畢業(yè)設計（論文）基于PLC的自動滅火器系統(tǒng)設計

1、基于plc的自動滅火器的設計1、前言1.1 序言隨著經(jīng)濟的發(fā)展城市化得到進一步的深化城市防火也變得越來越重要，再加上國家工業(yè)的發(fā)展導致了全球氣溫的的上升火災發(fā)生的頻率則更加頻繁，同時；科技的發(fā)展大大提高了人們的生活水平，也帶給人們更加方便的生活但在這科技發(fā)達的社會里仍然還隱藏著許多的危險，火災就是其中的一種，說到火大家可能都會想到，它是人類文明的象征，但火在給人類帶來文明的同時也毀滅我們的文明。因此，我們的先輩們花了很多時間去尋求預防火帶給我們的災難。但是由于當時科技水平的限制先輩們所研制出來的器械并沒起到多大的作用，當時對火災的預防還是以人為主，這樣并沒有做到對火災的真正的防御，一直到19世

2、紀末期，歐洲人才發(fā)明使用探測器監(jiān)測火情并使之滅火的設備，這種設備在預防火災上遠遠超出以前的各種機械，同時在體積上也有所減小，隨著科技的進步，人們對這一設備進行了改進，但改進的大多是該設備的體積其依然在以前的基礎(chǔ)上發(fā)展改進的設備雖然在功能上有所增加，但還是采用電氣控制這樣就加大了設備的體積，同時也增加了設備的成本。當代社會消費設備種類繁多，但大多數(shù)的消費設備都是將報警放于首位而對火災主動控制的則很少其都是在報警后再由報警裝置將信號傳輸給滅火裝置和設備的其他裝置，這樣不僅耽誤了有效的滅火時間而且也會給社會帶來不可估量的損失，而且這些設備是由一級一級的將信號傳輸給設備的各個機構(gòu)，這樣很不容易保障信號

3、輸入的成功與否，如果信號一旦不能得到保障則不能及時啟動相應裝置，特別是是在緊急情況之下，如果不能準確、迅速啟動相應的裝置那么后果是可想而知的。由此為了進一步提高對火災的預警與主動控制我則在現(xiàn)存的消費設備的基礎(chǔ)上對這些設備進行了一些改進和技術(shù)上的提升。目前，世界上很多國家研制出了各種自動滅火控制設備，而且生產(chǎn)相當普遍。在智能化建筑中設置自動控制滅火系統(tǒng)，首先要滿足我國現(xiàn)有的規(guī)范、規(guī)程要求。我國已頒布、等，及其它規(guī)定。1.2 課題來源及背景火災作為危害人類生存的大敵，越來越受到人們的重視。隨著高層建筑的不斷增多，火災隱患增加。一旦發(fā)生火災，將對人的生命財產(chǎn)造成極大的危害，于是人們開始尋求一種早期發(fā)

4、現(xiàn)火災的方法，并能及時控制和撲滅火災，以便減少損失，保障生命安全?；馂淖詣訄缶瘻缁鹂刂破骶褪菫榱藵M足這一需求而研制出來的，并越來越被人們所接受。其自身也隨著人們需求的不斷提高，在功能、結(jié)構(gòu)、形式等方面不斷地完善。1.3 火災特征（1）火災的隨機性 每起火災都有其獨自的特征，這是因為引起火災的燃燒材料、引燃方式及燃燒環(huán)境均相同的可能性幾乎為零，所以每次火災發(fā)生的火災參數(shù)不可能有著相同的軌跡，即使在實驗室條件下嚴格控制材料引燃方式及燃燒環(huán)境條件也幾手不可能模擬兩次一模一樣的火災，即火災的發(fā)生是隨機的。（2）火災的模糊性 火災發(fā)生有隨機性，但也是有一定條件的，并不是每次燃燒都會發(fā)展成火災，只是有發(fā)展

5、成火災的可能性，也就是具有模糊性。（3）火災的可探測性 火災都伴有不同的火災參數(shù)。在明火燃燒中，主要的火災參數(shù)有溫參數(shù)、火焰參數(shù)及煙參數(shù)等。這些參數(shù)隨著火災的發(fā)展而變化，基本呈增大的趨勢，且各參數(shù)間存在著一種相輔相成的邏輯關(guān)系。根據(jù)這些火災參數(shù)特征可以實現(xiàn)火災探測報警，避免火災發(fā)生。（4）火災的危害性“火災”，是指在時間或空間上失去控制的燃燒所造成的災害。在各種災害中，火災是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會發(fā)展的主要災害之一。人類能夠?qū)疬M行利用和控制，是文明進步的一個重要標志?；?，給人類帶來文明進步、光明和溫暖。但是，失去控制的火，就會給人類造成災難。所以說人類使用火的歷史與同火災作斗爭的

6、歷史是相伴相生的，人們在用火的同時，不斷總結(jié)火災發(fā)生的規(guī)律，盡可能地減少火災及其對人類造成的危害。對于火災，在我國古代，人們就總結(jié)出“防為上，救次之，戒為下”的經(jīng)驗。隨著社會的不斷發(fā)展，在社會財富日益增多的同時，導致發(fā)生火災的危險性也在增多， 火災的危害性也越來越大。據(jù)統(tǒng)計， 我國70年代火災年平均損失不到2.5億元，80年代火災年平均損失不到3.2億元。進90年代， 特別是1993年以來，火災造成的直接財產(chǎn)損失上升到年均十幾億元，年均死亡 2000 多人。實踐證明，隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，消防工作的重要性就越來越突出?！邦A防火災和減少火災的危害”是對消防立法意義的總體概括，包括了兩層含義: 一

