-基于PLC的楼宇消防系统设计

目 录

一 摘要……………………………………………………………………………3 二 正文……………………………………………………………………………4 1 绪论……………………………………………………………………………4 1.1课题的背景及选题的意义…………………………………………………4 1.2国内外发展状况……………………………………………………………4 2火灾探测器的原理及结构……………………………………………………5

2.1结构造型分类方法…………………………………………………………5

2.2探测火灾参数分类法………………………………………………………5 2.3使用环境分类法……………………………………………………………7

2.4其他分类法 ………………………………………………………………8 3楼宇消防PLC控制系统的设计………………………………………………8 3.1 湿式自动喷水灭火系统简介………………………………………………8 3.2自动喷洒消防泵的电气控制………………………………………………14

3.3PLC楼宇消防控制的优点……………………………………………………15 4楼宇消防联动控制设计………………………………………………………16 4.1消防联动控制系统的设计…………………………………………………16 4.1.1室内小火栓系统的联动设………………………………………………16

4.1.2防排风系统的联动设计…………………………………………………17 4.1.3火灾事故广播系统的设计………………………………………………18 4.2 楼宇消防控制程序的设计及实现…………………………………………19 5 系统组态仿真…………………………………………………………………21 6结论……………………………………………………………………………22 7结束语……………………………………………………………………………23 三 参考文献………………………………………………………………………24

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基于PLC的楼宇消防系统设计

学号：09131050701266 姓名：杨伟伟 专业：机械设计制造及其自动化

摘要 目的 为了保障楼宇的消防安全我们就此进行了研究，为这一问题的解决提

供一个有效的解决方案。方法 分析不同的火灾类型和传统消防设施的缺点，采用消防联动设计。消防联动包括监视和控制两部分，办公楼宇按需要监视的设备有：水流指示器、信号阀、报警阀，需要控制的设备有：消防泵、防排烟系统、火灾事故广播等。消防联动在整个系统中有重要的地位，当探测器探测到火灾信号发送至报警控制中心，经主机分析确认后向需要联设备发出信号，启动灭火设备扑救火灾，同时启动灭火和防排烟设备，防止火灾蔓延。其中消防联动控制设备的组成包括如下：火灾报警控制器，室内消火栓系统，防排烟系统，灾事故广播。结果 解决了由于探测零点漂移而引起的非真实可靠探测的问题和探测器检查问题，而且提高了系统的抗千扰性，增加了可靠性。结论 当楼宇发生火警时，能及时探测、鉴别、判定火灾并启动自动消防设施和报警系统，从而达到了灭火、人员疏散及减低人员及财产损失的目的。

关键词：楼宇消防，控制系统，探测器，可编程

火灾报警系统主要包括探测、控制两部分。探测器探测其周围温度、烟的浓度，经A/D转换变成数字信息并传送给报警控制器，控制器将数字信息进行比较、判别，确认火警后发出声、光报警信号并启动联动模块。消防系统对遏制早期火灾也起到关键作用。

本文主要介绍火灾探测的机理、消防系统的构成以及原理。全文共分5章。 第1章简要介绍楼宇消防发展的历史、国内外发展的状况、楼宇消防系统组成及选题的背景及意义。第2章讨论了火灾探测器的分类、探测原理及由此发展的各种火灾探刻器，并着重论述了离子、光电感烟及感温三种探测器。第3章论述了可编程控制器的发展历史、特点、结构及基本原理等，还论述了S7-200 PLC的特点。第4章论述了楼宇消防PLC控制系统的构成、要求及设计方法。第5章介绍了楼宇消防PLC控制系统的程序设计及实现。

本系统将火灾报警系统及消防系统集成到一起，解决了消防自动报警系统与消防

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系统一直分离，难于统一控制的局面。本系统有着高可靠率、低故障的特点，能够基本满足楼宇消防系统的要求

