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1、昆明冶金高等专科学校毕业设计（论文）PLC火灾自动报警系统 班 级 机电1123班 专 业 机电一体化 所 在 系 电气学院 指导老师 完成时间2013年12月9日至2014年1月4日 目录 概述 关键词 1PLC的简介1.1PLC的特点1.2PLC的基本结构1.3PLC的工作原理 1.4 PLC的发展及应用 1.5本章小结 2火灾自动报警系统简介 2.1火灾自动报警系统的基本组成 2.2火灾自动报警系统概述 2.3火灾自动报警系统设计要求 2.4火灾自动报警系统设计规范 2.5火灾自动报警系统常见问题及注意事项 2.6火灾探测器 2.7火灾探测器的分类 2.8本章小结 3系统的设置 3.1区
2、域报警控制系统 3.2集中报警控制系统 3.3控制中心报警系统 3.4本章小结 4PLC火灾自动报警系统设计 4.1建筑状况 4.2防火分区的划分 4.3探测区域和报警区域的划分 4.4火灾探测器的选择、布置和计算 4.5PLC的选用 5教学楼PLC控制系统的设计 5.1系统的硬件设计 5.2系统简介 5.3I/O分配 5.4PLC外部接线 5.5系统控制图 5.6灭火系统的水箱结构 5.7PLC的选择 6系统的软件设计 6.1程序图 6.2程序编制 6.3PLC程序说明 7系统的管理与维护 7.1消防管理制度 7.2消防维护制度 7.3火灾自动报警系统的维护 7.4系统的灭火系统的维护 8
3、总结 参考文献 概述 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警装置。1847年，牙科医生Channing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。 1984年，英国爱丁堡大学庄斯戴尔出版了专著火灾动力学，第一次对火灾科学的理论体系进行了系统的阐述，这便是现代高层消防报警系统的前身。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，该系统的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
4、理，判断是否发生火灾。 我国的消防技术的研究起步于1956年，从1980年开始了消防报警系统设备的研究，经过了三十几年的发展，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。由于我国消防报警设备起步较晚，技术一直落后于国外,而且资金缺乏，国内生产消防报警设备的工厂、公司缺乏先进的火焰燃烧实验室，使得对火灾从初期阴燃到明火燃烧的数学模型及不同物质燃烧的状态、机理研究甚少，从而只能走“引进国产化一仿制自行开发”的道路，故在进入九十年代后各厂家纷纷以引进技术或合资等形式来提高自己的竞争能力。 本设计是针对教学楼的火灾自动报警系统，该系统主要由检测子系统、中央控制器、报警系统和灭火系统四个部分组
5、成。能够及时发现火灾且报警，为管理人员提供准确的火灾时间，减少了火灾带来的损失。 关键词：PLC 火灾 自动报警系统 1.PLC简介1.1 PLC的产生 早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。可编程控制器是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。 1968年年美国通用汽车公司公司，为适应汽车型号的不断翻新，试图寻找一种新型的工业控制器。 1969年美国数字设备公司(DEC)研
6、制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视，为了使其生产和发展标准化。美国电气制造商协会NEMA(NationalElectricalManufactoryAssociation)经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC(ProgrammableController),以后国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿、第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算
7、、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。” 综上而言：PLC是一种直接应用于工业环境的数字电子装置，是以微处理器为基础，结合计算机基础、自动控制技术和通信技术，用面向控制过程、面向用户“自然语言”编程，是一种简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。1.2 PLC的基本结构 PLC的型号、规格繁多。它主要由中央处理单元CPU、存储器、输入、输出等部分组成： (1)中央处理器CPU (2)存储器PLC的存储器用来存放程序和数据