7、是做好預防火災的各項工作， 防止發(fā)生火災； 二是火災絕對不發(fā)生是不可能的，而一旦發(fā)生火災，就應當及時、有效地進行撲救，減少火災的危害。 火災不僅毀壞物質(zhì)財產(chǎn)，造成社會秩序的混亂，還直接或間接危害生命，給人們的心靈造成極大的危害。每年都有許多兒童被火災奪去生命。同時因兒童用火不慎引起的火災也不在少數(shù)。 在社會生活中，火災是威脅公共安全，危害人們生命財產(chǎn)的災害之一。俗話說：“水火無情”；“賊偷一半，火燒全光”。當今，火災是世界各國人民所面臨的一個共同的災難性問題。它給人類社會造成過不少生命、財產(chǎn)的嚴重損失。隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，社會財富日益增加，火災損失上升及火災危害范圍擴大的總趨勢是客觀規(guī)律。據(jù)

8、聯(lián)合國“世界火災統(tǒng)計中心”提供的資料介紹，發(fā)生火災的損失，美國不到7年翻一番，日本平均16年翻一番，中國平均12年翻一番。全世界每天發(fā)生火災1萬多起，造成數(shù)百人死亡。近幾年來，我國每年發(fā)生火災約4萬起，死2000多人，傷30004000人，每年火災造成的直接財產(chǎn)損失10多億元，尤其是造成幾十人、幾百人死亡的特大惡性火災時有發(fā)生，給國家和人民群眾的生命財產(chǎn)造成了巨大的損失。嚴峻的現(xiàn)實證明，火災是當今世界上多發(fā)性災害中發(fā)生頻率較高的一種災害，也是時空跨度最大的一種災害。火災的危害性具體體現(xiàn)在以下五個方面?；馂臅斐蓱K重的直接財產(chǎn)損失1993年8月5日，深圳市安貿(mào)危險品儲運公司清水河倉庫，因化學危險

9、物品混存而發(fā)生反應，引起火災爆炸事故，大火燃燒了16小時，有15人死亡，8人失蹤，873人受傷，在搶險中僅公安干警就有54人傷亡，2名公安局副局長殉職，燒毀建筑面積39000平方米，火災直接財產(chǎn)損失15.2億元，每天有460萬元財產(chǎn)被燒毀。災難發(fā)生時的場面如圖1-1所示： 圖1-1清水河倉庫爆炸圖火災造成的間接財產(chǎn)損失更為嚴重現(xiàn)代社會各行各業(yè)密切聯(lián)系，牽一發(fā)而動全身。一旦發(fā)生重、特大火災，造成的間接財產(chǎn)損失之大，往往是直接財產(chǎn)損失的數(shù)十倍。1990年7月3 日，四川省梨子園鐵路隧道因油罐車外溢的油氣遇到電火花導致爆炸起火。參加滅火搶險戰(zhàn)斗的有解放軍第13集團軍、二炮集團、成都軍區(qū)、達縣軍分區(qū)預

10、備師以及武警達縣支隊、四支隊、四川省消防總隊。這起火災直接財產(chǎn)損失僅500萬元，但致使鐵路運輸中斷23天，26日全線通車，造成成千上萬旅客滯留和許多單位停工待料，間接財產(chǎn)損失難以估算?；馂臅斐纱罅康娜藛T傷亡據(jù)統(tǒng)計，2000年全國火災中燒死3021人，燒傷4404人，平均每天有8.3人在火中被燒死。2000年四川共發(fā)生火災5718起，死102人，傷243人。2000年12月25日河南洛陽東都商廈因電焊工違章操作引起火災，造成309人死亡，7人受傷。國際消防技術(shù)委員會對全球火災調(diào)查統(tǒng)計表明，近幾年全球每年發(fā)生600700萬起火災，大約有67萬人在火災中喪命；火災會造成生態(tài)平衡的破壞1987年5月

11、6日到6月2日幾乎長達一個月的大興安嶺森林特大火災，起火直接原因是林場工人在野外吸煙引起，間接原因是氣候條件有利燃燒，可燃物多。人民解放軍、森林警察、公安消防人員、廣大職工近10萬軍民經(jīng)過近一個月的殊死搏斗，才將大火撲滅。這場大火致使193人喪生，226人受傷，火災破壞了1000多萬畝林業(yè)資源，大火殃及1個縣城3個鎮(zhèn)，破壞的生態(tài)平衡需80年才能恢復，經(jīng)濟損失高達69.13億元。據(jù)資料統(tǒng)計，我國年均森林火災毀林面積達100萬公頃（我國森林覆蓋率僅為13%，日本60%），森林大面積減少，造成洪水泛濫。當時火災的情形如下圖1-2所示：圖1-2 大興安嶺森林特大火災圖火災會造成不良的社會政治影響如火災

12、發(fā)生在首腦機關(guān)，通信樞紐、涉外單位、古建筑、風景區(qū)等都會造成嚴重的政治影響，甚至波及全國乃至全世界。1994年11月15日，吉林市銀都夜總會因縱火發(fā)生火災，殃及在同一建筑物內(nèi)的市博物館，燒毀建筑面積6800平方米，不僅造成直接財產(chǎn)損失671萬多元，而且將無法用金錢計算的博物館內(nèi)藏文物7千余件和黑龍江在該館巡展的1具7000多萬年以前的恐龍化石（長11米，高6.5米）被燒毀，以及堪稱世界級瑰寶、被列入吉尼斯世界大全的吉林隕石雨中最大的1號隕石（重1775千克）也在大火中分為兩半，還有2人被燒死，既造成了難以計算的經(jīng)濟損失，更造成了不良的政治影響。由此可見，火災危害性是相當慘重的。我們必須認真貫徹

