【正文】 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和要求 （ 1）設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo) ① 設(shè)計(jì)探測(cè)器的方案、各個(gè)點(diǎn)至少應(yīng)有煙霧和溫度兩種探測(cè)器探測(cè)火災(zāi)，即可自動(dòng)動(dòng)滅火，也可手動(dòng)滅火?，F(xiàn)在這兩種探測(cè)器每年的銷(xiāo)售量大約平分秋色了。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，場(chǎng)效應(yīng)晶體管代替了陰極射線(xiàn)管，使電路電壓能夠從 220V_降低到 24V，用電池也可為探測(cè)器供電。一百五十年來(lái)，世界上科學(xué)技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，火災(zāi)探測(cè)技術(shù)也相應(yīng)迅速發(fā)展， 各種感溫、感煙、感光等類(lèi)型的火災(zāi)探測(cè)器相繼問(wèn)世，一并日臻完善。這場(chǎng)大火致使 193 人喪生， 226 人受傷，火災(zāi)破壞了 1000 多萬(wàn)畝林業(yè)資源，大火殃及 1 個(gè)縣城 3 個(gè)鎮(zhèn)，破壞的生態(tài)平衡需 80年才能恢復(fù)，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá) 億元。 1990 年 7 月 3 日，四川省梨子園鐵路隧道因油罐車(chē)外溢的油氣遇到電火花導(dǎo)致爆炸起火。據(jù)聯(lián)合國(guó)“世界火災(zāi)統(tǒng)計(jì)中心”提供的資料介紹，發(fā)生火災(zāi)的損失，美國(guó)不到 7 年翻一番，日本平均 16 年翻一番，中國(guó)平均 12 年翻一番。 火災(zāi)不僅毀壞物質(zhì)財(cái)產(chǎn)，造成社會(huì)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。但是，失去控制的火，就會(huì)給人類(lèi)造成災(zāi)難。 （ 3）火災(zāi)的可探測(cè)性 火災(zāi)都伴有不同的 火災(zāi)參數(shù)。我國(guó)已頒布 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范 、 高層民用建筑防火規(guī)范 、等，及其它規(guī) 2 定。 1 基于 PLC 的自動(dòng)滅火器的設(shè)計(jì) 前言 序言 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展城市化得到進(jìn)一步的深化城市防火也變得越來(lái)越重要，再加上國(guó)家工業(yè)的發(fā)展導(dǎo)致了全球氣溫的的上升火災(zāi)發(fā)生的頻率則更加頻繁，同時(shí)；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(dá)的社會(huì)里仍然還隱藏著許多的危險(xiǎn)，火災(zāi)就是其中的一種，說(shuō)到火大家可能都會(huì)想到，它是人類(lèi)文明的象征，但火在給人類(lèi)帶來(lái)文明的同時(shí)也毀滅我們的文明。 課題來(lái)源及背景 火災(zāi)作為危害人類(lèi)生存的大敵，越來(lái)越受到人們的重視。在明火燃燒中，主要的火災(zāi)參數(shù)有溫參數(shù)、火焰參數(shù)及煙參數(shù)等。所以說(shuō)人類(lèi)使用火的 歷 3 史與同火災(zāi)作斗爭(zhēng)的歷史是相伴相生的，人們?cè)谟没鸬耐瑫r(shí)，不斷總結(jié)火災(zāi)發(fā)生的規(guī)律，盡可能地減少火災(zāi)及其對(duì)人類(lèi)造成的危害。每年都有許多兒童被火災(zāi)奪去生命。全世界每天發(fā)生火災(zāi) 1 萬(wàn)多起，造成數(shù)百人死亡。參加滅火搶險(xiǎn)戰(zhàn)斗的有解放軍第 13 集團(tuán)軍、二炮集團(tuán)、成都軍區(qū)、達(dá)縣軍分區(qū)預(yù)備師以及武警達(dá)縣支隊(duì)、四支隊(duì)、四川省消防總隊(duì)。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)年均森林火災(zāi)毀林面積達(dá) 100 萬(wàn)公頃（我國(guó)森林覆蓋率僅為 13%，日本 60%），森林大面積減少，造成洪水泛濫。 從 19 世紀(jì) 40 年代至本世紀(jì) 40 年代，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的一百年來(lái)，感溫探測(cè)器一直占主導(dǎo)地位，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)處于初級(jí)發(fā)展階段。加之集成電路和微機(jī)的出現(xiàn)，又為離子感煙探測(cè)器的智能化提供了廣闊的前景。 