8、，程序分系统程序和用户程序：系统程序存储器，该存储器存放系统程序(系统软件)。系统程序是PLC研制者所编的程序，它是决定性能的关键。系统程序包括监控程序、解释程序、故障自诊断程序、标准子程序库及其他各种管理程序等。系统程序由制造厂家提供，一般都固化在ROM或EPROM中，用户不能直接存取。系统程序用来管理、协调PLC各部分的工作，翻译、解释用户程序，进行故障诊断等。 用户程序存储器该存储器存放用户程序(应用软件)。用户程序是用户为解决实际问题并根据PIC的指令系统而编制的程序，它通过编程器输入，经CPU存放入用户存储器。为便于程序的调试、修改、扩充、完善，该存储器使用RAM。 变量(数据)存储
9、器变量存储器存放PLC的内部逻辑变量，如内部继电器、FO寄存器、定时器/计数器中逻辑变脸的现行值等，这些现行值在CPU进行逻辑运算时需随时读出、更新有关内容，所以，变量存储器也采用RAM。现今用户程序存储器和变量存储器常采用低功耗的CMOSRAM及锂电池供电的掉电保持技术，以提高运行可靠性。通常PLC产品资料中所指的内存储器容量，是指用户程序存储器而言，且以字(6位/字)为单位来表示存储器的容量。 (3)输入输出接口(简称I/O)输入输出接口是CPU与工业现场装置之问的连接部分，是PLC的重要组成部分。与微机的I/O接口工作于弱电的情况不同，PLC的I/O接口是按强电要求设计的，即其输入接口可
10、以接受强电信号，其输出接口可以直接和强电设备相连接。对于小型PLC，厂家通常将I/O部分就装在PLC的本体部分，而对于中、大型PLC，各厂家通常都将I/O部分做成可供选取、扩充的模块组件，用户可根据自己的需要选取不同功能，不同点数的组件来组成自己的控制系统。为便于检查，每个I/O点都接有指示灯，某点接通时，相应的指示灯发光指示。用户可以方便地检查各点的通断状态。 输入接口输入接口的功能是采集现场各种开关接点的状态信号，并将其转换成标准的逻辑电平，送给CPU处理一般的输入信号多为开关量信号，各种开关量输入接口的基本结构大同小异，常有直流和交流开关量输入接口电路两种。交流开关量输入接口电路与直流开
11、关量输入接口电路的主要区别是，前者要由现场提供交流电流，输入的交流信号经整流后得到直流，再去驱动光电耦合器。在机械设备中，除开关量外，还常遇到一些模拟量如温度、压力、位移和速度等。对这些模拟量进行采集时，必须经模数转换器(ACD)将模拟量转换成数字量，才能为PLC的CPU所接受。 输出接口为适应不同的负载，输出接口有多种方式。常用的有晶体管输出方式、晶闸管输出方式和继电器输出方式。晶体管输出方式用于直流负载；双向晶闸管输出方式用交流负载，继电器输出方式可用于直流负载，也可用于交流负载。一些PLC还具有模拟输出接口，用于需要摸拟信号驱动的负载。 (4)编程器 编程器是PLC中一种主要的外部设备，
12、它是开发、维护PLC拧制系统的必备设备。编程器用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视，还可以通过其键盘去调用与显示PLC的一些内部状态和系统参数。它通过通信端口与CPU联系，完成人机对话连接。编程器上有供编程用的各种功能键和显示灯，以及编程、监控转换丌关。编程器的键盘采用梯形图语言键符，也可以采用软件指定的功能键符，通过屏幕对话方式进行编程编程器有便携式和CRT智能式两大类，前者只能联机编程，而后者既可联机编程，又可脱机编程。便携式编程器体积小，重量轻，可随身携带，便于在生产现场使用。一般的小型PLC主要采用便携式编程器。编程器是专用的，不同型号的PLC都有自己专用的编程器，不能通用。PL
13、C正常工作时，不一定需要编程器。因此，多台同型号的PLC可以只配一个编程器。 (5)其他设备：PLC的外部设备还有外存储器、人机接口装置等。 1.3PLC的工作原理 PLC也是由硬件和软件两大部分组成的。在软件的控制下，PLC才能正常地工作。软件分为系统软件和应用软件两部分。 PLC的基本工作如下： (1)输入现场信息：在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点的状态； (2)执行程序：顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算； (3)输出控制信号：根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。上述过程执行完后，又重新开始，反复