13、執(zhí)行“預防為主，防消結(jié)合”的消防工作方針，在做好防火工作。1.4 火災自動滅火技術(shù)及探測報警的發(fā)展和概況早在1847年美國牙科醫(yī)生錢林(charming)和緬因大學教授華邁爾(farmer)研究出世界上第一臺用于城鎮(zhèn)火災報警的發(fā)送裝置，1890年英國又研制成功了感溫式火災探測器。從此人類開創(chuàng)了火災自動探測報警技術(shù)的新紀元。一百五十年來，世界上科學技術(shù)取得了突飛猛進的發(fā)展，火災探測技術(shù)也相應迅速發(fā)展，各種感溫、感煙、感光等類型的火災探測器相繼問世，一并日臻完善。從19世紀40年代至本世紀40年代，經(jīng)過漫長的一百年來，感溫探測器一直占主導地位，火災自動報警系統(tǒng)處于初級發(fā)展階段。定溫和差溫探測器有雙

14、金屬型、水銀接點型、易熔合金型、玻璃球膜脹型、熱電偶型以及半導體型等等。由于其靈敏度比較低，探測火災的速度也比較慢，尤其對陰燃火災往往不響應，因此，它一直無法較好地實現(xiàn)火災早期報警的要求。直到本世紀50年代初，瑞士物理學家埃斯特。邁里(ernst meili)研究離子型感煙探測器獲得成功，感煙火災探測器開始登上歷史舞臺?；饎萋油加跓煟袩熖綔y技術(shù)使人類在實現(xiàn)火災早期報警向前邁進了一大步，立刻引起了人們的重視并得到廣泛應用。從此，感溫探測器被排擠到次要地位。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，場效應晶體管代替了陰極射線管，使電路電壓能夠從220v_降低到24v，用電池也可為探測器供電。加之集成電路和微機的

15、出現(xiàn)，又為離子感煙探測器的智能化提供了廣闊的前景。據(jù)統(tǒng)計，至1970年，整個歐洲已安裝了近百萬只。迄今，它在全世界范圍內(nèi)仍占己安裝探測器的90%左右?？梢哉f，它以絕對優(yōu)勢占據(jù)中心地位長達三十年之久。70年代末，因高壽命的光電元器件技術(shù)取得突破，光電感煙探測器才應運而生，使離子感煙探測器面臨新的挑戰(zhàn)。十多年來，盡管人們對兩種探測器性能上差異的評價眾說紛紜，但國外卻一直在大力研制和發(fā)展光電感煙探測器，并取得長足的進展、如在日本、瑞士它的銷售量己上升到90%以上，歐洲也在大幅度減少離子感煙探測器。同樣，我國也開始出現(xiàn)類似的傾向。現(xiàn)在這兩種探測器每年的銷售量大約平分秋色了。 80年代中期，在總線制火災

16、自動報警系統(tǒng)出現(xiàn)后不久，隨著微處理器、計算機及智能技術(shù)的最新發(fā)展，又推出了智能化模擬量報警系統(tǒng)。90年代初，我國的智能化系統(tǒng)也取得較大進展，各種智能型系列產(chǎn)品相繼問世。滅火系統(tǒng)最常用的有噴水滅火和泡沫滅火兩種。泡沫滅火主要用在針對性強的滅火過程，即手動滅火，而且泡沫產(chǎn)生后不適合遠距離傳送，所以泡沫發(fā)生裝置也要在火災現(xiàn)場，再則，泡沫滅火的泡沫發(fā)生裝置和原料成本都比較貴，所以泡沫滅火不太適合用于只能控制，而且在任何場合我們設置火災報警滅火系統(tǒng)都是為了以防不測，也不可能大量堆積泡沫發(fā)生裝置的，所以論文中我們不采用該滅火方法。噴水滅火主要是在火災安全隱患出或者滅火的關(guān)鍵點處設置噴水噴頭，當檢測到火災發(fā)

17、生后，控制器會向滅火系統(tǒng)發(fā)送噴水命令進行噴水滅火。噴水系統(tǒng)是和蓄水池連接，所以不用擔心會像泡沫發(fā)生器一樣在火災撲滅前窮盡。本論文中用的是噴水滅火。2、本設計的整體思路和方案2.1本設計的主要內(nèi)容和要求（1）設計的主要技術(shù)指標 設計探測器的方案、各個點至少應有煙霧和溫度兩種探測器探測火災，即可自動動滅火，也可手動滅火。能夠顯示各點的情況。分布點與總監(jiān)控點的距離最遠為380米。電源的設計能在電網(wǎng)220v波動20%的情況下使用。（2）設計內(nèi)容滅火系統(tǒng)方案設計。滅火系統(tǒng)方案的運行框圖設計。滅火系統(tǒng)檢測方法的設計。滅火系統(tǒng)軟件設計。（3）設計的基本要求用電子技術(shù)、檢測技術(shù)作出火災探測器的設計。滅火系統(tǒng)檢

18、測要求，上機調(diào)試通過主要的程序。2.2 系統(tǒng)設計思路火在人類生活中是不可缺少的，但火災也給人類帶來了巨大的災難。特別是自本世紀80年代開始，隨著電子產(chǎn)品在人類生活中的使用越來越廣泛，由此引起的火災也越來越多，在我們生活的四周到處潛伏著火災隱患。為了避免火災。一方面要減少引起火災的因素；另一方面要在發(fā)生火災時，及時報警，并采取有效措施控制火情的發(fā)展，將火災消滅在萌芽狀態(tài)。確保人身安全。最大限度地減少社會財富的損失。所以采用各種先進的探測器對樓層的各個地方進程檢測，并通過plc對數(shù)據(jù)進行處理反饋給報警裝置和滅火裝置實施報警和滅火。然而在探測器不起作用而災情發(fā)生時未啟動報警器和滅火器的時候，可以由人