1绪 论

1.1课题的背景及选题的意义

火灾一直是威胁人类生命财产安全的一大敌人，据统计近年来美国每年大约有6000人死于火灾，1000000人受伤;每年大约有100名消防队员殉职，2500受伤。每年因火灾损失几十亿美元。据公安部统计，自1980年至1990年十年间，全国火灾损失翻了两番。近年来仍呈上升趋势。1991年至1995年，我国发生火灾近20万起，死11643人，伤21245人，直接经济损失46.7亿元。平均火灾损失上升68.6%。 1998年全国共发生火灾14.2万起，火灾致死2380人，致伤4894人，直接财产损失14.4亿元。1999年全国共发生火灾(不含森林、草原、军队火灾)179955起，死2744人，伤4572人，直接财产损失14.4亿元。 “火”就像一把悬在人类头上的双刃剑，既促进了人类文明的进步，又给人类带来了无穷的灾难。

随着人们的生活水平、现代化程度的提高，物质生活极大地丰富，安全保障尤为重要。现代的建筑不仅要满足人们的基本居住条件，而且日益向楼宇的消防安全提出了更高的要求。为了保障楼宇的消防安全我们就此进行了研究，为这一问题的解决提供一个有效的解决方案。

当楼宇发生火警时，能及时探测、鉴别、判定火灾并启动自动消防设施和报警系统，从而达到了灭火、人员疏散及减低人员及财产损失的目的。

1.2国内外发展状况

据资料记载，世界上的古老城镇，一直是由了望员站在了望塔上观察火焰，发现火灾，用报警声人们报警，并通知人们或消防队灭火，此种报替方式一直沿用了很久。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誉装置。

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苦发射装置。1852年安装在波士顿，从此，城镇火灾报苦向前大大迈进了一步。最早的探测技术当推1890年英国人研制的感温探测器。20世纪初，随着化学和化工技术的发展，开始了泡沫灭火剂的研制；同时，建筑结

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构及材料的防火技术也逐渐成为一个重要的研究领域。本世纪中期以来，消防技术也取得了很大的进步；物理学、燃烧学、流体力学和计算机技术等学科的进展，为开展火灾形成机理和成灾规律的研究提供了条件。

本世纪50年代，美国哈佛大学的艾蒙斯(H.W.Enunons)教授提出了火灾模化的理论，为火灾科学的建立奠定了基础。1984年，英国爱丁堡大学庄斯戴尔(D.Drysdale )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。本世纪50年代至70年代，感烟火灾探测器出现，灵敏度比感温探测器大大提高，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理，判断是否发生火灾。它不仅解决了由于探测零点漂移而引起的非真实可靠探测的问题和探测器检查问题，而且提高了系统的抗千扰性，增加了可靠性。

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，经过近二十年的发展，国内的火灾报鳌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，因资金缺乏，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，从而只能走引进一国产化一仿制一自行开发的道路，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。

2 火灾探测器的原理及结构

火灾探测器是系统的“感觉器官”，它的作用是监视环境中有没有火灾的发生。一旦有了火情，就将火灾的特征物理量，如温度、烟雾、气体和辐射光强等转换成电信号，并立即动作，向火灾报带控制器发送报替信号。对于易燃易爆场合，火灾探测器主要探测其周围空间的气体浓度，在浓度达到爆炸下限以前报警。在个别场合下，火灾探测器也可探测压力和声波。下面按火灾探测器的不同分类方法分别介绍其原理和结构。火灾探测器的分类比较复杂。实用的分类方法有结构造型分类法、探测火灾参数分类法和使用环境分类法等。

2.1结构造型分类方法

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按火灾探测器的结构造型分类，可以分成线型和点型两大类。

线型火灾探测器:这是一种响应某一连续线路周围的火灾参数的火灾探测器，其连续线路可以是“硬”的，也可以是“软”的。如空气管线型差温火灾探测器，是由一条细长的铜管或不锈钢管构成“硬”的连续线路。又如红外光束线型感烟火灾探测器，是由发射器和接受器二者中间的红外光束构成“软”的连续线路。

点型探测器:这是一种响应某一点周围的火灾参数的火灾探测器。大多数火灾探测器属于点型火灾探测器。

2.2探测火灾参数分类法

根据火灾探测器探测火灾参数的不同，可以划分为感温、感烟、感光、气体和复合式等几大类。

感温火灾探测器：这是一种响应异常温度、温升速率和温差的火灾探测器。其可分为定温火灾探测和差温火灾探测器两种。定温火灾探测是一温度达到或超过预定值时响应的火灾探侧器；其结构如图1所示：