14、地执行。每执行一遍所需的时间称为扫描周期。PLC的扫描周期通常为几十毫秒。 为了提高工作的可靠性，及时接收外来的控制命令，PLC在每次扫描期间，除完成上述三步操作外，通常还要进行故障自诊断，完成与编程器等的通信。每次扫描开始，先执行一次自诊断程序，对各输入输出点、存储器和CPU等进行诊断，诊断的方法通常是测试出各部分的当前状态，并与正常的标准状念进行比较，若两者一致，说明各部分工作正常，若不一致则认为有故障。此时，PLC立即启动关机程序，保留现行工作状态，并关断所有输出点，然后停机。 诊断结束后，如没发现故障，PLC将继续往下扫描，检查是否有编程器等的通信请求。如果有则进行相应的处理，比如，接
15、受编程器发来的命令，把要显示的状态数据、出错信息送给编程器显示等。处理完通信后，PLC继续往下扫描，输入现场信息，顺序执行用户程序，输出控制信号，完成一个扫描周期。然后又从自诊断开始，进行第二轮扫描。PLC就这样不断反复循环，实现对机器的连续控制，直到接收到停机命令，或因停电、出现故障等才停止工作。1.4PLC的特点及应用 PLC能如此迅速发展的原因是由于它具有通用计算机所不及的一些下列特点：可靠性：PLC不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少。与此同时，系统的维修简单、维修时间缩短，因此可靠性得到提高，PLC有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点，因此对操作
16、和维修人员的技能要求降低，容易学习和掌握，不容易发生操作的失误，可靠性高。易操作性：操作方便，编程方便，维修方便。 灵活性：编程的灵活性，扩展的灵活性。 PLC的应用：目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 （1）开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 （2）模拟量控制（ 在工业生产过程当中，有许
17、多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。 （3）运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合.1.5本章小结 本章主要讲了PLC的产生和简介，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的工作原理及其应用。2.火灾自动报警系统简介 2.1火灾自动报警系统基本组成火灾自动报警系统是由触发器件、火灾报警装置
18、、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。2.2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发展目前可分为三个阶段: (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
19、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。2.3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
20、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:，火灾自动报警系统的组成结构及功能关系的结构示意图如图1：2.4火灾自动报
21、警系统设计规范 (1)火灾应急广播 控制中心报警系统应设置火灾应急广播，集中报警系统也应该设置火灾应急广播。 火灾应急广播扬声器的设置，应符合下列要求： 民用建筑内扬声器应设置在走道和大厅等公共场所。每个扬声器的额定功率不应小于3W，其数量应能保证从一个防火分区内的任何部位到最近一个扬声器的距离不大于25m。走道内最后一个扬声器至走道末端的距离不应大于12.5m。 在环境噪声大于60dB的场所设置的扬声器，在其播放范围内最远点的播放声压级应高于背景噪声15dB。 (2)火灾报警装置 未设置火灾应急广播的火灾自动报警系统，应设置火灾警报装置。 每个防火分区至少应设一个火灾警报装置，其位置宜设在各
22、楼层走道靠近楼梯出口处。警报装置宜采用手动或自动控制方式。 (3)消防专用电话 消防专用电话网络应为独立的消防通信系统。 消防控制室应设置消防专用电话总机，且宜选择共电式电话总机或对讲通信电话设备。 电话分机的设置，应符合下列要求： 消防水泵房、备用发电机房、配变电室、主要通风和空调机房、排烟机房、消防电梯机房及其他与消防联动控制有关的且经常有人值班的机房。 特级保护对象的各避难层应每隔20m设置一个消防专用电话分机。 消防控制室、消防值班室或企业消防站等处，应设置可直接报警的外线电话。 (4)消防联动控制 消防控制设备应由下列部分或全部控制装置组成；火灾报警控制器、自动灭火系统的控制装置、室