19、工按下報警與滅火按鈕提示火情發(fā)生警示人們盡快疏散與此同時滅火器對可控制的火進行滅火。所以在本設計中我采取探測器檢測和人工手動相結(jié)合的方式來實現(xiàn)火災探測、報警和滅火。在人機對話上采用北京亞控公司的組態(tài)王來做上位機實現(xiàn)。2.3滅火控制系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控設計構(gòu)想隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，實時監(jiān)控，人機交換得到了飛速的發(fā)展?，F(xiàn)代的控制系統(tǒng)與以往的最大區(qū)別就是交互性越來越高，傳統(tǒng)的控制方式需要很多工作人員分布在現(xiàn)場，而現(xiàn)在只需一名工作人員坐在控制室計算機前便可對整個大樓的安全控制系統(tǒng)進行全方位的監(jiān)控。由于工業(yè)自動化得發(fā)展人工智能化技術(shù)的進一步向前推進在這樣的情景之下各國在這類自動化的行業(yè)投入了大量的精力，各國加

20、大了在這類技術(shù)上的研究。由此，各國在資金方面也大力偏向這類技術(shù)。為了適應現(xiàn)代工業(yè)和經(jīng)濟的發(fā)展，各國不僅在研究這一類技術(shù)上取得了劃時代的進展。并且，在對這一類技術(shù)的更新和改進方面上也提出了不同的意見。經(jīng)過各國科技技術(shù)人員的不懈努力終于將這類技術(shù)用軟件的形式展現(xiàn)在世人面前，這就是我們先所用的軟件組態(tài)王的前身。組態(tài)軟件的發(fā)展為實現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)視、控制與管理等功能帶來了極大的方便。組態(tài)監(jiān)控比以往使用專用機開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更具通用性，在自動化領(lǐng)域有著更廣泛的應用。本系統(tǒng)采用的組態(tài)王是一套用于快速構(gòu)造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，能夠在windowsxp平臺上運行。通過對現(xiàn)場智能設備plc數(shù)據(jù)的采集處理，

21、檢驗系統(tǒng)的運行情況。利用組態(tài)軟可完成對畫面的設計、動畫的連接等工作。用于顯示畫面開發(fā)系統(tǒng)中建立的動畫圖形畫面，并負責數(shù)據(jù)庫與i0服務程序的數(shù)據(jù)交換，通過實時數(shù)據(jù)庫管理從一組現(xiàn)場控制對象采集到的各種數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)的變化用動畫的方式形象地表示出來，同時完成報警、滅火、歷史記錄、趨勢曲線等監(jiān)視功能，并可生成歷史數(shù)據(jù)文件。系統(tǒng)總體滅火示意圖如圖21所示。圖21 滅火示意圖kingview組態(tài)王軟件簡介 組態(tài)王完全基于網(wǎng)絡概念，支持客戶機服務器模式和internet/intranet瀏覽器技術(shù)，并且是一種可伸縮的柔性結(jié)構(gòu)，根據(jù)網(wǎng)絡規(guī)模大小，可以將不同站點設計成i/o 服務器、報警服務器、數(shù)據(jù)服務器、登錄

22、服務器、校時服務器、客戶機等，在系統(tǒng)擴展和變化時，有著極大的靈活性。組態(tài)王設計成全冗余結(jié)構(gòu)，在五個層面上提供了冗余：i/o通道冗余、雙設備冗余、雙網(wǎng)冗余、雙機冗余及雙系統(tǒng)冗余。組態(tài)王被設計成一個完全意義上的軟件平臺，允許用戶進行功能擴展和發(fā)揮，它也是一個activex容器，無須編程即可將第三方控件直接連入組態(tài)王中。組態(tài)王不僅是opc 客戶端，還是opc服務器，可向任意支持opc 客戶的軟件提供數(shù)據(jù);組態(tài)王中的報警信息可直接輸出到帶odbc 接口的數(shù)據(jù)庫中，像access、sql server 等;提供了一套動態(tài)鏈接庫，允許用戶用vb、vc 直接訪問組態(tài)王的數(shù)據(jù)庫，構(gòu)筑功能更加強大的工控系統(tǒng);組

23、態(tài)王還可以和king plc 1.0完全集成起來，組態(tài)王在前臺進行人機界面顯示。組態(tài)王是運行于microsoft windows2000/nt4.0/xp 中文平臺的中文界面的人機界面軟件，采用了多線程、com組件等新技術(shù)，實現(xiàn)了實時多任務。組態(tài)王支持opc協(xié)議，即可以作為opc服務器，也可作為opc客戶。其有如下優(yōu)點1、通訊驅(qū)動程序自動向?qū)?組態(tài)王軟件系統(tǒng)與最終用戶使用的具體的plc或現(xiàn)場部件無關(guān)。對于不同的硬件設施，只需為組態(tài)王配置相應的通信驅(qū)動程序即可。組態(tài)王對驅(qū)動程序進行了重新設計，使驅(qū)動程序的配置更加方便?？刂乒こ處熆梢园衙恳慌_下位機看作一種設備，他不必關(guān)心具體的通訊協(xié)議，只需要在組

24、態(tài)王的設備庫中選擇設備的類型，然后按照“設備配置向?qū)А钡奶崾疽徊讲酵瓿砂惭b即可。2、高效的數(shù)據(jù)采集 作為關(guān)鍵技術(shù)之一，組態(tài)王對通訊程序做了多種優(yōu)化處理，盡量使通訊瓶頸對系統(tǒng)的影響最小，同時保證數(shù)據(jù)傳遞的及時和準確。組態(tài)王采取的優(yōu)化措施包括變量分組采集的策略，以每55毫秒為一個級別，優(yōu)先級越高的變量采集的次數(shù)越多，保證關(guān)鍵變量的采集，如一個定義采集頻率為110毫秒的變量和一個定義為220毫秒的變量相比，在后一個變量采集一次的情況下，前一個變量必須保證兩次采集。對于變量要求同時采集的情況，組態(tài)王中對于屬于同一結(jié)構(gòu)成員的，且連接在同一設備上的結(jié)構(gòu)變量以成員變量的最小采集頻率對所有成員進行同時采集。動

