基于PLC火災自動報警系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

I第1章引言隨著城市化進程的不斷加快和人口規(guī)模的快速增長，城市給排水和消防控制與監(jiān)控成為了一個日益重要且緊迫的問題。有效的給排水系統(tǒng)和消防動力系統(tǒng)是城市基礎設施的關鍵組成部分，直接關系到城市的安全、衛(wèi)生和可持續(xù)發(fā)展。然而，傳統(tǒng)的控制與監(jiān)控系統(tǒng)存在一些問題，如工藝流程復雜、響應速度慢以及操作繁瑣等，急需新的技術手段來改進系統(tǒng)的控制和監(jiān)控能力。本論文的研究目標是通過PLC和觸摸屏組態(tài)技術的應用，對傳統(tǒng)的給排水和消防控制與監(jiān)控系統(tǒng)進行改進和優(yōu)化，提高系統(tǒng)的控制精度、響應速度和操作便捷性。通過智能聯(lián)動控制技術的引入，實現(xiàn)系統(tǒng)各部分之間的協(xié)調工作和優(yōu)化調度，從而提高系統(tǒng)的整體性能和運行效率。首先，對可編程控制器（PLC）技術進行深入研究。PLC作為現(xiàn)代自動化控制系統(tǒng)的核心設備，具有高度可編程性、穩(wěn)定性和可靠性。通過對PLC技術的研究，我們可以深入了解其硬件結構和工作原理，為后續(xù)系統(tǒng)設計和控制提供理論基礎。其次，采用觸摸屏組態(tài)軟件作為人機界面，提供直觀、友好的操作界面。觸摸屏組態(tài)軟件具有靈活的界面設計和強大的功能配置，能夠實現(xiàn)系統(tǒng)各個參數(shù)的設置、監(jiān)控和控制。本論文將詳細介紹常用的觸摸屏組態(tài)軟件的選擇和使用方法，包括界面設計原則、信號配置和操作邏輯的設置等。接下來，本論文將重點研究觸摸屏組態(tài)的火災監(jiān)控功能的實現(xiàn)。通過與火災傳感器的連接和參數(shù)調整，實現(xiàn)火災監(jiān)控系統(tǒng)的實時監(jiān)測和自動報警。通過設置報警邏輯和聯(lián)動控制策略，提高系統(tǒng)對火災的靈敏度和響應速度，從而確保人員安全和財產防護。此外，本論文將詳細探討PLC如何完成給排水和消防的控制功能。通過對PLC的編程和參數(shù)設置，實現(xiàn)雙泵循環(huán)供水和超液位排水的功能，確保消防動力系統(tǒng)的正常運行。同時，將結合火災監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)火災自動報警功能，實現(xiàn)火災發(fā)生時的快速響應和處置。最后，本論文將研究智能聯(lián)動控制系統(tǒng)的組成和工作原理。通過PLC和觸摸屏組態(tài)的聯(lián)動控制，實現(xiàn)系統(tǒng)各部分之間的協(xié)調工作，優(yōu)化系統(tǒng)的運行效率和節(jié)能性能。通過系統(tǒng)集成和調試，驗證該系統(tǒng)的可行性和有效性，為實際應用提供可靠的技術支持。通過對以上問題的研究和解決，本論文旨在提出一種基于PLC和觸摸屏組態(tài)的消防動力系統(tǒng)，具備火災自動報警的控制與監(jiān)控功能，并通過智能聯(lián)動控制技術改善傳統(tǒng)工藝流程的控制系統(tǒng)。預計該系統(tǒng)能夠提高系統(tǒng)的安全性、可靠性和智能化水平，為城市給排水和消防控制與監(jiān)控領域的發(fā)展做出貢獻。第2章現(xiàn)狀分析2.1國內外火災自動報警系統(tǒng)的現(xiàn)狀火災自動報警系統(tǒng)是一種關鍵的安全設備，用于及時檢測并報警火災發(fā)生。它在國內外得到廣泛應用，并在不斷發(fā)展和完善。以下將詳細描述國內外火災自動報警系統(tǒng)的現(xiàn)狀。在中國，火災自動報警系統(tǒng)已經成為建筑物、工業(yè)廠房、商業(yè)場所和公共設施等各類場所的標準配置。國內火災自動報警系統(tǒng)的發(fā)展主要集中在以下幾個方面：國內的火災自動報警系統(tǒng)技術得到了快速發(fā)展，從最初的傳統(tǒng)有線系統(tǒng)到近年來的無線系統(tǒng)、光纖傳輸系統(tǒng)等。同時，各種傳感器和探測器的性能也得到了提高，能夠更加準確地檢測火災的發(fā)生。隨著智能技術的快速發(fā)展，國內火災自動報警系統(tǒng)逐漸實現(xiàn)了智能化。通過引入人工智能、機器學習和大數(shù)據(jù)分析等技術，系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測和分析火災相關數(shù)據(jù)，提高火災預警的準確性和響應速度。國內火災自動報警系統(tǒng)越來越多地采用網絡化結構，通過網絡連接各個子系統(tǒng)和設備，實現(xiàn)信息的共享和遠程監(jiān)控。這樣可以方便對系統(tǒng)進行管理和維護，并能夠及時獲取火災報警信息。