图1 定温感温火灾探测器结构图

而定温火灾探测器的工作原理则，它是由黄铜和殷铜之类膨胀系数不同的两种金属片结合成双金属小片B的传感器。由此图可知，通常接点a和b离开，一旦发生火灾，则双金属片弯曲，于是a和b两点接触，从而使指示灯发亮或电铃发声。

差温火灾探测器则是一温速率如超过预定值时响应的感温火灾探测器;其结构：

而差温火灾探侧器的工作原理则如图1.4所示:它是一种利用空气膨胀的差动式传感器。这种传感器由气室A、薄金属片形成的曲线图形板D、汇漏孔L和电接点a、b构成。从右图可知，当有火灾时，由于波纹板膨胀，接点a和b接合，故火灾指示灯发亮和铃响如图2所示。

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图2 差温感温火灾探测器工作原理图

差定温火灾探测器一兼有差温、定温两种功能的感温火灾探测器。感温火灾探测器，由于采用不同的敏感元件，如热敏电阻、热电偶、双金属片、易熔金属、膜盒和半导体等，又可派生出各种感温火灾探测器。

感烟火灾探测器：这是一种响应燃烧或热解产生的固体或液体微粒的火灾探测器。由于它能探测物质燃烧初期所产生的气溶胶或烟雾粒子浓度，因此，有的国家称感烟火灾探测器为“早期发现”探测器。

气溶胶或烟雾粒子可以改变光强，减小电离室的离子电流以及改变空气电容器的解电常数半导体的某些性质。由此，感烟火灾探测器又可分为离子型、光电型、电容式和半导体型等几种。其中光电感烟火灾探测器，按其动作原理的不同，还可以分为减光型(应用烟雾粒子对光路遮挡原理)和散光型(应用烟雾粒子对光散射原理)两种。

若按工作特性又可分为非累积型和累积型。非累积型传感器只要达到规定的烟浓度既工作，而累积型传感器只在规定浓度持续20-30s后才工作。

在能放射较弱α射线的电离箱中，放射性同位素产生离子电流，当烟雾进入传感器时，烟雾被α射线吸收，从而使电流减弱。这种结构的传感器不受温度和压力变化的影响。

来自发光二极管的光，经过聚光透镜聚焦在受光器上。正常情况下，光不聚焦在受光器上，但烟雾粒子进入传感器后，由于光散射把光聚在受光器上，从而发出信号。应注意，这种传感器的结构必须做到仅让烟雾进入传感器内部，不能让昆虫等别的物质进去。

感光火灾探测器：感光火灾探测器又称为火焰探测器。这是一种响应火焰辐射出的红外、紫外、可见光的火灾探测器，主要有红外火焰型和紫外火馅型两种。

气体火灾探测器：这是一种响应燃烧或热解产生的气体的火灾探测器。在易

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燃易爆场合中主要探测气体(粉尘)的浓度，一般调整在爆炸下限浓度的1/5-1/6时动作报告。用作气体火灾探测器探测气体(粉尘)浓度的传感元件主要有铂丝、铂钯(黑白元件)和金属氧化物半导体(如金属氧化物、钙钛晶体和尖晶石)等几种。

复合式火灾探测器：这是一种响应两种以上火灾参数的火灾探测器。主要有感温感烟火灾探测器、感光感烟火灾探测器、感光感温火灾探测器等。

其他火灾探测器：有探测泄漏电流大小的漏电流感应型火灾探测器；有探侧静电电位高低的静电感应型火灾探测器；还有在一些特殊场合使用的，要求探测极其灵敏、动作极为迅速，以至要求探测爆炸声产生的某些参数的变化(如压力的变化)信号，来抑制消灭爆炸事故发生的微差压型火灾探测器；以及利用超声原理探测火灾的超声波火灾探测器等等。

