基于PLC的智能火灾报警系统

常州机电职业技术学院

毕业设计（论文）

作者：杨可学号： 41240204 系部：电气工程系

专业：电气自动化

题目：基于PLC的智能火灾报警系统设计

指导者：余文伟

评阅者：

2015年 4 月

毕业设计（论文）中文摘要

目录

第一章绪论 (1)

1.1选题背景及意义 (1)

1.2国内外发展状况 (1)

第二章火灾自动报警系统简介 (3)

2.1火灾自动报警系统概述 (3)

2.2火灾自动报警系统设计要求 (3)

2.3自动报警灭火系统的组成与主要部件 (4)

第三章 PLC的概述 (6)

3.1P L C的简介 (6)

3.2P L C的特点 (6)

3.3P L C的基本结构 (7)

3.4P L C的工作原理 (7)

第四章系统的硬件设计 (8)

4.1系统分析 (8)

4.2I/O端口 (9)

4.3P L C外部接线 (10)

4.4消防控制 (10)

4.5水箱结构 (11)

4.6P L C的选型 (11)

4.7传感器的选择 (12)

4.7.1温度传感器的选

择 (12)

4.7.2感烟传感器的选择 (13)

第五章系统的软件设计 (16)

5.1 程序流程 (17)

5.2 程序编制 (18)

5.3 PLC程序说明 (19)

5.3.1区域1自动报警灭火系统的启停 (19)

5.3.2区域2自动报警灭火系统的启停 (19)

5.3.3系统复位 (19)

第六章消防管理与维护 (20)

6.1消防管理制度 (20)

6.2火灾自动报警系统的每月定期检查 (20)

6.3自动喷水灭火系统的每月定期检查 (20)

结论 (22)

参考文献 (23)

致谢 (24)

第一章绪论

1.1选题背景及意义

火灾作为危害人类生存的大敌，越来越受到人们的重视。随着高层建筑的不断增多，火灾隐患增加。一旦发生火灾，将对人的生命财产造成极大的危害，于是人们开始寻求一种早期发现火灾的方法，并能及时控制和扑灭火灾，以便减少损失，保障生命安全。火灾自动报警灭火控制器就是为了满足这一需求而研制出来的，并越来越被人们所接受。其自身也随着人们需求的不断提高，在功能、结构、形式等方面不断地完善。火灾报警控制器是火灾报警系统的核心。

实践证明建筑内安装该系统能够扑救建筑初期火灾，保护建筑财产安全，降低火灾损失，大大的降低了火灾的危害性，把火灾给人们带来的经济损失将到了最低，为确保人的生命及财产安全提供了保障。

在本次自动报警灭火消防系统采用了先报警后灭火的报警灭火模式，给管理人员提供了有效的火灾确认时间，大大减少了因误报带来的损失，具有很强的实用价值。

1.2国内外发展状况

国外一些较发达的国家，他们有相当完善的火灾早报和扑灭的消防体系。而当地政府都会给与大笔的款项用于设备的更新、设备维护等。一些国家例如德国、日本、美国等就利用电脑与用户终端的传感器或者用户终端信号采集器相连，对火灾自动报警设备实时监控以及故障远程传输。例如：美国、英国、日本等国家在建设和应用城市火灾自动报警监控系统这方面均有很成功的经验。他们将自动火灾报警作为公共报警手段接入监控系统，运行多年未出现问题，消防中心对火灾发生的地点、火灾发生类型，并调度消防部队迅速到达现场，自动报警监控系统在此起到了很大的作用。此外，这些国家在监控系统管理方面比较规范，专门成立一个监控服务机构，该机构的责任是保证火灾报警数据通信畅通，为用户服务，对用户负责，同时向消防部队传送可靠的火灾报警信息，而消防部门的主要责任是对此类服务机构进行资质审查及监督管理。这种管理运作方式已经取得了良好的效果

我国的火灾报警装置起步比较晚，同比国外有很大的差距，但是最近几年火灾报警控制系统有了不菲的进步。我国从70年代开始生生产火灾报警的产品。到了80年代，我国国内制作的消防火灾产品多已模仿为主国内主，又或是引进国外的一些技术，没用自己核心的技术，国内这方面的的市场也是刚刚起步。火灾报警产品的发展主要在90年代，国家政策的支持和国际化使得很多国外知名企业进入中国消防市场，带来了很多先进成熟的技术，从而促进了我国消防产业的发展。有些企业慢慢有了自己的核心技术，在世界的领域有了不菲的成绩。

第二章火灾自动报警系统简介

2.1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组成形式多种多样，它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。