在國際范圍內，各國也積極發(fā)展和應用火災自動報警系統(tǒng)，不斷提升火災預警和控制的能力。以下是國際火災自動報警系統(tǒng)的一些主要特點：國際上的火災自動報警系統(tǒng)廣泛采用先進的監(jiān)測技術，如光纖傳感器、煙霧探測器、熱敏探測器等，能夠準確地檢測火災的存在。國際火災自動報警系統(tǒng)注重系統(tǒng)的智能化和自動化。通過集成先進的控制算法和智能分析軟件，系統(tǒng)能夠實現(xiàn)自動判斷火災的類型和程度，并采取相應的應急措施。國際火災自動報警系統(tǒng)通過與其他安全設備的聯(lián)動控制，能夠實現(xiàn)更加精準和綜合的火災控制。例如，與噴淋系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)、緊急疏散指示系統(tǒng)等聯(lián)動，提高火災應急處理的效果。國際火災自動報警系統(tǒng)注重遠程監(jiān)控和管理的能力。通過云平臺和遠程監(jiān)控中心，能夠對系統(tǒng)進行實時監(jiān)控、故障排除和報警處理，提高火災防控的效率和可靠性。在一些環(huán)境參數(shù)變化較大的場所，如室外、工廠等地方，靈敏度設定相對低一些可以減少因外界環(huán)境變化引起的誤報。而在一些比較穩(wěn)定或重要的場所，如銀行、博物館等地方，靈敏度設定相對高一些可以更及時地探測到可能的安全問題或異常情況。通過對靈敏度進行設定和調整，系統(tǒng)可以更好地適應不同的使用環(huán)境，減少誤報，提高安全性和可靠性。同時，用戶也可以根據(jù)自己的需要和實際情況進行靈敏度的調整，以滿足不同的使用要求[1]。利用智能化算法和實時數(shù)據(jù)分析，可以實現(xiàn)火災的早期預警和及時處理。在一些國家，更新和維護消防設備至關重要。政府會定期審查和更新相關法規(guī)，要求公共場所和建筑安裝消防設備，并進行定期檢查和維護。此外，政府還會組織培訓和指導，提高相關人員的技能和應急響應能力。這些國家非常重視消防設備和系統(tǒng)，并投入大量資金和資源提高其穩(wěn)定性和可靠性。同時，政府還加強對相關部門和機構的管理和監(jiān)督，確保消防設備和系統(tǒng)有效運行和使用。火災自動噴淋及報警設備進行實時監(jiān)控和遠程故障傳輸也是其中的一部分。例如，在美國、英國、日本等國家，建設和應用城市火災自動噴淋及報警監(jiān)控系統(tǒng)取得了成功。他們將自動噴淋及報警作為公共噴淋及報警手段接入監(jiān)控系統(tǒng)，多年來運行良好。消防中心可以根據(jù)火災發(fā)生的地點和類型，調度消防部隊迅速到達現(xiàn)場，自動噴淋及報警監(jiān)控系統(tǒng)在其中起到了重要作用。此外，這些國家在監(jiān)控系統(tǒng)管理方面也比較規(guī)范，成立專門的監(jiān)控服務機構，有效提高火災報警噴淋系統(tǒng)的效率和可靠性，更好地保護公眾的生命和財產安全。監(jiān)控服務機構的責任是確保系統(tǒng)正常運行，及時檢修和維護設備，以便在火災發(fā)生時能夠及時發(fā)出警報并啟動噴淋系統(tǒng)。消防部門負責對服務機構進行資質審查和監(jiān)管，確保其符合相關標準和規(guī)定，并定期進行檢查和評估，以確保服務機構的運作符合要求，并及時處理問題。通過這種方式，消防系統(tǒng)的運行效率和可靠性得到提升，同時也避免了潛在的安全風險和質量問題。因此，在現(xiàn)代社會中，建立一個完善的火災報警噴淋系統(tǒng)服務機構和消防部門之間的管理機制，已經成為保障公眾安全的一個重要措施[2]。近年來，中國的火災噴淋及報警裝置技術和市場迅速發(fā)展，逐漸形成了完整的產業(yè)鏈，主要由國內企業(yè)主導。同時，國家和地方政府對消防安全的重視程度不斷提高，加強了火災噴淋及報警控制系統(tǒng)的推廣和應用。國內的消防企業(yè)也在不斷提升產品質量和技術水平，逐漸具備了與國外同行競爭的實力。此外，中國還加大了對消防技術研究和創(chuàng)新的支持力度，推動消防技術與信息技術、物聯(lián)網等新興技術的深度融合。這進一步提升了火災噴淋及報警裝置的智能化、網絡化和自動化水平，提高了消防安全的預防和響應能力。第3章需求分析3.1火災自動報警系統(tǒng)的要求在本設計中，PLC被用作火災自動報警系統(tǒng)的核心控制器。它負責監(jiān)測和控制系統(tǒng)中各個元器件和設備的狀態(tài)。這些包括探測器檢測到的溫度以及手動報警按鈕是否被按下。當手動報警按鈕被按下時，PLC會立即啟動消防水泵、排煙風扇、通信模塊等設備，以進行緊急處理。如果沒有手動報警按鈕被按下，PLC會根據(jù)光纖光柵檢測器探測到的溫度是否達到或超過70℃來判斷是否需要啟動消防水泵進行噴水。如果溫度達到或超過70℃，PLC會啟動消防水泵，直到溫度降至50℃以下為止。如果在10分鐘內溫度仍未降至50℃以下，PLC會啟動通信模塊，通過電話網向消防部門報警（撥打119）。