25、態(tài)優(yōu)化的通訊方式組態(tài)王對全部通訊過程采取動態(tài)管理的方法，如果變量沒有定義歷史記錄或報警，則只有在數(shù)據(jù)被上位機需要時才進行采集；對于那些暫時不需要更新的數(shù)據(jù)則盡可能減少通訊。這種方式可以大大緩解串口通訊速率慢的矛盾，提高系統(tǒng)的效率。例如，用戶為一臺omron plc定義了1000個i/o變量，但在某一時刻，顯示畫面上的動畫連接、歷史記錄、報警、命令語言等，可能只使用了1000個i/o變量中的一部分，這部分變量（稱之為活動變量）必須是實時采集的；而其他i/o變量不會對系統(tǒng)產(chǎn)生影響。在這種情況下，組態(tài)王經(jīng)過動態(tài)優(yōu)化，在本次數(shù)據(jù)采集中將只采集活動變量。當系統(tǒng)中i/o變量個數(shù)顯著增加時，這種通訊方式可以

26、保證數(shù)據(jù)采集周期不會有很大的變化。需求合并組態(tài)王把對一個設備的多種通訊請求（動畫顯示、歷史數(shù)據(jù)記錄、報表生成等）盡可能的合并，一次采集的數(shù)據(jù)將滿足多個功能模塊的需要。盡量打包大多數(shù)的下位機都支持多個數(shù)據(jù)一次采集完成。組態(tài)王充分利用了這個特性，對于提供這種通訊功能的下位機，組態(tài)王將盡可能地把需要采集的變量進行優(yōu)化組合，在一次采集過程中得到大量有效數(shù)據(jù)。這種優(yōu)化方式也有效地減少了通訊的次數(shù)。3、強大的硬件測試功能和完善的檢測手段 為保證用戶對硬件的方便使用，在完成設備配置與連接后，組態(tài)王6.53開發(fā)環(huán)境中可以對硬件設備進行測試。即在不啟動運行系統(tǒng)的情況下，能完成對硬件設備的讀寫操作。設計者就可以在

27、開發(fā)時根據(jù)設備通訊情況隨時修改各項通訊參數(shù)，能大大減少調(diào)試設備的時間。測試的設備包括：串口設備、板卡設備和opc設備。同時，組態(tài)王6.53新增加對硬件設備的檢測方法，即新增時間戳和質(zhì)量戳兩個變量域，能檢查對于每個采集的變量點其采集時間和采集是否正常，當數(shù)據(jù)采集時，質(zhì)量戳和時間戳作為變量的域，在開發(fā)中，設計者可以通過硬件設備測試方式進行觀察，在系統(tǒng)運行時，用戶可以直接通過動畫連接進行觀察。時間戳將伴隨著每次采集時間的不同而變化。質(zhì)量戳將顯示每次采集的通訊質(zhì)量。4、故障診斷與恢復 故障的診斷與恢復是組態(tài)王的重要特色。在工業(yè)現(xiàn)場中，由于通訊故障而引起的損失可能是非常巨大的，為了將這種損失降為最小，組

28、態(tài)王精心優(yōu)化了通訊故障的診斷機制，可以在極短的時間（12個采集周期）內(nèi)報告故障的發(fā)生，并診斷出出現(xiàn)故障的下位機，非常有助于現(xiàn)場工程師及時排除險情。組態(tài)王的自動恢復功能是指：當下位機被更換或恢復運行后，不需要現(xiàn)場工程師對軟件系統(tǒng)作任何干預，組態(tài)王通過短時間的嘗試后，可以自動恢復與下位機的通訊。自動恢復功能對于保障系統(tǒng)可靠運行是非常必要的。當一臺下位機發(fā)生故障時，組態(tài)王會自動優(yōu)化通訊鏈，使與其他下位機之間的通訊幾乎不受影響，保證了通訊的高效率。5、支持遠程撥號和無線采集數(shù)據(jù) 組態(tài)王6.53中新增加對modem支持的功能，即利用modem 撥號實現(xiàn)組態(tài)王與遠程設備的通訊功能。在開發(fā)系統(tǒng)中直接定義mo

29、dem設備，并通過對modem的寄存器的定義，完成組態(tài)王的變量與modem寄存器的連接，通過對modem變量的操作，來完成對modem的操作。6、支持使用gprs與設備進行通訊 gprs具有通信速度快、通信費用低、 組網(wǎng)靈活等特點。gprs數(shù)傳終端，具有tcp/ip 協(xié)議轉(zhuǎn)換功能不需要用戶提供tcp/ip的支持。可適用于所有帶串口的終端設備，通過gprs網(wǎng)絡平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的無線和透明傳輸，為不具備tcp/ip 協(xié)議處理的終端設備提供了gprs 通信的能力。目前組態(tài)王已經(jīng)支持以下廠商的gprs dtu設備：深圳宏電、深圳倚天、廈門桑榮、唐山藍迪、北京藝能、北京漢智通、臺灣尉普、愛立信、福建實達

30、等。7、可擴充的設備庫 組態(tài)王的驅(qū)動程序采用了組件（com）技術(shù)，組態(tài)王提供了驅(qū)動程序的開發(fā)包，使用這套開發(fā)工具，用戶或第三方軟件供應商可以很方便地為新設備開發(fā)驅(qū)動程序，不斷擴充組態(tài)王支持的設備庫。工程瀏覽器是組態(tài)王軟件包的核心部分，它具有管理開發(fā)系統(tǒng)的功能，將畫面制作系統(tǒng)設計中的各種管理、配置、記錄、資源進行集中管理。組態(tài)王最核心的部分是數(shù)據(jù)庫，在touchview 運行時，工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況以動畫的形式反映在屏幕上，操作者在計算機前發(fā)布的指令可迅速送達生產(chǎn)現(xiàn)場，所有這一切都是以實時數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機和下位機的橋梁。利用組態(tài)王軟件設計監(jiān)控系統(tǒng)的主要步驟有：新建一個工程目錄和