2.3使用环境分类法

陆用型：一般用于内陆、无腐蚀性气体的环境，其使用温度范围为-10～+15℃，相对温度在85%以下。在现有产品中，凡没有注明使用环境型式的都为陆用型。

船用型：船用型火灾探测器主要用于舰船上，也可用于其他高温、高湿的场所，其特点是耐高温、高湿，在50℃以上的高温和90～100%的高湿的环境中，可以长期正常工作。

耐寒型：这种火灾探测器特点是耐低温。它能在一40℃以下的高寒环境中长期正常工作。它适用于北方无采暖的仓库和冬季平均温底低于-10℃的地区。

耐酸型：该火灾探测器不受酸性气体的腐蚀，适用于空间经常停滞有较重含酸性气体的工厂区。

耐碱型：该火灾探测器不受碱性气体的腐蚀，适用于空间经常停滞有较重碱性气体的场合。

防爆型：该火灾探测器适用于易燃易爆的场合。其结构符合国家防爆有关规定。

2.4其他分类法

如果按寻址方式分又可分为标准型火灾探测器、可寻址火灾探测器。 标准火灾探测器：即早期使用的开关量火灾探测器，它没有自己的地址码，探测到烟或温度达到报告值后立即给出开关信号报警，报警时只能报到回路。

可寻址探测器：即现在普遍使用的模拟量火灾探测器，它有自己的地址码，并将探测到烟或温的浓度的模拟量值送回控制器，由控制器判别其是否达到报替状态。报告时能显示此探测器的地址码。

现个别公司又推出3D智能探测器，使用微处理器及复合探测器技术来模拟人

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类神经系统的综合感知结构，就象人类通过视觉、嗅觉、触觉监视火灾发生及发展过程，并通过大脑类比分析，对三种信号的时间变化模式和不同火灾参数进行综合评估，排除伪火警，作出准确的判断。

3 楼宇消防PLC控制系统的设计

3.1 湿式自动喷水灭火系统简介

系统的组成：

湿式喷水灭火系统是由喷头、报警止回阀、延迟器、水力警铃、压力开关（安于管上）、水流指示器、管道系统、供水设施、报警装置及控制盘等组成（图3），主要部件如表1所示，

部件表1

编 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 名称 高位水箱 水力警铃 湿式报警阀 消防水泵接合器 控制箱 压力罐 消防水泵 进水管 排水管 末端试水装置 用途 储存初期火灾用水 发出音响报警信号 系统控制阀，输出报警水流 消防车供水口 接收电信号并发出指令 自动启闭消防水泵 专用消防增压泵 水源管 末端试水装置排水 试验系统功能 编号 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 名称 水池 用途 储存1h火灾用水 压力开关 自动报警或自动控制 感烟探测器 延迟器 消防安全指示阀 放水阀 放水阀 排水漏斗（或管） 压力表 节流孔板 指示系统压力 减压 感知火灾，自动报警 克服水压液动引起的误报警 显示阀门启闭状态 试警铃阀 检修系统时，放空用 排走系统的出水 - 8 -

11 12 闭式喷头 水流指示器 感知火灾，出水灭火 23 输出电信号，指示火灾区域 24 水表 过滤器 计量末端试验装置出水量 过滤水中杂质

图3 式自动喷水灭火系统示意图

湿式喷水系统附件：

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水流指示器（水流开关）：其作用是把水的流动转换成电信号报警。其电接点即可直接启动消防水泵，也可接通电警铃报警。在多层或大型建筑的自动喷水系统中，在每一层或每分区的干管或支管的始端安装一个水流指示器。

水流指示器分类：按叶片形状分为板式和桨式两种。按安装基座分为管式、法兰连接式和鞍座式三种。

桨式水流指示器的工作原理：当发生火灾时，报警阀自动开启后，流动的消防水使桨片摆动，带动其电接点动作，通过消防控制室启动水泵供水灭火。

洒水喷头：喷头可分为开启式和封闭式两种。它是喷水系统的重要组成部分。 封闭式喷头：可分为易熔合金式、双金属片式和玻璃球式三种。应用最多的是玻璃球式喷头。

火灾时，开启喷水是由感温部件（充液玻璃球）控制，当装有热敏液体的玻璃球达到动作温度（57、68、79、93、141、182、227、260℃）时，球内液体膨胀，使内压力增大，玻璃球炸裂，密封垫脱开，喷出压力水，由于压力降低压力开关动作，将水压信号变为电信号向喷淋泵控制装置发出启动信号，保证喷头有水喷出。同时，流动的消防水使主管道分支处的水流指示器电接点动作，接通延时电路，通过继电器触点，发出声光信号给控制室，以识别火灾区域。喷头具有探测火情、启动水流指示器、扑灭早期火灾的重要作用。其特点是：结构新颖、耐腐蚀性强、动作灵敏、性能稳定。适用于高层建筑、仓库、地下工程、宾馆等适用水灭火的场合。