同時，消防水泵將繼續(xù)噴水，直到溫度降至50℃以下為止。這樣的設計可以確保在火災發(fā)生時能夠迅速響應，并采取有效措施控制火勢的蔓延。3.2火災自動報警系統(tǒng)工作過程步驟1：火災自動報警系統(tǒng)通過火災檢測器和傳感器來實時監(jiān)測環(huán)境中的火災跡象。這些檢測器可以包括煙霧探測器、熱敏探測器、火焰探測器等。當檢測器感知到煙霧、溫度升高或火焰存在時，會觸發(fā)報警信號發(fā)送到報警控制器；步驟2：火災自動報警系統(tǒng)通過火災檢測器和傳感器來實時監(jiān)測環(huán)境中的火災跡象。這些檢測器可以包括煙霧探測器、熱敏探測器、火焰探測器等。當檢測器感知到煙霧、溫度升高或火焰存在時，會觸發(fā)報警信號發(fā)送到報警控制器；步驟3：火災自動報警系統(tǒng)通過火災檢測器和傳感器來實時監(jiān)測環(huán)境中的火災跡象。這些檢測器可以包括煙霧探測器、熱敏探測器、火焰探測器等。當檢測器感知到煙霧、溫度升高或火焰存在時，會觸發(fā)報警信號發(fā)送到報警控制器。步驟4：在火災自動報警系統(tǒng)發(fā)出警報后，相關人員應立即進行應急響應。這包括啟動緊急疏散計劃、聯(lián)系消防部門、采取滅火措施等。同時，系統(tǒng)可以與其他消防設備進行聯(lián)動控制，如自動關閉防火門、啟動噴淋系統(tǒng)、關閉相關電路等，以最大程度地減小火災對人員和財產的危害；步驟5：重復以上步驟；3.3設計研究內容本研究的設計內容是基于可編程控制器（PLC）和觸摸屏組態(tài)技術，設計一個具有火災自動報警的消防動力系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括雙泵循環(huán)供水、超液位排水、火災智能探測和報警等功能，并通過智能聯(lián)動控制技術改善傳統(tǒng)工藝流程的控制系統(tǒng)。研究的重點包括PLC技術的研究、觸摸屏組態(tài)軟件的使用、火災監(jiān)控功能的實現(xiàn)、給排水和消防控制功能的實現(xiàn)以及智能聯(lián)動控制系統(tǒng)的組成。通過系統(tǒng)集成和調試，驗證系統(tǒng)的可行性和有效性，旨在提供更安全、可靠、智能化的火災控制與監(jiān)控解決方案。在設計過程中主要研究的內容和解決的問題有：1.可編程控制器(PLC)技術的研究2.觸摸屏組態(tài)組態(tài)軟件的使用3.觸摸屏組態(tài)的火災監(jiān)控功能的實現(xiàn)4.PLC完成給排水和消防的控制功能的實現(xiàn)5.智能聯(lián)動控制系統(tǒng)的組成6.系統(tǒng)集成和調試第4章控制系統(tǒng)整體設計4.1硬件設計4.1.1器件選型（1）控制器選擇本次設計需要使用傳感器對當前環(huán)境的煙霧濃度、液位含量等進行檢測，所以需要使用模擬量擴展模塊。PLC（可編程邏?輯控制?器）為控制系統(tǒng)的核心，負責采集所有輸入的信號、控制所有輸出單元、來實現(xiàn)恒壓功能以及與外部進行數(shù)據(jù)交換。在選擇PLC時，需要綜合考慮多個因素，包括指令執(zhí)行速度、指令的豐富程度、內存的存儲空間、通信接口和協(xié)議、擴展模塊的能力以及其編程軟件的易用性等。本論文根據(jù)實驗室現(xiàn)有資源的原則，選擇了西門子CPU型號為1500，自帶兩個RS?-485通信端口（0和1），同時還配備了高速計數(shù)模塊和PID模塊等功能。在PLC中，常用的模擬量拓展模塊是EM235，它提供了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。模塊的技術參數(shù)可以參考表4.1。EM235模擬量輸入輸出拓展模塊的接線方式如表4.1所示。通過選擇適合的PLC以及相應的模擬量拓展模塊（如EM235），可以同時滿足控制系統(tǒng)的需求，實現(xiàn)輸入信號采集、輸出控制、通信交互等多個功能。模擬量輸入特性模擬量輸入點數(shù)4輸入范圍電壓（單極性）0-1OV0-5V0-1V0-500111AO-lOOniA0-50niA電壓（雙極性）±10V ±5V±2.5V ±IV±500niA±250niA±lOOmV電流0?20mA數(shù)據(jù)字格式雙極性 全量程范圍-32000—+32000單極性 全量程范圍0-32000分辨率12位A/D轉換器模擬量輸出特性模擬量輸出點數(shù)1信號范圍電壓輸出±10V電流輸出0-20111A數(shù)據(jù)字格式電壓-32000—+32000電流0—32000表4.1EM235的常用技術參數(shù)根據(jù)表4.1中的信息,可以了解到拓展模塊的電源電壓為DC24V，其接線方式如下所示：輸入通道A:該通道為電壓輸入信號,直接將正極連接到端口A+，將負極連接到端口A-o。輸入通道B:該通道未連接輸入信號,因此需要將B+和B-短接。輸入通道C:該通道為0-20mA的電流輸入信號,由電流由端口C+流入,由端口C-流出。