基于PLC 和組態(tài)王的自動消防控制系統(tǒng)

鄒 磊 吳金龍 葉冠龍 余昊洋 甄 研

（吉林建筑大學(xué)，吉林 長春130118）

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 系統(tǒng)設(shè)計要點(diǎn)

本套自動消防系統(tǒng)地設(shè)計要求能精準(zhǔn)探測并及時控制火情。系統(tǒng)能在火災(zāi)發(fā)生的最期，及時精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)并抑制火情蔓延（若火情不大可以直接撲滅），并及時通知火警進(jìn)行滅火。消防聯(lián)動控制系統(tǒng)的控制模式包括自動控制模式、手動控制模式以及應(yīng)急救援控制模式[1]。本套自動消防控制系統(tǒng)的設(shè)計主要有如下幾個要點(diǎn):

（1）在消防區(qū)域內(nèi)設(shè)置視頻消防監(jiān)控系統(tǒng)。保證在整個區(qū)域，可以24 小時無死角的視頻監(jiān)控。所有的視頻信息以及系統(tǒng)所采集的其他信息都要匯總到消防總控室。在消防總控室內(nèi)，安排消防工作人員24 小時值班，以確保在火災(zāi)發(fā)生的時能及時發(fā)現(xiàn)并采取措施，減少損失。（2）構(gòu)建火災(zāi)檢測系統(tǒng)。安裝火災(zāi)探測器的不同檢測單元，包括溫感、煙感、光電、可燃?xì)怏w以及其他復(fù)合式檢測單元。安裝可燃?xì)怏w檢測裝置，并在每個區(qū)域都設(shè)置感溫報警設(shè)備。當(dāng)溫度與日常數(shù)據(jù)相差較多時，觸發(fā)報警系統(tǒng)和滅火系統(tǒng)，報警的數(shù)字信號通過感溫電纜傳達(dá)到總控室。消防工作人員接收到報警信號之后，立刻通過消防視頻監(jiān)控對火災(zāi)進(jìn)行確認(rèn)，并通知滅火人員滅火。（3）消防控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)滅火設(shè)備的遠(yuǎn)程聯(lián)動自動控制。消防控制系統(tǒng)能根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，滿足自動手動消防救災(zāi)、自動消防和遠(yuǎn)程消防需求。該系統(tǒng)配備有充足噴水槍、泡沫泵、消防閥等滅火設(shè)備，可以遠(yuǎn)程啟動控制，使本系統(tǒng)可以根據(jù)火情及時地做出正確的反應(yīng)。（4）系統(tǒng)配有數(shù)據(jù)顯示設(shè)備，能直觀顯示實(shí)時數(shù)據(jù)。用組態(tài)王軟件可以模擬各種情況、閥等實(shí)際的狀況，在上位機(jī)上直觀地顯示消防系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以PLC 為消防自動控制的核心，電動閥門和消防泵等為主要被控設(shè)備，以及裝配了基于組態(tài)王的消防控制軟件的PC 上位機(jī)的可視化設(shè)備，搭建成一套完整的消防自動控制可視化系統(tǒng)。

1.2 硬件配置

主控：采用西門子S7-200 PLC 作為系統(tǒng)的自動控制核心。其主要特點(diǎn)是系統(tǒng)可靠性高、可擴(kuò)展性好、靈活性好、編程容易、使用方便。由德國西門子公司開發(fā)生產(chǎn)的S7-200，因其眾多的優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制的各個領(lǐng)域[2]。目前，它在我國工業(yè)中得到了廣泛地應(yīng)用，如冶金、化工、印刷及生產(chǎn)線等。