开启式喷头：按其结构可分为双臂下垂型、单臂下垂型、双臂直立型和双臂边墙型四种。

开启式喷头的特点是：外形美观，结构新颖，价格低廉，性能稳定，可靠性强。适用于易燃、易爆品加工现场或储存仓库以及剧场舞台上部的葡萄棚下部等处。

压力开关：它安装在延迟器与水力警铃之间的信号管道上。

压力开关的工作原理是：当喷头启动喷水时，报警阀阀瓣开启，水流通过阀座上的环形槽流入信号管道和延迟器。延迟器充满水后，水流经信号管进入压力继电器，压力继电器接到水压信号，即接通电路报警，并启动喷淋泵。

湿式报警阀：安装在总供水干管上，连接供水设备和配水管网。当管网中即使有一个喷头喷水，破坏了阀门上下的静止平衡压力，就必须立即开启，任何迟延都会耽误报警的发生。它一般采用止回阀的形式，即只允许水流向管网，不允许水流回水源。其作用：一是防止随着供水水源压力波动而启闭，虚发警报；二是管网内水质因长期不流动而腐化变质，如让它流回水源将产生污染。当系统开启时报警阀打开，接通水源和配水管。同时部分水流通过阀座上的环形槽，经过

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信号管道送至水力警铃，发出音响报警信号。

控制阀的作用：上端连接报警阀，下端连接进水立管（如图4，是检修管网及灭火后更换喷头时关闭水源的部件。它应一直保持常开状态，以确保系统使用。

图4 湿式报警阀

1-控制阀；；2-报警阀3-试警铃阀；4-放水阀；5、6-压力表；7-水力警铃；

8-压力开关；9-延迟器；10-警铃管阀门；11-滤网；12-软锁

湿式报警阀的分类及作用：

湿式报警阀的分类：有导阀型和隔板座圈形两种。

导阀型湿式报警阀的特点是：除主阀芯外，还有一个弹簧承载式导阀，在压力正常波动范围内此导阀是关闭的，在压力波动小时，不致使水流入报警阀而产生误报警，只有在火灾发生时，管网压力迅速下降，水才能不断流人，使喷头出水并由水力警铃报警。

隔板座圈型报警阀的特点是：主阀瓣铰接在阀体上，并借自重坐落在阀座上，当阀板上下产生很小的压力差时，阀板就会开启。为了防止由于水源水压波动或管道渗漏而引起的隔板座圈型湿式报警阀的误动作，往往在报警阀和水力警铃之间的信号管上装设延迟器。

湿式报警阀的作用：平时阀芯前后水压相等，水通过导向杆中的水压平衡小孔保持阀板前后水压平衡，由于阀芯的自重和阀芯前后所承受水的总压力不同，阀芯处于关闭状态(阀芯上面的总压力大于阀芯下面的总压力)。发生火灾时，闭

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式喷头喷水，由于水压平衡小孔来不及补水，报警阀上面的水压下降，此时阀下水压大于阀上水压，于是阀板开启，向洒水管网及洒水喷头供水，同时水沿着报警阀的环形槽进入延迟器、压力继电器及水力警铃等设施，发出火警信号并启动消防水泵等设施。

放水阀的作用：进行检修或更换喷头时放空阀后管网余水。 警铃管阀门的作用：检修报警设备，应处于常开状态。

水力警铃的作用：火灾时报警。水力警铃宜安装在报警阀附近，其连接管的长度不宜超过6m，高度不宜超过2m，以保证驱动水力警铃的水流有一定的水压，并不得安装在受雨淋和曝晒的场所，以免影响其性能。电动报警不得代替水力警铃。

延迟器的作用：它是一个罐式容器，安装在报警阀与水力警铃之间，用于防止由于水源压力突然发生变化而引起报警阀短暂开启，或对因报警阀局部渗漏而进入警铃管道的水流起一个暂时容纳作用，从而避免虚假报警。只有在火灾真正发生时，喷头和报警阀相继打开，水流源源不断地大量流入延迟器，经30s左右充满整个容器，然后冲入水力警铃。