將端口RC和C+短接,并將電流輸入信號連接到端口C+。輸入通道D:該通道為4-20mA的電流輸入信號,電流由端口D+流入,由端口D?-流出。將端口RD和D+短接,并將電流輸入信號連接到端口D+,這里提供給通道D電流輸入的顯然為二線制變送器的輸出電流。輸出通道:電流輸出的出范圍為0-20mA,負載電阻端連接到端口10和MO;電壓輸出的?范圍為±10V,負載電阻端連接到端口VO和MO。在使用模擬量控制模塊時需要注意以下問題：應用的A/D轉換器的數(shù)字量位數(shù)為1?2位。相對于單極性模擬信號全量程的輸入，其對應的數(shù)字量輸出設定為?0-+32000（左移3位處理,取整為32000）。相對于雙極性的模擬信號全量程輸入，其相對應的數(shù)字量輸出設定為-32000—?+32000。如果輸入模塊為電壓輸入，則輸入的阻抗值為10MΩ；如果輸入模塊的為電流輸入，則輸入電阻為250Ω。模擬量的輸出模塊使用的是D/A轉換器，其輸入的數(shù)字量位數(shù)為12位。輸出的模擬量可以是電流范圍為0-20mA或著電壓范圍為0-10?V，其相對應的數(shù)字量分別為0-32000或-32000—+32000。模擬量端口的地址必須從偶數(shù)字節(jié)開始?。對于模擬量的輸入模塊,應按照模塊的先后順序來進行地址的分配。每個模塊占用固定的地址空間。輸入通道的地址為AIWO、AIW2、AIW4；輸出通道的地址為AQWO、AQW2、AQW4。由于每個模擬量拓展的模塊最少占用兩個通道的地址空間，因此使用多個拓展模塊時需要注意地址的分配利用。例如，對于EM235模塊只有一個輸出時，但占用的地址為AQW0和AQW2。因此,對應于第二個模塊的模擬量輸出地址應從AQW4開始尋址。（2）煙感器、液位傳感器本控制系統(tǒng)中用到煙霧濃度、液位高度的數(shù)據(jù)采集，故本章重點介紹這二種物理量采集的傳感器的選擇。（3）感煙器的選擇感煙式火災探測器中的離子感煙式探測器是最早的一種。它利用離子化原理來檢測煙霧，通過電場使煙霧離子化，并測量電離程度來檢測煙霧濃度的變化。光電感煙式探測器則使用光電轉換技術來檢測煙霧。當煙霧進入探測器后，煙霧顆粒吸收和散射光線，光電元件接收到這些光線并產生電信號，從而檢測到煙霧的存在。激光感煙式探測器則利用激光束與煙霧相互作用來檢測煙霧的存在，具有高精度和強抗干擾能力等優(yōu)點。不同類型的感煙式火災探測器各有優(yōu)缺點，需要根據(jù)實際情況選擇適合的類型。此外，安裝感煙式火災探測器時需要注意防止誤報警。要避免在與油煙、蒸汽等其他煙霧產生源相近的地方安裝，也要避免受到熱源、光源、震動等干擾。同時，不同類型的感煙式火災探測器適用于不同的場所，需要根據(jù)具體需求選擇合適的類型。在選擇感煙式火災探測器時，要考慮場所的特點、環(huán)境條件和預期的火災類型，以確保系統(tǒng)的可靠性和準確性。綜上所述，感煙式火災探測器是根據(jù)不同原理來檢測煙霧的設備，每種類型都有其優(yōu)點和適用場所。在安裝和選擇時，需要注意防止誤報警和根據(jù)具體需求選擇合適的類型，以提高火災檢測的準確性和可靠性。例如，離子感煙式探測器適用于易燃易爆場所，而光電感煙式探測器適用于辦公、居住場所等[3]。光電二極管型煙感探測器是一種常用的火災檢測設備，用于檢測環(huán)境中的煙霧跡象。它基于光學原理，通過光電二極管的敏感元件來感知煙霧的存在。光電二極管型煙感探測器通常由兩部分組成：發(fā)射器和接收器。發(fā)射器會發(fā)出一束穩(wěn)定且可見的光束，而接收器則接收并監(jiān)測光束是否受到煙霧的干擾。當煙霧進入探測器的探測室時，煙霧顆粒會散射光束，一部分光束會被接收器接收到。探測器內部的電路會檢測到這種光的變化，并將其作為煙霧的信號傳遞給報警系統(tǒng)。（4）液位傳感器的選擇首先，要考慮液體的性質和特點。不同液體具有不同的性質，如粘稠度、腐蝕性、溫度等。因此，選擇液位傳感器時需要確保其與目標液體兼容，并能正常工作。其次，需要考慮液位測量范圍。根據(jù)應用場景和需求，選擇合適的液位傳感器測量范圍，確保液位傳感器能夠準確測量液體的高度或容器內的液體體積。第三，要考慮傳感器的工作原理和類型。常見的液位傳感器包括浮子式傳感器、壓力傳感器、超聲波傳感器等。根據(jù)具體應用需求，選擇合適的傳感器類型，確保其能夠滿足測量精度和可靠性要求。另外，需考慮安裝和使用的便捷性。選擇易于安裝和維護的液位傳感器，以減少安裝成本和操作難度。最后，要考慮成本效益。在選擇液位傳感器時，需要綜合考慮性能、質量和價格之間的平衡，選擇性價比高的液位傳感器，以滿足實際需求并在預算范圍內。綜上所述，選擇液位傳感器時需要考慮液體性質、測量范圍、工作原理、安裝便捷性和成本效益等因素，以確保選擇到適合應用場景的可靠且精確的液位傳感器。4.1.2PLC簡介與工作原理可編程邏輯控制器（PLC）是一種廣泛應用于工業(yè)自動化控制的專用計算機控制系統(tǒng)。PLC通過輸入模塊接收外部信號，經過中央處理器（CPU）進行邏輯處理和控制算法，然后通過輸出模塊控制執(zhí)行器或驅動器，實現(xiàn)對自動化設備或系統(tǒng)的控制。