31、一個工程名稱；在設備組態(tài)窗口中新建邏輯設備，在本設計中選擇西門子plc、ppi通訊協(xié)議、設備地址和通訊口，并正確設置其屬性；命名新io設備名稱并優(yōu)化設備信息。正確設置組態(tài)軟件中數(shù)據(jù)變量與plc數(shù)據(jù)地址的連接，即可實現(xiàn)plc與組態(tài)軟件的通訊。將plc中的串口驅(qū)動程序與組態(tài)軟件的需求響應相結(jié)合， plc發(fā)出的信號有響應。在組態(tài)軟件的用戶窗口中，制作一個動畫界面。在界面上設置各個控件的屬性，使設置的控件按照真實的情況動作，檢驗和測試報警控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)的控制效果。組態(tài)王用主控窗口、設備窗口和用戶窗口來構(gòu)成一個應用系統(tǒng)的人機交互圖形界面。組態(tài)配置各種不同類型和功能的對象或構(gòu)件，可以對實時數(shù)據(jù)進行可視

32、化處理。實踐證明，將plc、傳感器和組態(tài)王軟件結(jié)合即可達到較好的控制效果又可方便地監(jiān)控滅火控制系統(tǒng)的運行。過程數(shù)據(jù)的存儲功能對于任何一個工業(yè)自動化系統(tǒng)來說都是至關(guān)重要的，隨著自動化程度的進一步普及和提高，用戶對重要數(shù)據(jù)的存儲和使用的要求也越來越高。面對對大批量實時數(shù)據(jù)的存儲，必須解決同步存儲速度響應慢、數(shù)據(jù)易丟失、存儲時間短、存儲占用空間大、數(shù)據(jù)讀取訪問速度慢等用戶最關(guān)心的問題。因為用戶需要一個實時的、記錄準確地、高效的、可節(jié)約用戶硬件成本的工業(yè)過程數(shù)據(jù)存儲方案。組態(tài)王6.5順應這種用戶的期望，提供支持毫秒級高速歷史數(shù)據(jù)的存儲和查詢功能的工業(yè)過程數(shù)據(jù)庫。真正的企業(yè)級生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)倉庫。采用最新數(shù)

33、據(jù)壓縮和搜索引擎技術(shù)，數(shù)據(jù)壓縮比優(yōu)于20%，節(jié)約用戶硬件成本；一個月內(nèi)數(shù)據(jù)(單點，記錄間隔10秒)按照每小時間隔，在百毫秒內(nèi)即可完成查詢。真正實現(xiàn)歷史庫數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)追記、數(shù)據(jù)合并?？梢詫⑻厥庠O備中存儲的歷史數(shù)據(jù)片段通過組態(tài)王驅(qū)動程序完整的合并到歷史數(shù)據(jù)服務器中；也可以將遠程站點上的組態(tài)王歷史數(shù)據(jù)片段合并到歷史數(shù)據(jù)服務器上。對于一個自動化系統(tǒng)來說，關(guān)鍵參數(shù)的實時狀態(tài)跟蹤是至關(guān)重要的，滅火功能作為實現(xiàn)的手段是必不可少的。如何能及時準確的獲取火災信息對工程人員來說存在很大的挑戰(zhàn)，因為人不能時刻守著，一刻不停不知疲倦的運行的設備周圍等待火災信息的輸入。為解決這個問題在本次設計中通過一下幾個方面來解決：視

34、頻記錄現(xiàn)場實時生產(chǎn)過程畫面，支持本地或遠程實時播放、保存、多畫面、回放。同時可以對云臺和攝像頭進行遠程控制。超視距的現(xiàn)場監(jiān)控得以實現(xiàn)。 短信息進行短消息設置報警項目，如報警對象、短消息的發(fā)送時間、接收對象、發(fā)送內(nèi)容等，發(fā)送給指定人員。在第一時間將最關(guān)鍵的信息發(fā)送給最關(guān)心的人。電子郵件進行電子郵件報警項目，如報警對象、電子郵件地址、郵件服務器地址、發(fā)送內(nèi)容等，發(fā)送給指定人員。通過無所不在的網(wǎng)絡，您可以隨時了解現(xiàn)場設備的運行情況，一切僅在掌握。語音也可以通過電話，當報警產(chǎn)生時呼叫事前設置好的電話號碼，報告您最關(guān)心的內(nèi)容，您還可以進行報警確認和報警狀態(tài)查詢。2.4 滅火系統(tǒng)總體方案自動滅火控制系統(tǒng)由

35、探測、滅火和報警三部分組成，它完成了對火災預防與控制的功能?；馂奶綔y部分主要由探測器組成，是火災自動滅火系統(tǒng)的檢測元件，它將火災發(fā)生初期所產(chǎn)生的煙、熱、轉(zhuǎn)變成電信號，然后送入報警系統(tǒng)與此同時啟動滅火器對著火點進行實質(zhì)性的滅火。報警控制有各種類型報警器組成，它主要將收到的報警電信號加以顯示和傳遞，給在場的人一個疏散的提示警示在該地區(qū)的人盡快轉(zhuǎn)移。根據(jù)來自傳感器收集的數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析處理后，啟動滅火設備進行滅火。2.5滅火控制系統(tǒng)設計可編程序控制器即plc是以微處理器為核心，綜合了計算機控制、自動化、通訊網(wǎng)絡等技術(shù)的一種通用的工業(yè)控制裝置。plc控制系統(tǒng)有如下的特點：1、plc是基于工業(yè)環(huán)境下設計的

