PLC火灾自动报警的设计

学号 09131050701207

中 南 大 学 现 代 远 程 教 育

毕 业 论 文

论文题目 基于PLC火灾自动报警的设计

姓 名 王敬

专 业 机械设计制造及其自动化

层 次 专升本

入学时间 2009秋

管理中心 重庆直属管理中心

学习中心 重庆直属学习中心

指导教师 郑钢

2011年10月10日

目 录

绪论 ................................................................................................................................................. 1

第1章 火灾自动报警系统简介 ................................................................................................... 3

1.1火灾自动报警系统概述 ................................................................................................... 3

1.2火灾自动报警系统设计要求 ........................................................................................... 3

1.3火灾自动报警系统的基本组成 ....................................................................................... 4

1.4火灾探测器 ....................................................................................................................... 4

1.5火灾探测器的分类 ........................................................................................................... 4

1.6本章小结 ........................................................................................................................... 5

第2章 系统的设置 ....................................................................................................................... 5

2.1区域报警控制系统 ........................................................................................................... 5

2.2集中报警控制系统 ........................................................................................................... 6

2.3控制中心报警系统 ........................................................................................................... 6

2.4本章小结 ........................................................................................................................... 6

第3章 PLC的定义 ........................................................................................................................ 6

3.1 PLC的特点 ........................................................................................................................ 7

3.2 PLC的基本结构 ............................................................................................................... 9

3.3 PLC的工作原理 ............................................................................................................. 13

3.4本章小结 ......................................................................................................................... 14

第4章 火灾自动报警系统设计 ................................................................................................. 12

4.1建筑状况 ......................................................................................................................... 12

4.2防火分区的划分 ............................................................................................................. 12

4.3探测区域和报警区域的划分 ......................................................................................... 13

4.4火灾探测器的选择布置和计算 ..................................................................................... 14

4.5 PLC的选用 ..................................................................................................................... 19

4.6楼宇消防PLC控制系统的设计 ..................................................................................... 19

4.7消防联动的设计 ............................................................................................................. 22

4.8本章小结 ......................................................................................................................... 29

第5章 结论 ................................................................................................................................. 29

结束语 ........................................................................................................................................... 30

参考文献 ....................................................................................................................................... 30

基于PLC火灾自动报警的设计

学号：09131050701207 姓名：王敬 专业：机械设计制造及其自动化

摘要 目的 探测器原理及结构；楼宇消防控制程序的设计及实现；楼宇消防PLC控制系统的设计。方法 对区域报警控制系统设置和火灾自动报警系统的设计。结果 对火灾自动报警系统的设计，首先对研究的建筑状况进行分析，然后对其它的防火分区划分，选择其火灾探测器以及布置和计算分布数量，硬件上选用PLC进行控制，研究了探测器及喷淋泵的硬件构成和控制，对防排烟以及广播系统进行研究，组成联动控制。 结论 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。

关键词：楼宇消防，控制系统，探测器，可编程控制。

绪论

随着信息社会的发展，建筑越来越成为人类环境中的一个组成，从工业社会到现代化建筑的概念转向面对信息社会的需求，智能建筑正在世界范围内蓬勃发展，并在大量的建筑实践中取得了显著地成效。

实践证明，随着社会和经济的发展，消防工作的重要性就越来越突出。由此,火灾报警器在消防工作就的作用也尤为突出了。我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。但目前国内厂家多偏重用于大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所大型火灾报警系统的研发，他们采用集中区域报警控制方式，其系统复杂、成本较高。而在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位，需要设置一种单一或区域联网、廉价实用的火灾自动探测报警装置，因此，研制一种结构简单、价格低廉的语音数字联网火灾报警器是非常必要的。

火灾自动报警系统，一般由火灾探测器、区域报警器和集中报警器组成；也可以根据工程的要求同各种灭火设施和通讯装置联动，以形成中心控制系统。即由自动报警、自动灭火、安全疏散诱导、系统过程显示、消防档案管理等组成一个完整的消防控制系统。 火灾探测器是探测火灾的仪器，由于在火灾发生的阶段，将伴随产生烟雾、高温格火光。这

些烟、热和光可以通过探测器转变为电信号报警或使自动灭火系统启动，及时扑灭火灾。 区域报警器能将所在楼层之探测器发出的信号转换为声光报警，并在屏幕上显示出火灾的房间号；同时还能监视若干楼层的集中报警器（如果监视整个大楼的则设于消防控制中心）输出信号或控制自动灭火系统。 集中报警是将接收到的信号以声光方式显示出来，其屏幕上也具体显示出着火的楼层和房间号，机上停走的时钟记录下首次报警时间性，利用本机专用电话，还可迅速发出指示和向消防队报警。此外，也可以控制有关的灭火系统或将火灾信号传输给消防控制室。