其工作原理基于組合邏輯和時序控制，通過程序控制和狀態(tài)轉移實現(xiàn)對各種工業(yè)過程的監(jiān)測、控制和優(yōu)化。PLC具有可編程性、穩(wěn)定性和可靠性，可適應復雜的工業(yè)環(huán)境，實現(xiàn)高效、精確和可靠的自動化控制。這些指標為計算機數(shù)字控制技術的發(fā)展奠定了重要基礎，同時也推動了邏輯控制技術的快速發(fā)展。因此，為了克服繼電器控制的局限性，滿足生產需求的靈活性和效率，可編程控制器的問世成為工業(yè)控制領域的重要里程碑?？删幊炭刂破骶邆淞送ㄓ闷嚬咎岢龅闹笜艘螅峁┝丝删幊绦?、可靠性、模塊化、易維護性、可擴展性等優(yōu)勢，實現(xiàn)了工業(yè)控制的快速響應和靈活性調整，進一步推動了工業(yè)自動化技術的發(fā)展。其主要內容如下[4]；(1)可編程控制器具備了通用汽車公司提出的指標要求，提供了可編程性、可靠性、模塊化、易維護性、可擴展性等優(yōu)勢，實現(xiàn)了工業(yè)控制的快速響應和靈活性調整，進一步推動了工業(yè)自動化技術的發(fā)展。其主要內容如下。(2)PLC系統(tǒng)經過嚴格的設計和測試，具有高度可靠性，能夠穩(wěn)定運行在工業(yè)環(huán)境下，并提供故障檢測和自動恢復功能，確保系統(tǒng)的可靠性和連續(xù)性運行。(3)PLC系統(tǒng)采用模塊化設計，各個功能模塊相互獨立，便于故障診斷和維護，同時也支持系統(tǒng)的靈活擴展和升級。(4)PLC系統(tǒng)具備易于維護的特點，通過軟件和工具可以實現(xiàn)對程序的修改、調試和優(yōu)化，同時提供了對設備狀態(tài)和故障的實時監(jiān)測和報警功能，便于快速排除故障并進行維護。(5)PLC系統(tǒng)支持多種輸入輸出模塊的連接和擴展，可以根據(jù)需求增加或更換不同類型的傳感器、執(zhí)行器或其他控制設備，以滿足不同的應用場景和功能需求。PLC系統(tǒng)支持多種輸入輸出模塊的連接和擴展，可以根據(jù)需求增加或更換不同類型的傳感器、執(zhí)行器或其他控制設備，以滿足不同的應用場景和功能需求。PLC的基本工作如下：(1)輸入信號采集和處理：PLC通過輸入模塊采集外部傳感器、按鈕等設備發(fā)出的信號。這些信號經過濾波、放大和數(shù)字化處理，轉換成可供PLC內部處理的數(shù)字信號；(2)輸入信號采集和處理：PLC通過輸入模塊采集外部傳感器、按鈕等設備發(fā)出的信號。這些信號經過濾波、放大和數(shù)字化處理，轉換成可供PLC內部處理的數(shù)字信號；(3)輸出信號控制和執(zhí)行：PLC通過輸出模塊控制外部執(zhí)行器、繼電器、驅動器等設備。輸出模塊將PLC內部計算得到的控制信號轉換為適當?shù)碾妷骸㈦娏骰蛎}沖信號，驅動外部設備執(zhí)行相應的動作，如開關、啟動電機等。PLC采用基于周期性掃描的工作方式，在基于周期性掃描的工作方式下，PLC系統(tǒng)按照固定的時間間隔進行循環(huán)掃描，執(zhí)行一系列的操作，以完成對輸入信號的采集、邏輯控制的判斷和輸出信號的控制。PLC首先對輸入模塊進行掃描，讀取外部設備發(fā)送的輸入信號。這些輸入信號經過數(shù)字化和處理后，存儲在PLC的輸入寄存器中。一旦完成輸入掃描，PLC將根據(jù)預先編寫的控制程序開始邏輯控制和程序執(zhí)行。PLC的中央處理器（CPU）按照程序中的指令順序逐步執(zhí)行邏輯判斷、算法運算和控制操作。在程序執(zhí)行過程中，PLC會根據(jù)程序的指令和條件控制輸出模塊的狀態(tài)和操作。在輸出掃描階段，PLC將計算得到的控制信號轉換為適當?shù)妮敵鲂盘?，驅動外部?zhí)行器、繼電器、驅動器等設備。一旦完成輸出掃描，PLC會等待一段時間，稱為掃描周期（ScanCycle），以確保所有的操作和控制被完成。在這個等待階段，PLC可能會進行延時操作，等待外部設備的響應或執(zhí)行特定的時間延遲。完成等待和延時后，PLC系統(tǒng)將重新開始新的掃描周期，按照相同的順序和步驟再次進行輸入掃描、邏輯控制和程序執(zhí)行，循環(huán)往復。通過基于周期性掃描的工作方式，PLC能夠實現(xiàn)對輸入信號的持續(xù)監(jiān)測和控制，并根據(jù)控制程序的邏輯判斷和算法執(zhí)行實時的控制操作。這種循環(huán)掃描的工作方式使得PLC能夠高效、可靠地完成工業(yè)控制任務。4.1.3PLC樓宇消防控制的優(yōu)點S7-1500系列PLC采用先進的多核處理器和高速總線通信技術，具備出色的計算和處理能力。它能夠處理復雜的控制邏輯和算法，實現(xiàn)高速、高精度的數(shù)據(jù)處理和控制操作。S7-1500系列PLC具有模塊化的設計結構，支持靈活的擴展和配置。它提供豐富的數(shù)字和模擬輸入/輸出模塊、通信模塊、專用功能模塊等，可以根據(jù)實際需求進行定制和擴展，以滿足不同應用場景的要求。