CPU:S7-200（CPU314C）

開關(guān)量輸入（DI）模塊:24 路

開關(guān)量輸出（DO）模塊:l6 路

擴(kuò)展模塊SM327CN（16DI/16DO）EHT-MPI 轉(zhuǎn)換器

火災(zāi)探測器，感溫火災(zāi)探測器，感煙火災(zāi)探測器，火災(zāi)聲光報警器，可燃?xì)馓綔y器，自動滅火水炮等。

報警蜂鳴器，開關(guān)，按鈕等。

1.3 自動控制消防工藝流程

消防滅火功能包括自動泡沫和水的噴淋功能，同時配備備用泡沫和水的自動噴淋系統(tǒng)。如果在流程中遇到泵和閥出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會自動切換到備用泡沫泵和閥。如在火災(zāi)現(xiàn)場的報警信號響起的時候，在自動噴淋的模式下，按下緊急啟動，再當(dāng)按下自動泡沫1 噴淋的時候，泵3 會最先按下緊急啟動，延時較長長一段時間后，閥3、閥6、閥7 啟動，實(shí)現(xiàn)自動泡沫噴淋的效果。噴淋模式的方法是，在按下泡沫噴淋1 按鈕后，泵1 先按下緊急啟動，之后延時較長一段時間再手動打開流程中的閥1、閥8來從而實(shí)現(xiàn)自動泡沫噴淋的報警效果，當(dāng)報警信號解除后，手動按下報警復(fù)位的按鈕進(jìn)行報警即可。若此時泵2 和閥3 這條備用支路出現(xiàn)故障（稱為泵3 或閥3），閥故障報警指示燈就會顯示常亮并報警，當(dāng)再次按下自動泡沫噴淋后，PLC 會自動將報警切換到泵4 這條備用支路模式上來，從而達(dá)到自動泡沫噴淋系統(tǒng)復(fù)位的目的。

自動控制消防工藝流程

1.4 控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向

該控制系統(tǒng)以西門子PLC 為控制核心，輸入量包括模擬量和輸入開關(guān)量。對于模擬量，有空氣濕度、空氣壓力、火焰溫度等。對于開關(guān)量，有通氣閥門狀態(tài)、水泵運(yùn)行狀態(tài)、手動輸出報警的信息以及用于控制儀表終端的自動報警按鈕等。模擬量輸入探測器采集的數(shù)字信息，模擬量輸入的需要與控制設(shè)備的日常數(shù)據(jù)對比，從而將模擬量與開關(guān)量的轉(zhuǎn)換[3]。根據(jù)模擬量輸入的數(shù)據(jù)和控制器轉(zhuǎn)換的模擬量，遠(yuǎn)程確定輸出設(shè)備的開關(guān)量，然后自動控制泵、閥門等輸出設(shè)備并發(fā)出報警信號。另外，消防救火人員可以根據(jù)滅火救援需要手動控制輸出的開關(guān)量。

2 軟件設(shè)計

系統(tǒng)組態(tài)界面是基于Kingview 6.55 為上位機(jī)開發(fā)和設(shè)計的。上位機(jī)的系統(tǒng)利用組態(tài)王的軟件，模擬了各種消防設(shè)備以及其輸入的信號?；诮M態(tài)王軟件設(shè)計上位機(jī)系統(tǒng)可以通過RS485 總線與組態(tài)王PLC 進(jìn)行交互[4]。PLC 上所有的數(shù)據(jù)可以實(shí)時傳輸并連接到上位機(jī)的系統(tǒng)組態(tài)王歷史庫表中，實(shí)時顯示記錄所有消防設(shè)備的信息。通過組態(tài)王歷史庫，可以實(shí)時查詢溫度、壓力、光信號模擬量等數(shù)據(jù)的相關(guān)組態(tài)歷史信息。同時，用戶可以通過PLC 實(shí)現(xiàn)在上位機(jī)主機(jī)實(shí)時控制所有的消防設(shè)備，進(jìn)而完成相關(guān)設(shè)備的遠(yuǎn)程自動化控制[5]。

3 結(jié)論

消防自動控制是生活的一部分，它在保障生命安全和減少財產(chǎn)損失等方面發(fā)揮著重要的作用。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的物質(zhì)需求在不斷提高，也越來越全面，家用電器設(shè)備的數(shù)量和負(fù)荷都在不斷增大，導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)的安全隱患也越來越多，家庭火災(zāi)發(fā)生得可能更大。為了在火災(zāi)發(fā)生初期就將其撲滅，就需要功能更加強(qiáng)大的、更加完善的自動的消防控制系統(tǒng)。

本次項目設(shè)計的可視化的自動消防控制系統(tǒng)，能夠很好地實(shí)現(xiàn)消防設(shè)備自動和聯(lián)動控制，并包含了自動滅火模式、手動控制模式和上位機(jī)可視化的遠(yuǎn)程自動控制模式。提高了滅火的靈活性，準(zhǔn)確性。同時，我們設(shè)計了上位機(jī)的組態(tài)控制軟件，組態(tài)控制軟件直觀地模擬了消防控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，消防滅火人員可直接觀察并控制各種消防設(shè)施（水噴淋滅火控制系統(tǒng)、泡沫消防滅火控制系統(tǒng)、泵、閥等）。本消防控制系統(tǒng)方便了消防人員的操作，減少了發(fā)生火災(zāi)時滅火系統(tǒng)的啟動和反應(yīng)時間，使消防人員能在最短的時間內(nèi)，準(zhǔn)確找到起火點(diǎn)并進(jìn)行及時有效的滅火行動。