试警铃阀的作用：进行人工试验检查，打开试警铃阀泄水，报警阀能自动打开，水流应迅速充满延迟器，并使压力开关及水力警铃立即动作报警。

末端试水装置：喷水管网的末端应设置末端试水装置，宜与水流指指示器一一对应。末端试水装置的作用是对系统进行定期检查，以确定系统是否正常工作。

湿式喷水灭火系统的控制原理：

当发生火灾时，随着火灾部位温度的升高，自动喷洒系统喷头上的玻璃球爆破(或易熔合金喷头上的易熔合金片熔化脱落)，喷头开启喷水。水管内的水流推动水流指示器的桨片，使其电触头闭合，接通电路，输出报警电信号至消防中心。水流指示器安装在喷水管网的每层水平分支管上或某一区域的分支管上，可以直接得知建筑物的哪一层、哪一部分闭式喷头已开启喷水。也可安装在主干水管上支管上，直接控制启动水泵。此时，设在主干水管上的报警阀被水流冲开，向洒水喷头供水，同时水经过报警阀流入延迟器，水流充满延迟器后，经延迟，又流入压力开关(继电器)，使压力继电器动作，SP接通，使喷洒用消防泵启动。在压力继电器动作的同时，启动水力警铃，发出报警信号（如图5）。

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图5 喷淋泵闭环控制

3.2自动喷洒消防泵的电气控制

自动喷洒用消防泵受水路系统的压力开关或水流指示(继电)器直接控制，延时启泵，或者由消防中心控制启停泵。

自动喷洒用消防泵一般为两台泵一用一备，互为备用，工作泵故障，备用泵延时自动投入运行的形式（如图6）。

图6 自动喷洒消防泵一用一备电气控制电路

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发生火灾时，喷洒系统的喷头自动喷水，设在主立管上的压力继电器(或接在防火分区水平干管上的水流继电器)SP接通，其常开触头SP(1a-5)[8]闭合，使通电延时时间继电器KT3[8]得电吸合。经延时，KT3的延时闭合的常开触头KT3(1a-7)[10]闭合，使中间继电器KA4[9]和通电延时时间继电器KT4[10]得电吸合并自锁。若万能转换开关SA置于1#泵用2#泵备的位置，则1#泵的接触器KM1得电吸合，1#泵启动向系统供水。如果此时1#泵故障，接触器KM1跳闸，使2#泵控制电路中的时间继电器KT2得电吸合，经延时，KT2的延时闭合的常开触头KT2(65-59)[25]闭合，KA4的常开触头[25]已闭合，使接触器KM2得电吸合，2#泵作为备用泵启动向自动喷洒系统供水。当水泵作为备用泵运行时，水泵过负荷热继电器不再使接触器跳闸，只发出报警信号。

根据消防规范的规定，火灾时喷洒泵启动运转1h后，自动停泵。因此，时间继电器KT4的延时时间整定为lh。KT4得电吸合1h后，其延时断开的常闭触头KT4(7—9)[9]断开，使中间继电器KA4[9]失电释放。KA4的常开触头复位，使正在运行的喷洒泵控制电路失电，水泵停止运行。

液位器SL安装在水源水池，当水源水池无水时，液位器SL的常开触头SL(1a-3)[7]闭合，使KA3[7]得电吸合，其在图区17、25中的常闭触头断开，使1#泵、2#泵自动控制电路失电，水泵停止运转。

3.3 PLC楼宇消防控制的优点

用西门子公司的SIEMENS s7—200系列的PLC，此系列的PLC具有结构紧凑、模块化、可扩展性强、指令集丰富等特点。所选用的CPU型号为CPU 224可扩展7个模块，最大达94DI/74DO,16AI/16AO（模拟量输入/模拟量输入）并且提供14个数字量输入和10个数字量输出。输入/输出接口电路均采用了光耦合电路，对外界接口具有很强的适应性。由于使用了电动调节阀，所以还扩展了一个EM 232模拟量输入模块。该模块具有2路模拟量输出，电流输出量程为，电流全量程分辨率为11位，25℃时的精度为±0.25%，稳定时间为2ms。可满足比较复杂的控制系统的要求。

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

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信请求。如果有则进行相应的处理，比如，接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。