23、内消火栓系统的控制装置、防烟、排烟系统及空调通风系统的控制装置、火灾应急广播的控制装置、火灾警报装置的控制装置。 (5)消防控制室 消防控制室的门应向疏散方向开启，且入口处应设置明显的标志；消防控制室的送、回风管在其穿墙处应设防火阀；消防控制室内严禁与其无关的电气线路及管路穿过；消防控制室周围不应布置电磁场干扰较强及其他影响消防控制设备工作的设备用房。 (6)消防控制室内设备的布置应符合下列要求： 设备面盘前的操作距离：在值班人员经常工作的一面，设备面盘至墙的距离不应小于3m，设备面盘后的维修距离不宜小于1m；集中火灾报警控制器或火灾报警控制器安装在墙上时，其底边距地面高度宜为1.31.5m，
24、其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。2.5 常见问题系统容易出现的问题、产生的原因、简单的处理方法（1）探测器误报警，探测器故障报警。原因：探测器灵敏度选择不合理，环境湿度过大，风速过大，粉尘过大，机械震动，探测器使用时间过长，器件参数下降等。处理方法：根据安装环境选择适当的灵敏度的探测器，安装时应避开风口及风速较大的通道，定期检查，根据情况清洗和更换探测器。（2）手动按钮误报警，手动按钮故障报警。原因：按钮使用时间过长，参数下降，或按钮人为损坏。处理方法：定期检查，损坏的及时更换，以免影响系统运行。（3）报警控制器故障。原因：机械本身器件损坏报故障或外接探测器
25、、手动按钮问题引起报警控制器报故障、报火警。处理方法：用表或自身诊断程序判断检查机器本身，排除故障，或按（1）（2）处理方法，检查故障是否由外界引起。（4）线路故障。原因：绝缘层损坏，接头松动，环境湿度过大，造成绝缘下降。处理方法：用表检查绝缘程度，检查接头情况，接线时彩用焊接、塑封等工艺。二、消防栓系统1、系统组成消防泵、稳压泵（或稳压罐）、消防栓箱、消火栓阀门、接口水枪、水带、消防栓报警按钮、消防栓系统控制柜。2、系统完成的主要功能消火栓系统管道中充满有压力的水，如系统有微量泄漏，可以靠稳压泵或稳压罐来保持系统的水和压力。当火灾时，首先打开消火栓箱，按要求接好接口、水带，将水枪对准火源，打
26、开消火栓阀门，水枪立即有水喷出，按下消火栓按钮时，通过消火栓启动消防泵向管道中供水。3、系统容易出现的问题、产生的原因、简单的处理方法（1）打开消火栓阀门无水。原因：可能管道中有泄漏点，使管道无水，且压力表损坏，稳压系统不起作用。处理方法：检查泄漏点，压力表，修复或安上稳压装置，保证消火栓有水。（2）按下手动按钮，不能联动启动消防泵。原因：手动按钮接线松动，按钮本身损坏，联动控制柜本身故障，消防泵启动柜故障或连接松动，消防泵本身故障。处理方法：检查各设备接线、设备本身器件，检查泵本身电气、机构部分有无故障并进行排除。三、自动喷水灭火系统1、系统组成闭式喷头、水流指示器、湿式报警阀、压力开关、稳
27、压泵、喷淋泵、喷淋控制柜。2、系统完成的主要功能系统处于正常工作状态时，管道内有一定压力的水，当有火灾发生时，火场温度达到闭式喷头的温度时，玻璃泡破碎，喷头喷水，管道中的水由静态变为动态，水流指示器动作，信号传输到消防中心的消防控制柜上报警，当湿式报警装置报警，压力开关动作后，通过控制柜启动喷淋泵为管道供水，完成系统的灭火功能。3、系统容易出现的问题、产生的原因、简单的处理方法（1）稳压装置频繁启动。原因：主要为湿式装置前端有泄漏，还会有水暖件或连接处泄漏、闭式喷头泄漏、末端泄放装置没有关好。处理办法：检查各水暖件、喷头和末端泄放装置，找出泄漏点进行处理。（2）水流指示器在水流动作后不报信号。
28、原因：除电气线路及端子压线问题外，主要是水流指示器本身问题，包括浆片不动、浆片损坏，微动开关损坏或干簧管触点烧毁、或永久性磁铁不起作用。处理办法：检查浆片是否损坏或塞死不动，检查永久性磁铁、干簧管等器件。（3）喷头动作后或末端泄放装置打开，联动泵后管道前端无水。原因：主要为湿式报警装置的蝶阀不动作，湿式报警装置不能将水送到前端管道。处理办法：检查湿式报警装置，主要是蝶阀，直到灵活翻转，再检查湿式装置的其它部件。（4）联动信号发出，喷淋泵不动作。原因：可能为控制装置及消防泵启动柜连线松动或器件失灵，也可能是喷淋泵本身机械故障。处理办法：检查各连线及水泵本身。四、防排烟系统1、系统组成排烟阀、手动
29、控制装置、排烟机、防排烟控制柜。2、系统完成的主要功能火灾发生时，防排烟控制柜接到火灾信号，发出打开排烟机的指令，火灾区开始排烟，也可人为地通过手动控制装置进行人工操作，完成排烟功能。3、系统容易出现的问题、产生的原因、简单的处理办法（1）排烟阀打不开。原因：排烟阀控制机械失灵，电磁铁不动作或机械锈蚀引起排烟阀打不开。处理办法：经常检查操作机构是否锈蚀，是否有卡住的现象，检查电磁铁是否工作正常。（2）排烟阀手动打不开。原因：手动控制装置卡死或拉筋线松动。处理办法：检查手动操作机构。（3）排烟机不启动。原因：排烟机控制系统器件失灵或连线松动、机械故障。处理办法：检查机械系统及控制部分各器件系统连线等。