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，用报警声给人们报警，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Chinning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警发射装置。1852年安装在波士顿，从此，城镇火灾报警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干扰性，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—国产化—仿制—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。

主要研究内容

本文对探测器、可编程控制分别加以研究讨论，最后介绍了软件设计思路及软件程序。 主要内容如下:

(1) 探测器原理及结构;

(2) 楼宇消防PLC控制系统的设计;

(3) 楼宇消防控制程序的设计及实现。

第1章 火灾自动报警系统简介

1.1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。

1.2 火灾自动报警系统设计要求

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—所以我们可以将火灾自动报警系统的组成结构及功能关系绘出如图2.1

图1-1火灾自动报警系统结构图示意

1.3 火灾自动报警系统的基本组成

火灾自动报警系统是由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置以及具有其它辅助功能的装置组成的火灾报警系统，在火灾自动报警系统中，自动或手动产生火灾报警信号的器件称为触发件，主要包括火灾探测器和手动火灾报警按钮。

1.4 火灾探测器

火灾探测器是火灾自动报警系统的传感部分，是组成各种火灾自动报警系统的重要组件，是火灾自动报警系统的“感觉器官”。它能对火灾参数(如烟、温度、火焰辐射、气体浓度等)响应，并自动产生火灾报警信号，或向控制和指示设备发出现场火灾状态信号的装置。火灾探测器是系统中的关键元件，他的稳定性、可靠性和灵敏度等技术指标会受到诸多因素的影响，因此火灾探测器的选择和布置应该严格按照规范进行。

1.5 火灾探测器的分类

根据不同的火灾探测方法可构成相应的火灾探测器，按照其待测的火灾参数不同可以划分为感烟式、感温式、感光式火灾探测器和可燃气体探测器，以及烟温、烟光、烟温光等复合式火灾探测器和多信号输出式火灾探测器（如下图）。

图-1.2火灾探测器分类型谱

1.6 本章小结

本章节主要讲述了火灾自动报警的组成形式以及发展的三个阶段，其火灾自动报警的在现场的设计要求，以及火灾探测器的分类。

第2章 系统的设置

随着新产品的不断出现，火灾自动报警系统也由传统型向现代火灾自动报警发展。在诸多的产品中以区域报警和集中报警控制器的应用最为广泛，以下介绍两者的设置。

2.1 区域报警控制系统

区域报警控制系统是火灾自动报警系统组成的一种形式，它是由电子元件组成的自动报警和监控装置。当探测器检测到火灾信号，电子线路将火灾信号转换为电压或数字信号，通过导线传输到区域报警器，经过处理后发出声光报警信号，同时将火灾部位传输给集中报警控制器，适用于较小范围的保护。有些区域报警控制器可单独组成系统进行消防灭火自动处理。区域报警控制器的设置应该符合以下的规定：

（1） 一个报警区域应设置一台区域报警控制器，系统中区域报警控制器不应该超过3台。

（2） 当用一台区域报警控制器警戒数个楼层时，应在每层各楼梯口明显部位装设识别楼层的灯光显示区域。

（3） 区域报警控制器安装在墙上时，其底边距地的高度不应小于1.5m。靠近门轴的侧面距墙不应小于0.5m，正面操作距离不应小于1.2m。

（4） 区域报警控制系统宜设在有人值班的房间或宾馆每层服务台。

2.2 集中报警控制系统

集中报警控制系统是有电子线路组成的集中自动监控报警装置，各个区域报警巡回检测带的信号均集中到这一总的监控报警装置。它具有部位指示、区域显示、巡检、自检、火灾报警音响、计时、故障报警、记录打印等一系列功能，在发出报警信号同时可自动采取系统的消防功能控制动作，达到消防的目的和手段，适用于较大范围内多个区域的保护。集中报警控制器的设置应该满足以下规定：

(1) 系统中应设有一台集中报警控制器和两台以上区域报警控制器。

(2) 集中报警控制器的容量不宜小于保护范围内探测区域总数。

(3) 集中报警控制器距墙不应小于1m，正面的操作距离不应小于2m。

(4) 区域报警控制器的设置应符合上述区域报警控制系统的有关要求。

2.3 控制中心报警系统

由消防控制室的消防控制设备、集中火灾报警控制器、区域火灾报警控制器和火灾自动报警探测器等组成，或由消防控制室的消防控制设备、火灾报警控制器、区域显示器和火灾自动报警探测器等组成，功能复杂的火灾自动报警系统。系统的容量较大，消防设施控制功能较全，适用于大型建筑的保护。