36、控制裝置，環(huán)境適應性強，可靠性高；2、plc最常用的編程語言是梯形圖語言，編程語言形象、直觀，編程簡單，便于廣大現(xiàn)場工程技術(shù)人員掌握；3、plc控制系統(tǒng)的體積小，重量輕，便于安裝，維修方便；4、plc具有自診斷、故障報警、故障種類顯示等功能，可以方便的實時監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)；5、現(xiàn)代plc具有傳統(tǒng)控制系統(tǒng)無法比擬的遠程數(shù)據(jù)傳送、交換、控制和監(jiān)視的網(wǎng)絡通訊功能。本滅火系統(tǒng)的控制系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖如下圖所示,主要硬件包括：可編程控制器plc、溫度和煙霧傳感器、計算機、自動滅火器、報警器及其它電氣元件。如圖41所示：溫度傳感器煙霧傳感器cpu224s7200plc滅火器報警器計算機計時器上位機組態(tài)監(jiān)控d/

37、a轉(zhuǎn)換器 圖41 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖本設計根據(jù)控制要求可選s7-200系列的plcs7-200系列是plc家族中較先進的系列，其最大優(yōu)點包容了標準特點、程序執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，可以為工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制性能力。因s7-200系列的plc具有良好的性價比，其不但具有硬件上較好的配置性能和功能性能，還具有豐富的軟件功能指令集，是目前小型plc中優(yōu)秀代表，同時它擁有較高的速度、功能較齊全、邏輯選件以及定位控制等特點，輸入/輸出具有多種選擇方案。其靈活的配置、高速運算、突出的寄存器容量、豐富的元件資源、尤其適合小點數(shù)的過程

38、控制。s7-200屬于小型可編程序控制器，但也可以用于復雜的自動化控制系統(tǒng)。i/o點數(shù)是plc的一項重要指標，合理選擇i/o點數(shù)既可使系統(tǒng)滿足控制要求，又可使系統(tǒng)總投資降低。s7-200的內(nèi)部原理圖如圖2-2所示：圖2-2 s7-200型plc內(nèi)部原理圖2.6 系統(tǒng)其它器件本系統(tǒng)系統(tǒng)的輸入總線連接報警輸入信號，報警輸入信號包括各種探測器的報警電信號，現(xiàn)場人員通過手動報警按鈕發(fā)出的報警信號，以及水流指示發(fā)出的水流信號，消防栓按鈕發(fā)出消防水泵的啟動信號，壓力開關(guān)發(fā)出的管路中水壓、氣壓信號。聯(lián)動控制器的輸出總線連接被控防火、滅火設備，如各類電磁閥口、聲光報警裝置、各樓層的空調(diào)、風機、防火卷簾、防火門

39、以及消防泵、噴淋泵、中央空調(diào)、集中的送風機、電梯等?；馂膱缶到y(tǒng)、聯(lián)動控制器通過輸入、輸出總線與現(xiàn)場設備連接還需要一些相關(guān)的系統(tǒng)設備與器件。2.6.1 短路隔離器短路隔離器是用于二總線火災滅火控制器的輸入總線回路中，安置在每一個分支回路的前端，當回路中某處發(fā)生短路故障時，短路隔離器可使該部分回路與總線隔離，保證總線回路其它部分能正常工作。它的動作原理是靠火災報警控制器的硬件線路作用或軟件控制，關(guān)斷不使用的部件，使火災報警控制器對此部件的故障和火警狀態(tài)不予反應，這種手段便叫做隔離。短路隔離器系應用在火災報警器系統(tǒng)的傳輸總線上，對分支線短路時起隔離作用的裝置。它能自動使短路部分兩端呈高阻態(tài)或開路狀

40、態(tài)，使之不損壞控制器，也不影響總線上其他部件的正常工作。當這部分短路故障消除時，能自動恢復這部分回路的正常工作。短路隔離器主要由以下幾個技術(shù)指標：1、通信總線短路隔離接線無極性,且不分輸入端和輸出端,24v供電線路短路隔離的接線是有極性的,但不分輸入端和輸出端;2、短路隔離觸點容量通信總線為1a,24v供電線路為2a(指阻性負載);3、隔離動作電壓12v,動作時間237np+42he由于粒子比電子重得多,且?guī)蓚€單位正電量,其穿透能力很弱。能量為5mev的粒子在空氣中的射程為3.5cm, 而金屬中射程為2.06*10cm, 所以屏蔽遮擋很容易, 同時粒子的電離能力很強,當它穿過物質(zhì)時,每次與物

41、質(zhì)分子或原子碰撞而打出一個電子,約失33ev能量,一個能量為5mev的粒子,在它完全靜止前,大約可以電離15萬個左右的分子或原子。圖3-1 離子感煙探測器工作原理圖在單源雙室結(jié)構(gòu)的電離室正極板上放置有放射源am241,其放射源可以在上百年的時間里不斷地放射出粒子, 粒子不斷地撞擊空氣分子,引起電離,產(chǎn)生大量帶正,負電荷的離子,從而使極間空氣具有導電性,兩個電離室分別稱為補償室和檢測室。當在電離室的正負極間加上12v的工作電壓時(實險測得：12v 工作電壓時電離室線性度最佳),可使原來做無序運動的正負離子在電場作用下做有規(guī)則的定向運動,正離子向負極運動,負離子向正極運動,從而形成電離電流。電離電