S7-1500系列PLC內置了強大的安全功能，包括安全輸入/輸出模塊、安全CPU、加密通信等。它具備可靠的故障檢測和自動恢復機制，能夠確保系統(tǒng)的安全性和連續(xù)性運行。S7-1500系列PLC支持多種通信接口和協(xié)議，如以太網、PROFINET、Modbus等，能夠與其他設備和系統(tǒng)實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)交換和遠程監(jiān)控。它還提供了Web服務器功能，可以通過網絡進行遠程訪問和監(jiān)控。S7-1500系列PLC配備了先進的編程軟件（如TIAPortal）和調試工具，提供直觀的編程界面和強大的調試功能，簡化了PLC的開發(fā)、調試和維護過程，提高了開發(fā)效率和質量?？傊?，西門子公司的SIEMENSS7-1500系列PLC以其高性能、靈活性、安全性和可靠性，以及先進的通信和編程工具，成為工業(yè)控制領域的領先產品。它廣泛應用于各個行業(yè)的自動化控制系統(tǒng)中，為用戶提供了強大的功能和可靠的控制解決方案。4.1.4火災自動報警硬件連接探測器及噴淋泵系統(tǒng)的結構圖如圖4.2圖4.2探測器及噴淋泵系統(tǒng)的結構圖主要組成部件有：1上水箱、2下水箱、3上水箱水位傳感器、4下水箱水位傳感器、5上水箱供水泵A、6上水箱供水泵B、7下水箱供水閥、8聲光報警器、9排煙風機、10煙感和溫感傳感器、11噴淋泵、12噴淋頭。(2)探測器及噴淋泵系統(tǒng)的有效運行有以下主要控制要求：當系統(tǒng)上電后，煙感報警器或者溫感報警器發(fā)出信號后，系統(tǒng)進入運行狀態(tài)。這些任務可以通過PLC編程來實現(xiàn)。具體的控制邏輯和程序可以根據(jù)實際的控制系統(tǒng)和設備進行編寫和調整，以下是一些大致的思路和建議：對于第一項任務，可以使用一個定時器來計時10秒，并在開啟噴淋泵時啟動定時器。同時需要安裝一個水流傳感器來檢測水流情況，如果在10秒內沒有檢測到水流信號，則關閉噴淋泵，并打開噴淋泵的工作故障燈，等待工作人員檢修。對于第二項任務，可以使用一個高溫傳感器來檢測火災情況，并在檢測到高溫信號時關閉排煙風機。需要注意的是，關閉排煙風機時需要考慮火災煙霧的影響，確保安全。對于第三項任務，可以使用一個水位傳感器來檢測上水箱水位，并在低水位時開啟噴淋泵進行補水。開啟噴淋泵時需要按照一定的規(guī)則來選擇A、B泵交替開啟。需要注意的是，在補水過程中需要不斷檢測補水管的水流情況，如果補水管在10秒內沒有水流感應，則判斷該水泵故障，并打開相應的故障指示燈，同時切換到另一個水泵，并重新開始計時。對于第四項任務，可以使用一個下水箱水位傳感器來檢測下水箱水位，并在低水位時開啟下水箱補水閥進行補水。在補水過程中需要不斷檢測下水箱補水管的水流情況，如果補水管在10秒內沒有水流感應，則判斷補水閥故障，并打開相應的故障指示燈。當下水箱水位達到高位時停止補水。需要注意的是，在編寫PLC程序時，需要考慮各個任務之間的優(yōu)先級和相關聯(lián)的控制邏輯，確保整個系統(tǒng)的正常運行和安全性。同時也需要根據(jù)實際情況進行調整和優(yōu)化，確保PLC程序的穩(wěn)定性和可靠性。以上四步為并行。當上水箱和下水箱的水位均為滿時按下復位按鈕，系統(tǒng)回到初始狀態(tài)。探測器及噴淋泵系統(tǒng)的SFC圖如圖4.3圖4.3探測器及噴淋泵系統(tǒng)的SFC圖表4.4PLC輸入/輸出配置表PLC輸入/輸出對應的控制量如下表所示IO口說明IO口說明I0.0系統(tǒng)啟動Q0.0注水泵啟動I0.1系統(tǒng)停止Q0.1泄水閥打開I0.2火焰檢測Q0.21#泵啟動I0.3泵1故障Q0.32#泵啟動I0.4泵2故障Q0.4噴淋閥開AIW0液位Q0.5火災自動報警AIW2壓力兩個水泵的連接圖如圖所示，兩個水泵如果有一個發(fā)生故障，另外一個就會投入使用，起到備用的作用，還有一個水泵是給消防系統(tǒng)進行供水的，保證在使用的過程中消防內的水壓更夠正確的達到設置的壓力。圖4.5水泵連接圖 PLC的整體硬件連接圖如圖4.6所示。圖4.6硬件連接圖4.2系統(tǒng)的軟件設計否否是是是否否是啟動消防水泵、排煙風扇、通信模塊與電話網119聯(lián)系T＜50℃，CO、CO2濃度＜K（指定值）繼續(xù)泵水、排煙T≥70℃啟動消防水泵消防電梯關閉返回程序首地址址T＜50℃返回程序首地址啟動通信模塊與電話網聯(lián)系119并且水泵繼續(xù)泵水。CO、CO2濃度＞K（指定值）返回程序首地址址返回程序首地址址CO、CO2濃度＜K（指定值）啟動排煙風扇若在10min之內T沒降到50℃以下，聯(lián)系電話網119手動報警開機自檢應急照明打開返回程序首地址址應急照明打開圖4.7系統(tǒng)的軟件程序流程圖4.2.1STEP7編程軟件4.2.2STEP7介紹STEP7是西門子公司開發(fā)的一套集成工程軟件平臺，專用于工業(yè)自動化領域。