【文章內容簡介】 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，便于廣大現場工程技術人員掌握； 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，可以方便的實時監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)； 15 現 代 PLC具有 傳統(tǒng)控制系統(tǒng)無法比擬的遠程數據傳送、交換、控制和監(jiān)視的網絡通訊功能。 本滅火 系統(tǒng)的控制系統(tǒng) 總 結構圖如下圖所示 ,主要硬件包括：可編程控制 器PLC、溫度和煙霧傳感器、計算機、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)整體結構圖 本設計根據控制要求可選 S7200系列的 PLC S7200系列是 PLC 家族中較先進的系列，其最大優(yōu)點包容了標準特點、程序執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、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，輸入 /輸出具有多種選擇方案。其靈活 的配置、高速運算、突出的寄存器容量、豐富的元件資源、尤其適合小點數的過程控制。 S7200屬于小型可編程序控制器，但也可以用于復雜的自動化控制系統(tǒng)。 I/O點數是 PLC的一項重要指標，合理選擇 I/O點數既可使系統(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 計算機 計時器 上位機組態(tài)監(jiān)控 D/A 轉換器 16 使系統(tǒng)總投資降低。 S7200的內部原理圖如圖 22所示： I / O 擴 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 備 接 口輸 入 接 口 圖 22 S7200型 PLC內部原理圖 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、滅火設備，如各類電磁閥口、聲光報警裝置、各樓層的空調、風機、防火卷簾、防火門以及消防泵、噴淋泵、中央空調、集中的送風機、電梯等?；馂膱缶到y(tǒng)、聯(lián)動控制器通過輸入、輸出總線與現場設備連接還需要一些相關的系統(tǒng)設備與器件。 短路隔離器 短路隔離器是用于二總線火災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 靠火災報警控制器的硬件線路作用或軟件控制，關斷不使用的部件，使火災報警控制器對此部件的故障和火警狀態(tài)不予反應，這種手段便叫做隔離。短路隔離器系應用在火災報警器系統(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。當這部分短路故障消除時，能自動恢復這部分回路的正常工作。 短路隔離器主要由以下幾個技術指標： 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 。 短路隔離觸點容量通信總線為 1A,24V 供電線路為 2A(指阻性負載 )。 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 。 內含微處理器 ,可由控制器發(fā)出指令實現分區(qū)隔離 。 外形尺寸 :80 120 42mm(高寬深 )。 其外形圖及內部工作原理圖分別如圖 23 和圖 24 所示 圖 23 短路隔離器實物圖 圖 24 內部 工作原理圖 從原理圖中可以看出， 其內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，這是通過內部電路實現的。當然，其本身也有電池供電，以此保證它的正常運行。 底座與編碼底座 底座是火災滅火系統(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，有的地址編碼器設在探測器內，有的設在底座上，有地址編碼器的底座稱編碼底座。 18 在本例中，結合實際考慮，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 : 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 )，內存唯一標識碼 ,調試時控制器能自動讀取 ,用于編程。底座進線處有特殊材料保護圈，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 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 ～ 其內部原理圖如 圖 25 所示： 圖 25 內部原理圖 底座的實物圖以及 底座已經被罩住的模擬圖如圖 26 所示： 圖 26 底座的實物圖 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)出命令啟動相應的裝置。 輸出模塊 輸出模塊是 由報警器、滅火器、計時器以及計算機組成 的 ,其也是該系統(tǒng)的最終執(zhí)行機構。 火災現場裝置 手動報警按鈕、消防器按鈕 手動報警按鈕是由現場人工確認火災后，手動輸入報警信號的裝置。有的手動報警按鈕內裝配有手報輸入模塊，其作用是與火災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，由現場人工確認火災后，手動輸入報警信號的裝置。滅火器按鈕安裝在滅火器內，通常和滅火器一起使用 。按下滅火器按鈕時滅火器啟動計算機監(jiān)視現場計時器開始計時。 系統(tǒng)硬件設計 傳感器概述 國家標準 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。其是實現自動檢測和自動控制的首要環(huán) 節(jié)。 傳感器的選擇 現代傳感器在原理與結構上千差萬別，如何根據具體的測量目的、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，希望傳感器的靈敏度越高越好，應為只有靈敏度高時，這樣與被測量變化對應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。 頻率響應特性 傳感器的頻率響應特性決定了 被測量的頻率范圍，必須在允許范圍內保持不失真的檢測條件，實際上傳感器的響應總有一定的延遲。傳感器的響應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，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，并且可以保證一定的精度。在選擇傳感器的時，當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。當所要求測量精度較低時，在一定的范圍內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構外，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的環(huán)境適應能力。在選擇傳感器之前，應對其環(huán)境進行調查，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，其是關系到整個測量系統(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精 度高的傳感器即可不必選用絕對精度高的。 根據本設計的要求則選用了 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如下表 3— 1。 表 3— 1 溫度傳感器參數 21 探頭直徑 安裝方式標準 引線長度 溫度檢測范圍 Φ5mm M8 螺紋固定 標準 2m 200～ 400 度 感煙傳感器 感煙式火災探測器是利用一個小型 煙霧傳感器 響應懸浮在其周圍附近大氣中的燃燒和（或）熱解產生的煙霧氣溶膠（固態(tài)或液態(tài)微粒）的一種火災探測器。一般有離子式和光電感煙火災探測器。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，但是當有煙霧進入后，光線在煙霧中產生散射，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換為電信號進行輸出火災控制器。 煙霧傳感器的選擇 離子感煙式探測器 它是在電離室內含有少量放射性物質，可使電離室內空氣成為導體，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)，經電壓作用形成離子流，這就給電離室一個有效的 導電性。當煙粒子進入電離化區(qū)域時，它們由于與離子相接合而降低了空氣的導電性，形成離子移動的減弱。當導電性低于預定值時，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計的火災探測器。探測器內部裝有а放射源的電離室為傳感器件 ,現今使用大多為單源雙室結構 (補償室 ,測量室 ),再配上相應的電子電路或 CPU 芯片所構成。 其工作原理圖如圖 31 所示： 探測器內部的а放射源是由镅 241(Am241)發(fā)出。 物質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 ,當它穿過物質時 ,每次與物質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 在單源雙室結構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 ,產生大量帶正 ,負電荷的離子 ,從而使極間空氣具有導電性 ,兩個電離室分別稱為補償室和檢測室。當在電離室的正負極間加上 12V 的工作電壓時 (實險測得： 12V 工作電壓時電離室線性度最佳 ),可使原來做無序運動的正負離子在電場作用下做有規(guī)則的定向運動 ,正離子向負極運動 ,負離子向正極運動 ,從而形成電離電流。電離電流的大小與電離室的結構尺寸 ,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 , 施加的電壓越高 ,電離電流越大 ,但當電壓達到一定值時 , 施 加電壓再高 , 電離電流也不會再增加，此時達到飽和工作區(qū)。 設計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 單源雙室結構同雙源雙室結構完全不同 ,雙源雙室結構利用兩個放射源形成兩個電離室。單源雙室結構簡單 ,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 電流信號轉變成較大的電壓信號，通過高輸入阻抗的場效應管進行耦合放大 ,地址碼預置及信號解碼處理電路如是開關量探測器直接將其電壓變化與閾值電壓進行比較 , 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 ,如探測器內置有 CPU 芯片 ,則其自身可以進行智能處理 ,利用內置的智能算法進行判斷 , 同時探測器至報警器間發(fā)生電路斷線 , 探測器安裝接觸