【文章內(nèi)容簡介】 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； PLC控 制系統(tǒng)的體積小，重量輕，便于安裝，維修方便； 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(shí)時監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)； 15 現(xiàn) 代 PLC具有 傳統(tǒng)控制系統(tǒng)無法比擬的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送、交換、控制和監(jiān)視的網(wǎng)絡(luò)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(jì)算機(jī)、自動滅火器、報警器及其它電氣元件 。 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(yīng)用提供最大的靈活性和控制性能力。因S7200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(diǎn)，輸入 /輸出具有多種選擇方案。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)的過程控制。 S7200屬于小型可編程序控制器，但也可以用于復(fù)雜的自動化控制系統(tǒng)。 I/O點(diǎn)數(shù)是 PLC的一項(xiàng)重要指標(biāo)，合理選擇 I/O點(diǎn)數(shù)既可使系統(tǒng)滿足控制要求，又可溫度傳感器 煙霧傳感器 CPU224 S7— 200 PLC 滅火器 報警器 計(jì)算機(jī) 計(jì)時器 上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控 D/A 轉(zhuǎn)換器 16 使系統(tǒng)總投資降低。 S7200的內(nèi)部原理圖如圖 22所示： I / O 擴(kuò) 展 接 口輸 出 接 口編 程 器中 央 處 理 單 元（ C P U )存 儲 器外 部 設(shè) 備 接 口輸 入 接 口 圖 22 S7200型 PLC內(nèi)部原理圖 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(shè)備，如各類電磁閥口、聲光報警裝置、各樓層的空調(diào)、風(fēng)機(jī)、防火卷簾、防火門以及消防泵、噴淋泵、中央空調(diào)、集中的送風(fēng)機(jī)、電梯等。火災(zāi)報警系統(tǒng)、聯(lián)動控制器通過輸入、輸出總線與現(xiàn)場設(shè)備連接還需要一些相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)備與器件。 短路隔離器 短路隔離器是用于二總線火災(zāi)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(dāng)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(zāi)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(zāi)報警控制器對此部件的故障和火警狀態(tài)不予反應(yīng)，這種手段便叫做隔離。短路隔離器系應(yīng)用在火災(zāi)報警器系統(tǒng)的傳輸總線上，對分支線短路時起 17 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(dāng)這部分短路故障消除時，能自動恢復(fù)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(biāo)： 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 。 短路隔離觸點(diǎn)容量通信總線為 1A,24V 供電線路為 2A(指阻性負(fù)載 )。 隔離動作電壓 12V,動作時間 20ms。 通信總線隔離元件為自保持繼電器 ,隔離后不再消耗通信總線電流 。 內(nèi)含微處理器 ,可由控制器發(fā)出指令實(shí)現(xiàn)分區(qū)隔離 。 外形尺寸 :80 120 42mm(高寬深 )。 其外形圖及內(nèi)部工作原理圖分別如圖 23 和圖 24 所示 圖 23 短路隔離器實(shí)物圖 圖 24 內(nèi)部 工作原理圖 從原理圖中可以看出， 其內(nèi)部有兩個輸入端和兩個輸出端，輸入的是 220V的交流電源，就是其內(nèi)部用來與電源連接的部分。輸出一般是 28V 的直流電源，這是通過內(nèi)部電路實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)然，其本身也有電池供電，以此保證它的正常運(yùn)行。 底座與編碼底座 底座是火災(zāi)滅火系統(tǒng)中專門用來與感煙探測器、感溫探測器配套使用的。在二總線制火災(zāi)滅火系統(tǒng)中為了給探測器確定地址，通常由地址編碼器完成，有的地址編碼器設(shè)在探測器內(nèi)，有的設(shè)在底座上，有地址編碼器的底座稱編碼底座。 18 在本例中，結(jié)合實(shí)際考慮，我決定采用西門子的 DB1151A/SO820 型 探測器底座 。