所示：圖5-5變量設(shè)置對話框以下變量列表在項(xiàng)目相關(guān)變量完成設(shè)置后形成。該列表變量為可編程控制器通信與內(nèi)存變量。如下圖所示：圖5-6變量列表圖按照系統(tǒng)的工藝要求和可視化數(shù)據(jù)交互的變量需求，對變量設(shè)置完畢后。就進(jìn)行畫面的設(shè)計(jì)，畫面往往包括啟動(dòng)畫面和調(diào)用畫面。在畫面設(shè)計(jì)中，通過工具箱進(jìn)行畫面的制作。工具箱可以實(shí)現(xiàn)畫面的圖形繪制，位圖添加，字體和顏色編譯以及管道制作等等。在畫面設(shè)計(jì)時(shí)，對每個(gè)對象的顏色、形狀都可以按照工藝的要求進(jìn)行完成。特別是使用圖庫管理器，在圖庫管理器中，有諸多儀表、傳感器、按鈕、指示燈、電氣符號(hào)、閥門等相關(guān)圖形，可以選擇使用鼠標(biāo)拖動(dòng)的方式添加到畫面，并且對該對象進(jìn)行變量的賦值，完成該對象的詳細(xì)參數(shù)設(shè)置等。畫面設(shè)計(jì)需要美觀大方，可操作性強(qiáng)，能夠充分反映當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)和數(shù)據(jù)顯示。如下圖5-7所示。圖5-7畫面設(shè)計(jì)圖當(dāng)畫面設(shè)計(jì)大體完成后，需要對某些圖形進(jìn)行變量的動(dòng)畫添加處理，動(dòng)畫都包括閃爍動(dòng)畫、隱含動(dòng)畫、水平移動(dòng)或垂直移動(dòng)動(dòng)畫、填充屬性對話等。根據(jù)不同的圖表添加不同的動(dòng)畫，如下圖5-8所示。圖5-8動(dòng)畫設(shè)計(jì)對話框當(dāng)設(shè)計(jì)到此，所有的組態(tài)設(shè)計(jì)完成，組態(tài)設(shè)計(jì)主要對驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行添加設(shè)計(jì)，對變量進(jìn)行命名，并設(shè)置屬性，完成變量列表。對系統(tǒng)設(shè)計(jì)的畫面中，對每個(gè)指示燈、相關(guān)圖形進(jìn)行變量動(dòng)態(tài)設(shè)置。當(dāng)設(shè)置成后，系統(tǒng)就可以運(yùn)行。5.2系統(tǒng)的運(yùn)行仿真打開仿真軟件后，通過VIEW按鈕操作，進(jìn)行系統(tǒng)的仿真運(yùn)行，具體仿真效果如下分析。圖5-9正常狀態(tài)的仿真圖在正常狀態(tài)時(shí)通過溫度和煙霧濃度檢測，當(dāng)前正常范圍，因此報(bào)警器不運(yùn)行。圖5-10區(qū)域一的仿真圖當(dāng)區(qū)域一溫度值大于設(shè)定上限值，或者煙霧值大于設(shè)定上限值時(shí)，將立即啟動(dòng)抽水泵、報(bào)