与普通微机类似，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：

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； 执行程序：顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状念和指令内容进行逻辑运算；

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。

4 楼宇消防联动控制设计

消防联动包括监视和控制两部分。办公楼宇按需要监视的设备有：水流指示器、信号阀、报警阀，需要控制的设备有：消防泵、防排烟系统、火灾事故广播等。消防联动在整个系统中有重要的地位，当探测器探测到火灾信号发送至报警控制中心，经主机分析确认后向需要联设备发出信号，启动灭火设备扑救火灾，同时启动灭火和防排烟设备，防止火灾蔓延。其中消防联动控制设备的组成包括如下：火灾报警控制器，室内消火栓系统，防排烟系统，灾事故广播。

4.1消防联动控制系统的设计

4.1.1室内小火栓系统的联动设计

室内消火栓系统的每个消火栓都配有一个消火栓启动按钮，本设计采用编码消火栓按钮，直接接入火灾报警控制器，当发生火灾的时候可以直接启动消防泵，启泵的同时向消防控制中心发送反馈信号，在消火栓按钮处设有启泵指示灯，用来指示消防泵的运行状态，同时消防控制室可以控制相仿泵的启、停，显示消火栓水泵的工作、故障状态，显示消火栓启泵按钮的位置（如图7）。

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图7 消防泵电器原理控制图

4.1.2防排风系统的联动设计

每层任一感烟探测器、火灾手动报警器按钮动作后，向报警控制中心发出报警，同时启动相邻层排烟阀，并启动消防排烟风机，当楼梯间内烟感报警，正压送风阀开启并启动正压送风机，当温度超过70℃，时，70℃防火阀自熔并闭合，当温度超过280℃时280℃排防火阀自熔关闭并关闭排防风机（如图7）。

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图7 排烟风机控制电路图

4.1.3火灾事故广播系统的设计

火灾事故广播系统有广播功放盘、广播录放盘、传输线路、电源、扬声器及广播控制模块组成，本设计为专用的广播系统，在火灾发生后，保证及时向着火区发出警报，按照疏散的顺序接通火灾事故广播系统。设计中每层设有SD8012扬声器一层12个，二层10个其他各层10个。每只音箱功率3W，采用SD8100系列总线式火灾事故广播系统，由SD8000广播录放盘，SD8010消防广播功放盘，SD8120消防广播分配盘，SD8130广播系统控制模块及SD8012扬声器组成。

SD8100系统总线式火灾事故广播系统是通过专用的广播控制总线及总线上的广播控制模块来启动各个广播回路。当火灾发生时，由设置在消防控制中心的火灾事故广播系统对火灾现场及相关场所实施紧急广播，通过SD8120广播分配盘可实现手动、自动、某一路或多路消防广播，系统构成如图8。

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图8 广播系统构成图

在分置扬声器的过程中，根据规范要求在每层的走廊、楼梯间、电梯前厅及活动大厅等处设置，保证从一个防火分区的任何部位到最近的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大于12.5，满足规范的要求。

4.2 楼宇消防控制程序的设计及实现

喷淋降尘系统一般都有场地比较大，控制距离远的特点。如果采用人工控制的方式，不仅劳动强度大，而且由于人为原因，还会造成喷洒不均匀等情况，所以选择一种自动控制系统是比较理想的解决方式。

系统控制采用进口工业可编程控制器（PLC）实现程序控制；选用PLC有若干种类型扩展基本单元，可根据实际输入、输出点进行本地扩展或远程扩展。楼宇喷淋系统控制方式主要包括就地程序控制和就地手动控制两种控制方式，也可实现远程控制启停的控制方式，工作方式分为：同时喷淋、循环喷淋、组合喷淋、定时喷淋等。并且各种方式时间可以调整。

采用就地程序控制和就地手动控制相结合的控制方式，,操作人员可根据实际的运行环境选择相应的控制方式；

简单灵活地设置喷枪喷淋的组合方式、喷淋时间、喷淋顺序； 并可对时间参数进行任意设定；

为满足系统在不同季节气候条件下的运行要求,控制系统可选择夏季及春秋季的喷淋，可满足不同季节的喷淋要求；

可实现PLC时钟定时喷洒，无需人员值守。

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控制柜内主机PLC标配为施耐德公司的TWIDO系列；西门子公司的S7-200系列；AB公司的1762系列，这些PLC为小型且经济价格较低，而大型PLC与小型PLC的价格相差几倍。