它有著以下優(yōu)點(diǎn) : 端子接線采用插入方式，方便、牢靠；底座全部被探測器罩住 ,外型美觀 ； 底座含有識別模塊 (在端子排上 ,起地址識別作用 )，內(nèi)存唯一標(biāo)識碼 ,調(diào)試時控制器能自動讀取 ,用于編程。底座進(jìn)線處有特殊材料保護(hù)圈，防水、防塵性能優(yōu)良。 其具體性能如 表 21 所示： 表 21 底座的性能參數(shù) 工作溫度 25—— +70℃ 工作濕度 ≤ 100%(40177。 2℃ ) 相對濕度 穿線截面積 端子排 ～ 微型端子 ～ 其內(nèi)部原理圖如 圖 25 所示： 圖 25 內(nèi)部原理圖 底座的實(shí)物圖以及 底座已經(jīng)被罩住的模擬圖如圖 26 所示： 圖 26 底座的實(shí)物圖 以及 模擬圖 19 輸入模塊 輸入模塊由滅火系統(tǒng)中兩種探測器組成，輸入線連接專用器件，其主要作用是將所探 測到的信息及時傳輸給 PLC， 讓 PLC 發(fā)出命令啟動相應(yīng)的裝置。 輸出模塊 輸出模塊是 由報警器、滅火器、計(jì)時器以及計(jì)算機(jī)組成 的 ,其也是該系統(tǒng)的最終執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 火災(zāi)現(xiàn)場裝置 手動報警按鈕、消防器按鈕 手動報警按鈕是由現(xiàn)場人工確認(rèn)火災(zāi)后，手動輸入報警信號的裝置。有的手動報警按鈕內(nèi)裝配有手報輸入模塊，其作用是與火災(zāi)報警控制器之間完成地址及狀態(tài)信息編碼與譯碼的二總線通信。 滅火器按鈕與手動報警按鈕一樣，由現(xiàn)場人工確認(rèn)火災(zāi)后，手動輸入報警信號的裝置。滅火器按鈕安裝在滅火器內(nèi)，通常和滅火器一起使用 。按下滅火器按鈕時滅火器啟動計(jì)算機(jī)監(jiān)視現(xiàn)場計(jì)時器開始計(jì)時。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 傳感器概述 國家標(biāo)準(zhǔn) GB7665— 87 對傳感器的定義：能感受規(guī)定的被測量并按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和裝換元件組成。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被檢測量的信號，并能將檢測到得信號按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)變成電信號或其他所需的信號輸出，以滿足信號的輸出、處理、儲存、顯示、記錄和控制等要求。其是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán) 節(jié)。 傳感器的選擇 現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、對象以及測量環(huán)境合理選用傳感器，是在進(jìn)行某個測量首先要解決的問題。 靈敏度的選擇 20 通常在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好，應(yīng)為只有靈敏度高時，這樣與被測量變化對應(yīng)的輸出信號才比較大有利于信號處理。但要注意的是傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入同樣會被放大系統(tǒng)放大，從而影響測量精度，因此要求傳感器本身具有很高的信噪比，盡量減少從外界引入的干擾信號傳感器的靈敏度是有方向性的。 頻率響應(yīng)特性 傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了 被測量的頻率范圍，必須在允許范圍內(nèi)保持不失真的檢測條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有一定的延遲。傳感器的響應(yīng)頻率越高其檢測到的范圍就越大。 線性范圍 傳感器的線性范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。從理論上講在這個范圍內(nèi)，靈敏度保持一定的值，由此可知道傳感器的線性范圍越寬其量程就越遠(yuǎn)，并且可以保證一定的精度。在選擇傳感器的時，當(dāng)傳感器的種類確定以后還要看的是其量程是否滿足要求。但實(shí)際上任何的傳感器都不能保證絕對的線性，其線性也是相對的。當(dāng)所要求測量精度較低時，在一定的范圍內(nèi)可以將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性 ，這也會給測量帶來極大的方便。 穩(wěn)定性 傳感器在用過一段時間之后，其性能保持不變的能力即為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定的因素除了其本身的結(jié)構(gòu)外，還有；傳感器使用的環(huán)境。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。在選擇傳感器之前，應(yīng)對其環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，減少環(huán)境的影響。 