作為西門子PLC編程和配置的核心工具，STEP7提供了直觀的編程環(huán)境、靈活的PLC配置和參數(shù)設置、豐富的調試工具以及圖形化的HMI組態(tài)功能。通過STEP7，用戶可以進行PLC程序的開發(fā)、調試和優(yōu)化，實現(xiàn)對PLC控制系統(tǒng)的全面管理。此外，STEP7還支持各種通信接口和網絡集成，方便與其他設備和系統(tǒng)進行高效的數(shù)據(jù)交換和遠程監(jiān)控?？偟膩碚f，STEP7是一套功能強大、易于使用的工程軟件，為用戶提供了完整的工具和功能，幫助實現(xiàn)高效、可靠的工業(yè)自動化控制。4.2.3STEP7編程的各個步驟1.創(chuàng)建項目：在STEP7中，首先需要創(chuàng)建一個新項目。項目是用于組織和管理PLC編程和配置的文件夾。2.配置PLC：在項目中，配置PLC的硬件設置，包括選擇PLC型號、添加和映射輸入/輸出模塊、設置通信參數(shù)等。3.設置通信參數(shù)：配置PLC與其他設備和系統(tǒng)之間的通信接口和參數(shù)，確保數(shù)據(jù)交換和遠程監(jiān)控的正常運行。4.編寫程序：選擇合適的編程語言（如梯形圖、指令列表、功能塊圖等），根據(jù)控制要求編寫PLC的控制邏輯和算法。5.定義數(shù)據(jù)塊：定義輸入/輸出數(shù)據(jù)、中間變量和標志位等數(shù)據(jù)塊，用于在程序中存儲和操作數(shù)據(jù)。6.聯(lián)機連接：將計算機與PLC進行聯(lián)機連接，確?？梢耘c實際硬件進行通信。7.下載程序：將編寫好的程序下載到PLC中，使其可以在實際設備上運行。8.在線監(jiān)視：通過STEP7提供的工具，在線監(jiān)視PLC的運行狀態(tài)、輸入/輸出信號和數(shù)據(jù)值，以及程序的執(zhí)行過程。9.斷點調試：設置斷點，暫停程序執(zhí)行，以便逐步調試和分析程序的運行情況。10.單步執(zhí)行：以單步模式逐條執(zhí)行程序，觀察每一步的結果和變化，以驗證程序的正確性。11.數(shù)據(jù)跟蹤：跟蹤特定數(shù)據(jù)的變化和傳遞路徑，以便調試和優(yōu)化程序的運行。12.組態(tài)設計：使用STEP7的組態(tài)軟件，創(chuàng)建人機界面（HMI）來顯示PLC的狀態(tài)、參數(shù)和操作界面。13.組態(tài)設計：使用STEP7的組態(tài)軟件，創(chuàng)建人機界面（HMI）來顯示PLC的狀態(tài)、參數(shù)和操作界面。14.網絡配置：配置PLC與其他設備和系統(tǒng)之間的網絡連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和遠程訪問。15.備份和版本控制：定期備份PLC程序和配置文件，以防止數(shù)據(jù)丟失，并使用版本控制工具管理程序的更新和修改。4.2.4STEP7軟件編程新組建的消防工程的結果圖為：圖4.8硬件組態(tài)圖4.2.5控制系統(tǒng)的PLC模塊在STEP中的選擇圖4.9在STEP7中編寫4.3控制主程序根據(jù)控制程序流程圖，編寫的控制程序圖如下：圖4.10系統(tǒng)的控制部分程序第五章系統(tǒng)測試5.1仿真測試觸摸屏組態(tài)是指利用觸摸屏進行自動化系統(tǒng)配置和控制的過程。觸摸屏組態(tài)6.0x系列版本是較早的版本，而6.5版本在此基礎上進行了改進和升級。經過與數(shù)千家用戶的需求交流和使用經驗咨詢，觸摸屏組態(tài)6.5版本在使用便捷性、功能豐富性、卓越性能、軟件穩(wěn)定性和可靠性等方面都得到了提升。觸摸屏組態(tài)6.5版本的開發(fā)采用了先進的軟件開發(fā)模式和流程，歷時一年多由十多位經驗豐富的軟件開發(fā)工程師進行開發(fā)，并經過四十多位試用用戶的實際現(xiàn)場測試和驗證。因此，觸摸屏組態(tài)6.5版本的軟件質量更加可靠，讓用戶可以信賴。該版本的改進使用戶能夠更輕松地進行系統(tǒng)配置和控制，同時提供了更強大的功能。它具有出色的性能表現(xiàn)，軟件穩(wěn)定性高，可以保證長時間穩(wěn)定運行。用戶可以放心依賴觸摸屏組態(tài)6.5版本，因為它已經通過了廣泛的實際應用驗證，并得到了用戶的積極反饋。亞控科技將用戶利益放在首位，秉承著"以客為尊、務實創(chuàng)新、勤奮正值、協(xié)作成長"的經營理念，為用戶提供專業(yè)的自動化軟件服務[13]。仿真測試是在軟件環(huán)境下對PLC程序進行虛擬的測試和驗證過程。它通過模擬實際的控制環(huán)境和輸入信號，以驗證PLC程序的正確性、穩(wěn)定性和性能。在仿真測試中，使用仿真工具或虛擬環(huán)境來模擬各種輸入信號和外部設備的操作，觀察程序的響應和輸出結果。通過仿真測試，可以在實際部署和運行之前發(fā)現(xiàn)和解決潛在的問題，提高程序的質量和可靠性。