控制柜内主要电气元件如中间继电器、按钮、指示灯等为施耐德低压电器系列。 控制柜的控制有控制方式采用就地手动/自动/远控三种方式，三种方式各自独立，就地控制为优先级。通过程序选择按钮，操作人员可根据实际的运行环境选择相应的控制程序。 手动控制：控制柜面板上按钮操作来控制与其一一对应的喷枪。自动控制：控制柜内的可编程控制器PLC，据现场实际情况编制的程序按所选择的工作程序自动运行，来控制各喷枪的运行壮态、喷枪喷淋的组合方式、喷淋时间等。远程控制：由就地控制柜预留的电缆硬接线端口与集控室相连实现远控。控制柜远控接口接收集控室以无源干接点、开关量形式下传的起动/停止指令，并反馈系统的运行壮态、故障等信号至集控室，或通过以太网接口与集控室相连实现远程控制。

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图9 主程序流程图

5 系统组态仿真

基于组态软件的PLC仿真系统的结构如图5-1所示，计算机通过RS232与PLC通信，通过编程软件STEP7把编译好的PLC控制程序下载到PLC中。

打开计算机的组态软件运行窗口，通过鼠标操作如图6所示图形界面的各个按钮，同时，此信号将发向PLC，PLC接收到信号以后，经过PLC的控制程序发出控制指令。上位机接收到控制指令以后，控制画面上的图形，动画，指示灯等

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的变化来代替真实的

图9 仿真实验的系统结构

收到控制指令以后，控制画面上的图形，动画，指示灯等的变化来代替真实的被控对象的各种动作。也就是说，仿真的被控对象不仅可以接受PLC发出的控制信号，也可以向PLC发出各种命令信号，还能按照程序的算法以动画、数值、文字、复选框、标尺等形式在计算机屏幕上反映出PLC的控制过程和结果。

图 10 组态软件仿真图

点下开始按钮以后，红外线发射器开始工作，经过计算，得到门打开的距离，当人进入以后，智能门自动关闭。

6结论

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本文的特点在于将PLC应用到了楼宇消防的控制系统中。本系统在实际应用中，取得了良好的实际效果，且安全性良好。实践证明，以PLC为核心构造的楼宇消防系统，是一种简单有效、成本低廉的解决方案，具有较高的可靠性、灵活性和经济适用性。

7结束语

本文是在导师唐仁奎老师的悉心指导下完成的。唐老师为我们创造了宽松自由而不失严谨的学习环境。导师严谨求学的治学态度，诲人不倦的敬业精神，正直坦荡的为人风范使学生受益匪浅。谨此向导师致以崇高的敬意和衷心的感谢!

在课题选题和研究过程中，得到了我寝室全体同学的热情指导和帮助，他们的鞭策和鼓励是我完成本论文的强大精神动力。他们在学习上和生活上也给我提供了许多帮助和支持，他们的深厚情谊我也将铭记在心。

感谢我的家人对我的支持和鼓励，在我的漫漫求学生涯中，他们始终如一在默默的支持着我。为了把我培养成社会有用之人，使我有个美好的将来，他们给我提供了强大的精神力量和物质后盾，这份情意我将终生铭记，毕生回报。

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参考文献

[1]吴启鸿、肖学锋著 我国消防科学技术的回顾与展望 消防技术与产品信息，1999年第1期

[2]贾伯年、俞朴主编 传感器技术，南京:东南大学出版社，1992

[3]连忠勇主编 电梯模型PLC控制系统设计(硕士学位论文) 西安:西安建筑科技人学，2005

[4]陈在平主编 [5]袁任光主编 [6]高钦和主编 [7]史国生主编 [8]王永华主编

可编程控制器技术与应用系统设计 北京:机械工业出版社，2002 可编程序控制器(PLC)应用技术与实例 广州:华南理工大学出版社，2000 可编程控制器应用技术与实例 广州:华南理工大学出版社，2004 电气控制与可编样控制器技术 北京:化学工业出版社，2004 现代电气控制及PLC应用技术 北京:北京航空航天大学，2000 23

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