傳感器的 精度 精度是傳感器的一個重要指標(biāo)，其是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高其價格也就越貴，因此傳感器的德精度只要能滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以。如果測量目的是定性分析的可選用重復(fù)精 度高的傳感器即可不必選用絕對精度高的。 根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求則選用了 PT100 溫度傳感器。 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。 表 3— 1 溫度傳感器參數(shù) 21 探頭直徑 安裝方式標(biāo)準(zhǔn) 引線長度 溫度檢測范圍 Φ5mm M8 螺紋固定 標(biāo)準(zhǔn) 2m 200～ 400 度 感煙傳感器 感煙式火災(zāi)探測器是利用一個小型 煙霧傳感器 響應(yīng)懸浮在其周圍附近大氣中的燃燒和（或）熱解產(chǎn)生的煙霧氣溶膠（固態(tài)或液態(tài)微粒）的一種火災(zāi)探測器。一般有離子式和光電感煙火災(zāi)探測器。本系統(tǒng) 選用光電式感煙探測器。光電式感煙探測器有由一個煙霧檢測室，里面設(shè)有一個光源和一個感光元件。光源的光線一般不能照射到感光元件上，但是當(dāng)有煙霧進(jìn)入后，光線在煙霧中產(chǎn)生散射，從而有部分光線射到感光元件上，煙霧越濃，散射到感光元件上的光線就越多，感光元件再把光信號轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行輸出火災(zāi)控制器。 煙霧傳感器的選擇 離子感煙式探測器 它是在電離室內(nèi)含有少量放射性物質(zhì)，可使電離室內(nèi)空氣成為導(dǎo)體，允許一定電流在兩個電極之間的空氣中通過，射線使局部空氣成電離狀態(tài)，經(jīng)電壓作用形成離子流，這就給電離室一個有效的 導(dǎo)電性。當(dāng)煙粒子進(jìn)入電離化區(qū)域時，它們由于與離子相接合而降低了空氣的導(dǎo)電性，形成離子移動的減弱。當(dāng)導(dǎo)電性低于預(yù)定值時，探測器發(fā)出警報。 它主要是利用煙霧粒子改變電離室電流原理而設(shè)計(jì)的火災(zāi)探測器。探測器內(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 ,測量室 ),再配上相應(yīng)的電子電路或 CPU 芯片所構(gòu)成。 其工作原理圖如圖 31 所示： 探測器內(nèi)部的а放射源是由镅 241(Am241)發(fā)出。 物質(zhì)的放射性來自原子核的自發(fā)衰變過程如下 :Am241237Np+42He 由于а粒子比電子重得多 ,且?guī)?個單位正電量 ,其穿透能力很弱。能量為 5MeV 的а粒子在空氣中的射程為 , 而金屬中射程為 *10cm, 所以屏蔽遮擋很容易 , 同時а粒子的電離能力很強(qiáng) ,當(dāng)它穿過物質(zhì)時 ,每次與物質(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а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。 22 圖 31 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а放射源 AM241,其放射源可以在上百年的時間里不斷地放射 出а粒子 , а粒子不斷地撞擊空氣分子 ,引起電離 ,產(chǎn)生大量帶正 ,負(fù)電荷的離子 ,從而使極間空氣具有導(dǎo)電性 ,兩個電離室分別稱為補(bǔ)償室和檢測室。當(dāng)在電離室的正負(fù)極間加上 12V 的工作電壓時 (實(shí)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(yùn)動的正負(fù)離子在電場作用下做有規(guī)則的定向運(yùn)動 ,正離子向負(fù)極運(yùn)動 ,負(fù)離子向正極運(yùn)動 ,從而形成電離電流。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 , 施 加電壓再高 , 電離電流也不會再增加，此時達(dá)到飽和工作區(qū)。 設(shè)計(jì)時保證離子室工作于線性區(qū) ，即工作于如圖 32 所示的工作曲線的Ⅰ區(qū) 。 圖中 Ⅰ 區(qū) 稱歐姆定律區(qū) ，Ⅱ 稱中間區(qū) , Ⅲ稱飽和電流區(qū) 。 圖 32 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(yīng)性 ,增加了抗潮濕能力。 23 信號放大拾取整形電路將電離室里的微弱 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(yīng)管進(jìn)行耦合放大 ,地址碼預(yù)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(jìn)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(jìn)行智能處理 ,利用內(nèi)置的智能算法進(jìn)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