80 年 代中期，在總線(xiàn)制火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)出現(xiàn)后不久，隨著微處理器、計(jì)算機(jī)及智能技術(shù)的最新發(fā)展，又推出了智能化模擬量報(bào)警系統(tǒng)。 ② 能夠顯示各點(diǎn)的情況。 ② 滅火系統(tǒng)檢測(cè)要求，上機(jī)調(diào)試通過(guò)主要的程序。然而在探測(cè)器不起作用而災(zāi)情發(fā)生時(shí)未啟動(dòng)報(bào)警器和滅火器的時(shí)候，可以由人工按下報(bào)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(shí)滅火器對(duì)可控制的火進(jìn)行滅火。并且，在對(duì)這一類(lèi)技術(shù)的更新和改進(jìn)方面上也提出了不同的意見(jiàn)。系統(tǒng)總體滅火示意圖 如圖 2— 1所示。組態(tài)王是運(yùn)行于 Microsoft Windows2020/，采用了多線(xiàn)程、COM組件等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)多任務(wù)。對(duì)于變量要求同時(shí)采集的情況，組態(tài)王中對(duì)于屬于同一結(jié)構(gòu)成員的，且連接在同一設(shè)備上的結(jié)構(gòu)變量以成員變量的最小采集頻率對(duì)所有成員進(jìn)行同時(shí)采集。組態(tài)王充分利用了這個(gè)特性，對(duì) 于提供這種通訊功能的下位機(jī)，組態(tài)王將盡可能地把需要采集的變量進(jìn)行優(yōu)化組合，在一次采集過(guò)程中得到大量有效數(shù)據(jù)。質(zhì)量戳將顯示每次采集的通訊質(zhì)量。 支持使用 GPRS與設(shè)備進(jìn)行通訊 GPRS具有通信速度快、通信費(fèi)用低、 組網(wǎng)靈活等特點(diǎn)。 13 ⑤ 正確設(shè)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(shí)現(xiàn) PLC與組態(tài)軟件的通訊 。面對(duì)對(duì)大批量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，必須解決同步存儲(chǔ)速度響應(yīng)慢、數(shù)據(jù)易丟失、存儲(chǔ)時(shí)間短、存儲(chǔ)占用空間大、數(shù)據(jù)讀取訪(fǎng)問(wèn)速度慢等用戶(hù)最關(guān)心的問(wèn)題。如何能及時(shí)準(zhǔn)確的獲取火災(zāi)信息對(duì)工程人員來(lái)說(shuō)存在很大的挑戰(zhàn)，因?yàn)槿瞬荒軙r(shí)刻守著，一刻不停不知疲倦的運(yùn)行的設(shè)備周?chē)却馂?zāi)信息的輸入。 ④ 語(yǔ)音 也可以通過(guò)電 話(huà)，當(dāng)報(bào)警產(chǎn)生時(shí)呼叫事前設(shè)置好的電話(huà)號(hào)碼，報(bào)告您最關(guān)心的內(nèi)容，您還可以進(jìn)行報(bào)警確認(rèn)和報(bào)警狀態(tài)查詢(xún)。 如圖 4— 1所示 ： 圖 4— 1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖 本設(shè)計(jì)根據(jù)控制要求可選 S7200系列的 PLC S7200系列是 PLC 家族中較先進(jìn)的系列，其最大優(yōu)點(diǎn)包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程序執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國(guó)不同的電源以及滿(mǎn)足單個(gè)需 要的大量特殊功能模塊，可以為工廠(chǎng)自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制性能力。 短路隔離器 短路隔離器是用于二總線(xiàn)火災(zāi)滅火控制器的輸入總線(xiàn)回路中，安置在每一個(gè)分支回路的前端，當(dāng)回路中某處發(fā)生短路故障時(shí)，短路 隔離器可使該部分回路與總線(xiàn)隔離，保證總線(xiàn)回路其它部分能正常工作。 通信總線(xiàn)隔離元件為自保持繼電器 ,隔離后不再消耗通信總線(xiàn)電流 。 18 在本例中，結(jié)合實(shí)際考慮，我決定采用西門(mén)子的 DB1151A/SO820 型 探測(cè)器底座 。 滅火器按鈕與手動(dòng)報(bào)警按鈕一樣，由現(xiàn)場(chǎng)人工確認(rèn)火災(zāi)后，手動(dòng)輸入報(bào)警信號(hào)的裝置。但要注意的是傳感器的靈敏度高，與被測(cè)量無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入同樣會(huì)被放大系統(tǒng)放大，從而影響測(cè)量精度，因此要求傳感器本身具有很高的信噪比，盡量減少?gòu)耐饨缫氲母蓴_信號(hào)傳感器的靈敏度是有方向性的。 穩(wěn)定性 傳感器在用過(guò)一段時(shí)間之后，其性能保持不變的能力即為穩(wěn)定性。 PT100 傳感器，又叫鉑電阻傳感器；是一種性能較好的溫度傳感器其性能參數(shù)如下表 3— 1。