同時，仿真測試還可以幫助優(yōu)化程序的性能、調整控制策略，以滿足實際需求?？偟膩碚f，仿真測試是PLC開發(fā)過程中的重要環(huán)節(jié)，它能夠減少成本和風險，提高系統(tǒng)的可靠性和效率。5.1.1新建一個工程項目圖5.1觸摸屏組態(tài)軟件新建項目圖圖5.2觸摸屏組態(tài)軟件中新建畫面5.1.2選擇PLCS7-1500圖5.3通信設置過程圖圖5.4通信設置過程續(xù)圖5.1.3組態(tài)界面組態(tài)界面是用于顯示和操作工業(yè)自動化系統(tǒng)的人機界面（HMI）。它是通過圖形化的方式呈現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)、參數(shù)和操作控制，提供直觀、易于理解的界面給操作員和工程師使用。組態(tài)界面通常具有圖表、指示燈、按鈕、輸入框等元素，以及動態(tài)數(shù)據(jù)展示和報警提示功能。通過組態(tài)界面，操作員可以監(jiān)視設備和系統(tǒng)的運行狀態(tài)、讀取實時數(shù)據(jù)、調整參數(shù)設置，并進行手動或自動控制操作。同時，組態(tài)界面還提供了報表生成、數(shù)據(jù)記錄、遠程訪問等功能，方便對系統(tǒng)進行管理、分析和故障診斷。總的來說，組態(tài)界面提供了直觀、可操作的界面，促進了人機交互，提高了工業(yè)自動化系統(tǒng)的效率和安全性。通過這樣的方式，火災自動報警動力系統(tǒng)能夠及時、準確地檢測到火災，并采取有效的措施進行處理，從而保護建筑物和人員的安全?；馂淖詣訄缶瘎恿ο到y(tǒng)的設計保證了在火災發(fā)生時能夠快速、可靠地做出響應，采取適當?shù)拇胧﹣砜刂苹饎?，并有效地保護建筑物和人員的安全。圖5.5組態(tài)界面完成主界面設計之后，進行仿真，仿真中各個功能的實現(xiàn)均是通過開關控制，開關的功能可以進行單獨控制。圖5.6開關配置5.2系統(tǒng)整體測試(1)功能測試：系統(tǒng)整體測試首先對系統(tǒng)的各項功能進行測試。測試團隊將按照設計要求和功能規(guī)范，逐一驗證系統(tǒng)的各項功能是否正常工作，例如雙泵循環(huán)供水、超液位排水、火災自動報警和智能探測等功能。通過模擬各種場景和輸入條件，檢查系統(tǒng)在不同情況下的響應和控制是否符合預期。(2)性能測試：性能測試旨在評估系統(tǒng)在實際工作負載下的性能表現(xiàn)。測試團隊將模擬實際運行環(huán)境，對系統(tǒng)進行負載測試，檢查系統(tǒng)的響應時間、吞吐量、并發(fā)處理能力等性能指標。通過性能測試，確保系統(tǒng)能夠滿足預期的工作要求，并具備足夠的性能儲備。(3)穩(wěn)定性測試：穩(wěn)定性測試是為了驗證系統(tǒng)在持續(xù)運行和長時間使用時的穩(wěn)定性和可靠性。通過長時間運行系統(tǒng)，觀察系統(tǒng)的穩(wěn)定性、內存管理、資源利用率等方面的表現(xiàn)。穩(wěn)定性測試還包括對系統(tǒng)的故障恢復能力的驗證，例如模擬斷電、網絡故障等情況下，系統(tǒng)是否能夠正確恢復并保持正常運行。(4)兼容性測試：兼容性測試用于驗證系統(tǒng)與其他設備和軟件的兼容性。測試團隊將驗證系統(tǒng)與各種通信協(xié)議、硬件設備和第三方軟件的集成情況，確保系統(tǒng)在與其他組件進行交互時正常運行，數(shù)據(jù)傳輸準確無誤。(5)安全測試：安全測試是為了評估系統(tǒng)的安全性和防護能力。測試團隊將模擬各種安全威脅和攻擊場景，檢查系統(tǒng)的安全策略、身份驗證、數(shù)據(jù)加密和防護措施等。確保系統(tǒng)在面對潛在的安全威脅時能夠提供足夠的保護和防范。(6)用戶驗收測試：用戶驗收測試是與最終用戶進行合作，驗證系統(tǒng)是否符合用戶的需求和期望。通過用戶參與的測試活動，收集用戶反饋和意見，檢查系統(tǒng)是否滿足用戶的功能、易用性和用戶體驗要求。根據(jù)用戶的反饋，進行必要的調整和改進，確保系統(tǒng)能夠得到用戶的認可和接受。第6章總結與展望6.1總結本文介紹了一種樓宇消防系統(tǒng)，采用智能聯(lián)動控制系統(tǒng)實現(xiàn)。該系統(tǒng)包括煙霧探測器或溫度探測器、警鈴、火災自動報警泵、供水水箱、消防管道、水流指示器、壓力表、延遲器、噴淋頭、水位探測器、濕式報警閥等組件。相較于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有多項優(yōu)勢。首先，在火災初期能夠自動啟動，無需人工干預，實現(xiàn)了自動化控制。其次，系統(tǒng)設計相對簡單且實用性強。值得特別注意的是，該系統(tǒng)采用PLC作為核心控制器，取得了良好的實際效果，并具有高度的可靠性、靈活性和經濟適用性。這種系統(tǒng)的應用為樓宇消防系統(tǒng)的控制提供了一種簡單有效且成本低廉的解決方案。6.2展望隨著智能