42、流的大小與電離室的結(jié)構(gòu)尺寸,放射源的特性,施加電壓的大小,以及空氣的密度,溫度,濕度和氣流等多種因素有關(guān), 施加的電壓越高,電離電流越大,但當電壓達到一定值時, 施加電壓再高, 電離電流也不會再增加，此時達到飽和工作區(qū)。 設計時保證離子室工作于線性區(qū)，即工作于如圖3-2所示的工作曲線的區(qū)。圖中區(qū)稱歐姆定律區(qū)，稱中間區(qū), 稱飽和電流區(qū)。圖3-2 離子感煙探測器工作曲線圖單源雙室結(jié)構(gòu)同雙源雙室結(jié)構(gòu)完全不同,雙源雙室結(jié)構(gòu)利用兩個放射源形成兩個電離室。單源雙室結(jié)構(gòu)簡單,節(jié)省上了一塊放射源,環(huán)境的變化對電離室的影響基本相同,提高了探測器對環(huán)境的適應性,增加了抗潮濕能力。 信號放大拾取整形電路將電離室里的

43、微弱電流信號轉(zhuǎn)變成較大的電壓信號，通過高輸入阻抗的場效應管進行耦合放大,地址碼預置及信號解碼處理電路如是開關(guān)量探測器直接將其電壓變化與閾值電壓進行比較, 判別是否報警，如是模擬量探測器, 則將電壓變化傳到報警控制器,如探測器內(nèi)置有cpu芯片,則其自身可以進行智能處理,利用內(nèi)置的智能算法進行判斷, 同時探測器至報警器間發(fā)生電路斷線, 探測器安裝接觸不良或探測器內(nèi)部電路元件損壞等都能夠發(fā)出故障報警信號。濾波整形穩(wěn)壓電路是給離子源、集成電路和cpu等芯片提供直流工作電壓,總線上發(fā)送的各種編碼信息需經(jīng)編碼信號變換電路處理后發(fā)送給解碼電路,并將解碼電路發(fā)送的狀態(tài)信息和值(煙霧濃度)傳至總線上供報警器接收

44、處理。離子感煙探測器的實物圖如圖3-3所示：圖3-32、光電感煙探測器它是應用煙霧粒子對光線產(chǎn)生散射,吸收或遮擋的原理而制成的一種探測器。按照其工作原理主要有兩種:減光型光電感煙火災探測器和散射型光電感煙探測器。散射型探測器利用紅外線光束在煙霧中產(chǎn)生散射光的原理探測火災初期陰燃階段產(chǎn)生的煙霧。它由光學系統(tǒng),信號處理電路等部分所組成，當煙霧進入光學暗室后,由紅外線光源發(fā)出的光束,在煙粒子表面散射,受光器的光敏二極管接收到散射光,產(chǎn)生光電信號電流,其電流大小與煙霧的變化成比例,經(jīng)信號處理電路處理后完成報警功能。根據(jù)煙粒子對光線的吸收和散射作用。光電感煙探測器又分為遮光型和散光型兩種3、紅外光束感煙

45、探測器它是對警戒范圍內(nèi)某一線狀窄條周圍煙氣參數(shù)響應的火災探測器。它同前面兩種點型感煙探測器的主要區(qū)別在于線型感煙探測器將光束發(fā)射器和光電接受器分為兩個獨立的部分，使用時分裝相對的兩處，中間用光束連接起來。紅外光束感煙探測器又分為對射型和反射型兩種。4、激光型感煙探測器 主要是應用煙霧粒子吸收激光光束原理制成的線型感煙火災探測器,激光器在脈沖電源的激發(fā)下發(fā)出同一束脈沖激光, 在正常情況下控制報警器不發(fā)出報警, 但如在激光束經(jīng)過的途中被大量的煙霧遮擋而減弱到一定程度時,光電接收信號減弱,便會發(fā)出報警信號。3.3.2 煙霧探測器工作原理現(xiàn)在最常用的煙霧探測器是光電煙霧探測器和電離煙霧探測器。電離探測

46、器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。常會看到一個光束探測器。商店一側(cè)靠近門的地方有光線（可以是白光和透鏡或者是一道低能激光），另一側(cè)則是一個光探測器，可以“看到”光線。當您通過光束時，會把它擋住。光探測器感應到光線的缺失，因此觸發(fā)響鈴。如果商店里煙霧濃得足以有效擋住光束，響鈴就會響起。這個煙霧探測器會相當大。它不是很敏感。警報響起前要有很大的煙霧煙霧必須濃得足以完全擋住光線。這需要有大量的煙才行。因此，光電煙霧探測器采用了不同的方法來利用光線。在煙霧探測器內(nèi)部有一道光和傳感器，二者成90度角放置，在正常情況下，左側(cè)的光源發(fā)出的光會直接射出，不經(jīng)過傳感器。但是，當有煙霧進入腔體時，煙霧微粒會使光線散開，一部分光會射到

47、傳感器：然后傳感器會啟動煙霧探測器中的喇叭。光電探測器在感應有煙火災（如墊子悶燒）時的效果比較好。3.4滅火器 plc控制系統(tǒng)設計1、plc的基本概念可編程控制器(programmable controller)是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(programmable logic controller)，簡稱plc，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱pc。但是為了避免與個人計算機(personal computer)的簡稱混淆，所以將可

48、編程控制器簡稱plc，plc自1966年出現(xiàn)，美國、日本、德國的可編程控制器質(zhì)量優(yōu)良，功能強大?？删幊炭刂破鲗τ脩魜碚f，是一種無觸點設備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝。目前，可編程控制器已成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的普及推廣應用。 可編程控制器是面向用戶的專用工業(yè)控制計算機，具有許多明顯的特點。 可靠性高，抗干擾能力強； 編程直觀、簡單； 適應性好； 功能完善，接口功能強。2、plc的基本結(jié)構(gòu)plc實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，主要由電源、中央處理單元(cpu)、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊等單元構(gòu)成。其總體框圖如圖3-4所示： 圖3-4 p

49、lc的總體框圖電源 plc的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此plc的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將plc直接連接到交流電網(wǎng)上去 中央處理單元(cpu) 中央處理單元(cpu)是plc的控制中樞。它按照plc系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、i/o以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當plc投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入i/o映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入i/o映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將i/o映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置