2.2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。

2.3自动报警灭火系统的组成与主要部件

基于PLC控制的自动报警灭火消防系统是由自动报警系统、自动喷水灭火系统、控制系统这三个子系统组成。

自动报警系统中包含报警器和各种电源装置，自动喷水灭火系统中包含管道系统、喷淋泵和各种给水开关，控制系统中包含可编程序控制器和各种开关。自动报警系统、自动喷水灭火系统、控制系统，这三个系统之间是通过线路系统联系在一起，自动报警系统的开启与关闭、自动喷水灭火系统的开启与关闭都是由控制系统通过其与各系统之间的控制线路来实现对其余两个子系统的控制。其主要部件及用途如表2-1所示。

表2-1 系统主要部件及其用途

自动灭火消防系统的开启过程：当各区域的火灾探测器，探测到火灾信号，通过线路将火灾信号传递给PLC，PLC接收到火灾信号后，根据其控制程序的要

求，控制喷淋泵启动和与之相对应的区域电磁阀开启，电磁阀开启后，与之相对应区域的喷头喷水灭火。同时，在传感器失灵的情况下也可以按下各火灾区域的手动启动按钮，将该区域的启动信号传递给PLC，PLC在接收到火灾信号后，也可以控制喷淋泵启动和与之相对应的区域电磁阀开启，电磁阀开启后，开启喷头喷水灭火。

自动灭火消防系统的关闭过程：在按下各着火区域的关闭按钮和系统复位按钮后，自动灭火消防系统关闭并复位。

第三章 PLC的概述

3.1 PLC的简介

可编程序控制器PC（Programmable Controller）又称可编程序控制器PLC （Programmable Logic Controller），是微机技术与继电器常规控制技术相接合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电器操作维护人员的技能和习惯，摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达形式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易。PLC现已成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、易于与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备告诉计数与位控等高性能模块等优异性能，日益取代由大量中间继电器、时间继电器、计数继电器等组成的传统继电－接触控制系统在机械、化工、石油、冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通、等行业得到广泛应用。PLC 的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。

3.2 PLC的特点

现代可编程控制器不仅能实现对开关量的逻辑控制，还具有数学运算、数学处理、运动控制、模拟量PID控制、通信网络等功能。在发达的工业化国家，可编程控制器已经广泛的应用在所有的工业部门，其应用已扩展到楼宇自动化、家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域。归纳可编程控制器主要有以下几方面的优点：

1）编程方法简单易学

2）功能强，性能价格比高

3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强

4）无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强

5）系统的设计、安装、调试工作量少

6）维修工作量小，维修方便

7）体积小，能耗低

3.3 PLC的基本结构

PLC和一般的微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。PLC的硬件系统由微处理器(CPU)、存储器(EPROM，ROM)、输入输出(I/O)部件、电源部件、编程器、I/O扩展单元和其他外围设备组成。各部分通过总线(电源总线、控制总线、地址总线、数据总线)连接而成。

PLC的软件系统是指PLC所使用的各种程序的集合，通常可分为系统程序和用户程序两大部分。系统程序是每一个PLC成品必须包括的部分，由PLC厂家提供，用于控制PLC本身的运行，系统程序固化在EPROM中。用户程序是由用户根据控制需要而编写的程序。硬件系统和软件系统组成了一个完整的PLC系统，他们是相辅相成，缺一不可的。

3.4 PLC的工作原理

PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。

PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。PLC在输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。

第四章系统的硬件设计

4.1系统分析

该系统是针对某建筑的消防安全设计的火灾自动报警与灭火系统。每个走廊均安装排烟系统、安全疏散指示灯（牌），室内每一个房间都安装有火灾探测器、灭火用的消火栓（系统中消火栓用交流接触器）.安装感烟探测器、指示灯和手动报警按钮。监控室内有相应的信号指示灯。

系统电源接通以后当有火灾情况发生时，区域一中的传感器（温度传感器和烟雾传感器）探测到火灾信号或现场人员发现火灾按下手动报警按钮SB3，区域1的自动报警系统立即启动，这时相应的红色闪光灯闪烁，接着蜂鸣器蜂鸣，灭火系统延时启动，向管理者提供火灾相对应的区域，如管理员在延时时间之内没有按下关闭按钮，灭火系统将自动启动；排烟系统开启，按下关闭按钮SB7，区域1自动报警灭火系统关闭。

当区域二中传感器（温度传感器和烟雾传感器）探测到火灾信号或现场人员发现火灾按下手动报警按钮SB6，区域的自动报警系统立即启动，这时相应的红色闪光灯闪烁，接着蜂鸣器蜂鸣，，灭火系统延时启动，向管理者提供火灾相对应的区域，如管理员在延时时间之内没有按下关闭按钮，灭火系统将自动启动；按下关闭按钮SB7，区域2自动报警灭火系统关闭。

火灾探测器把探测到的信号发送到PLC控制中心，如果控制中心确认事件的真实性后立即启动消防系统。灭火排烟系统开启，5秒后对应失火仓库的消火栓开启喷淋头喷水灭火。灭火完成后按下复位按钮，系统便恢复正常，供电照明。