當(dāng)導(dǎo)電性低于預(yù)定值時(shí)，探測(cè)器發(fā)出警報(bào)。電離電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(dāng)電壓達(dá)到一定值時(shí) , 施 加電壓再高 , 電離電流也不會(huì)再增加，此時(shí)達(dá)到飽和工作區(qū)。按照 其工作原理主要有兩種 :減光型光電感煙火災(zāi)探測(cè)器和散射型光電感煙探測(cè)器。 煙霧探測(cè)器工作原理 現(xiàn)在最常用的煙霧探測(cè)器 是 光電煙霧探測(cè)器和電離煙霧探測(cè)器。它不是很敏感。早期的可編程控制器稱(chēng)作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡(jiǎn)稱(chēng) PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控 25 制。其總體框圖如圖 34 所示： 計(jì)算機(jī)打印機(jī)等編 程 器外部設(shè)備接口輸入設(shè)備輸入接口電 源輸出接口輸出設(shè)備I /O擴(kuò)展接口I/O擴(kuò)展單元C P U存 儲(chǔ) 器系 統(tǒng)程 序用 戶(hù) 程序數(shù)據(jù) 26 圖 34 PLC 的總體框圖 ① 電源 PLC 的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。 ③ 存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新階段。 ③ 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶(hù)程序結(jié)束后， PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段。輸出線(xiàn)圈之運(yùn)算結(jié)果則存入內(nèi)存中對(duì)應(yīng)之位置，暫不反應(yīng)至輸出端 Yn。這里以 S7— 200 系列 PLC 為為主介紹一下小型 PLC 系統(tǒng)的構(gòu)成，編程用的元器件，尋址方式等 PLC 應(yīng)用的基礎(chǔ)知識(shí)。因此，合理選擇 PLC，對(duì)于提高 PLC 控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。 1． SIMATIC S7200 PLC S7200 PLC 是超小型化的 PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制等。具備強(qiáng)大的通信功能， S7300 PLC 可通過(guò)編程軟件 Step 7 的用戶(hù)界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡(jiǎn)單。 HMI 硬件需要經(jīng)過(guò)軟件（如ProTool）組態(tài)才能配合 PLC 使用。人機(jī)界面軟件有兩種，一種是應(yīng)用于機(jī)器級(jí)的 ProTool，另一種是應(yīng)用于監(jiān)控級(jí)的 WinCC。 CPU224 主機(jī)箱體外部設(shè)有 RS485 通信接口，用以連接編程器、（手持式或PC 機(jī)）、文本、圖形編程器、 PLC 網(wǎng)絡(luò)等外部設(shè)備；還設(shè)有工作方式開(kāi)關(guān)，模擬電位器， I/O 擴(kuò)展接口，工作狀態(tài)指示燈和用戶(hù)程序存儲(chǔ)卡。用于 PT0（高速脈沖束）和 PWM（寬度可變脈沖輸出 )高速脈沖輸出。 系統(tǒng)的配線(xiàn)，是要根據(jù)本系統(tǒng)中所用的不同的元件來(lái)設(shè)計(jì)和規(guī)劃的，不然將給系統(tǒng)增加不必要的浪費(fèi)。 圖 4— 4 手動(dòng)滅火 當(dāng)按下 時(shí)報(bào)警器（ ）和滅火器 ()復(fù)位 ,計(jì)算機(jī) 和計(jì)時(shí)器 停止工作如圖 45 所示 。在實(shí)際中，可以運(yùn)用 于 比較復(fù)雜的控制中，可以采用 不同的 視頻和上位機(jī)等來(lái)實(shí)時(shí)查看，探測(cè)器的選擇也可以多種形式，滅火區(qū)域可以更加的細(xì)化，滅火的方式也可以多樣 化。在大學(xué)三年里還得到了許多領(lǐng)導(dǎo)和老師的熱情關(guān)心和幫助。在現(xiàn)存的這類(lèi)設(shè)備中，消防滅火總是以一種輔助裝置出現(xiàn)，就算是其占主要地位也是獨(dú)立的，僅有單一的滅火功能，而報(bào)警則要得益于另一 獨(dú)立的報(bào)警裝置，而且還需要很多的現(xiàn)場(chǎng)工作人員對(duì)這些地方進(jìn)行監(jiān)視。由本系統(tǒng)的組成部分硬件連線(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖 42 所示 ,I/O 接口分配表見(jiàn)表 41 所示。當(dāng)執(zhí)行程序下載操作時(shí)，用戶(hù)程序、 CPU 配置、程序數(shù)據(jù)等由編程器送入 RAM 存儲(chǔ)區(qū)，并自 動(dòng)拷貝到 EEPROM 區(qū)，永久保存。 （ 1） 基本單元 I/O CPU 224 集成 14 輸入 /10 輸出共 24 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)，可連成 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 168 路數(shù)字量 I/O 或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn)， 13KB 程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 ProTool/lite 用于文本顯示的組態(tài)，如： OP3， OP7， OP17， TD17 等。 STEP 7 標(biāo)準(zhǔn)軟件包 SIMATIC S7 是用于S7300/400， C7 PLC 和 SIMATIC WinAC 基于 PC 控制產(chǎn)品的組態(tài)編程和維護(hù)的項(xiàng)目管理工具， STEP 7Micro/WIN 是在 Windows 平臺(tái)上運(yùn)行的 S7200 系列 PLC的編程、在線(xiàn)仿真軟件。 3． SIMATIC S7400 PLC 31 S7400 PLC 是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。 S7200PLC 可提供 4 個(gè)不同的基本型號(hào)與 8 種 CPU 可供選擇使用。由于它具有結(jié)構(gòu)小 巧，運(yùn)行速度高，價(jià)格低廉及多功能多用途等特點(diǎn)，因此在工業(yè)企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。 S7— 200PLC 基本單元（主機(jī)）的機(jī)構(gòu)方式為整體式結(jié)構(gòu)。 此三步驟稱(chēng)為 PLC 之掃描周期，而完成所需的時(shí)間稱(chēng)為 PLC 之反應(yīng)時(shí)間， PLC 輸入訊號(hào)之時(shí)間若小于此反應(yīng)時(shí)間，則有誤讀的可能性。這時(shí)，才是 PLC 的真正輸出。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 ④ 輸入輸出接口電路 現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是 PLC 與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。一般交流電壓波動(dòng)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 ② 中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制中樞。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī) (Personal Computer)的簡(jiǎn)稱(chēng)混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱(chēng) PLC， PLC 自 1966 年 出現(xiàn)，美國(guó) 、 日本 、 德國(guó)的可編程控制器質(zhì)量?jī)?yōu)良，功能強(qiáng)大。這需要有大量的煙才行。常會(huì)看到一個(gè)光束探測(cè)器。它由光學(xué)系統(tǒng) ,信號(hào)處理電路等部分所組成，當(dāng)煙霧進(jìn)入光學(xué)暗室后 ,由紅外線(xiàn)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(hào)電流 ,其電流大小與煙霧的變化成比例 ,經(jīng)信號(hào)處理電路處理后完成報(bào)警功能。 圖中 Ⅰ 區(qū) 稱(chēng)歐姆定律區(qū) ，Ⅱ 稱(chēng)中間區(qū) , Ⅲ稱(chēng)飽和電流區(qū) 。探測(cè)器內(nèi)部裝有а放射源的電離室為傳感器件 ,現(xiàn)今使用大多為單源雙室結(jié)構(gòu) (補(bǔ)償室 ,測(cè)量室 ),再配上相應(yīng)的電子電路或 CPU 芯片所構(gòu)成。一般有離子式和光電感煙火災(zāi)探測(cè)器。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。傳感器的響應(yīng)頻率越高其檢測(cè)到的范圍就越大。按下滅火器按鈕時(shí)滅火器啟動(dòng)計(jì)算機(jī)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)。底座進(jìn)線(xiàn)處有特殊材料保護(hù)圈，防水、防塵性能優(yōu)良。 外形尺寸 :80 120 42mm(高寬深 )。短路隔離器系應(yīng)用在火災(zāi)報(bào)警器系統(tǒng)的傳輸總線(xiàn)上，對(duì)分支線(xiàn)短路時(shí)起 17 隔離作用的裝置。其靈活 的配置、高速運(yùn)算、突出的寄存器容量、豐富的元件資源、尤其適合小點(diǎn)數(shù)的過(guò)程控制。 火災(zāi)探測(cè)部分主要由探測(cè)器組成，是火災(zāi)自動(dòng)滅火系統(tǒng)的檢測(cè)元件，它將火災(zāi)發(fā)生初期所產(chǎn)生的煙、熱