(1) 系统中应至少设置一台集中报警控制器和必要的消防控制设备；

(2) 设在消防控制室以外的集中报警控制器，均应将火灾报警信号和消防联动控制信号送至消防控制室；

(3) 区域报警控制器和集中报警控制器的设置，应符合上述控制中心报警系统的有关要求。

2.4 本章小结

本章主要讲了区域报警控制系统的设置以及符合规定，集中报警控制系统的功能和设置，以及控制中心系统的组成和要求。

第3章 PLC的定义

由于PLC在不断发展，因此，对它下一个确切的定义是困难的。在二十世纪七十年代

PLC问世后，由美国电气制造商协会(National Electric Manufacturer Association—NEMA)对PLC下过如下的定义：

PLC是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。

1982年，国际电工委员会(International Electrical Committee—IEC)颁布了PLC标准草案，1985年提交了第2版，1987年的第3版对PLC作了如下的定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。

上述的定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，它有与其他顺序控制装置不同的特点。

3.1 PLC的特点

PLC能如此迅速发展的原因是由于它具有通用计算机所不及的一些下列特点：

(1) 可靠性。对可以维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性．PLC的可靠性高，表现在下列几方面：

与继电器逻辑控制系统比较，PLC可靠性提高的主要原因：

①PLC不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少。与此同时，系统的维修简单、维修时间缩短，因此可靠性得到提高。

②PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如冗余设计、掉电保护、故障渗断和信息保护及恢复等，使可靠性得到提高。

③PLC有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点，因此对操作和维修人员的技能要求降低，容易学习和掌握，不容易发生操作的失误，可靠性高。

与通用的计算机控制系统比较，PLC可靠性提高的主要原因：

①PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制系统更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了经简化的编程语言，编程的出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。因此，PLC的可靠性较通用计算机控制系统的可靠性有较大提高。

②在PLC的硬件设计方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的元件；采用先迸的工艺制造流水线生产；对干扰采用屏蔽、隔离和滤波等，设有对电源的掉电保护、存储器内容的保护并采用看门狗和其他自诊断措施、便于维修的设计等等。

③在PLC的软件设计方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件

滤波，软件自诊断、简化编程语言、信息保护和恢复、报警和运行信息的显示等等。一份用户选用PLC原因的调查报告指出，在各种选用PLC的原因中，第一位的原因是由于PLC可靠性高的用户达93％。其次，才是性能和维修方便等原因。可见，可靠性高是PLC的主要特点。

(2) 易操作性

PLC的易操作性表现在下列三个方面：

①操作方便。对PLC的操作包括程序输入的操作和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行程序输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需的地址编号、继电器编号或触点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT屏幕上显示。所以PLC具有操作方便的特点。

②编程方便。PLC有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，梯形图由于与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。所以有利于程序的编写和学习。采用布尔助记符编程语言时，由于符号是功能的简单缩写，十分有利于编程人员的编程。虽然功能表图、功能模块图和高级描述语句的编程方法应用尚未普及，但是，由于它们具有功能清晰、易于理解等优点，正为广大技术人员所接纳和采用并发挥出更有效的功能特点。

③维修方便。PLC所具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低了。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可根据有关故障信号灯的提示和故障代码的显示，或通过编程器和CRT屏幕的显示，很快地找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。

为便于维修工作的开展，有些PLC的制造企业提供了维修用的专用仪表或设备，提供了故障树等维修用的资料．有些厂商还提供维修用的智能卡件或插件板，使维修工作变得十分方便。

PLC的面板和结构的设计也考虑了维修的方便性，例如，对需维修的部件设置在便于维修的位置，信号灯设置在易于观察的部位，接线端子采用便于接线与更换的类型等，这些设计使维修工作能方便地进行，从而大大节省维修时间。采用标准化元件和标准化工艺生产流水线作业，使维修用的备品备件简化，也使维修变得方便。

(3) 灵活性

PLC的灵活性表现在下列三方面：

①编程的灵活性。PLC采用的编程语占有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块图和语句描述编程语言，只要掌握其中一种语言就可以进行编程。编程方法的多样性使编程方便，应用面拓展。由于采用软连接的方法，在生产工艺流程更改或者生产设备更换时，可以不必改变PLC的硬设备，通过程序的编制与更改就能适应生产的需要。这种编程的灵

活性是继电器顺序控制系统所不能比拟的。正是由于编程的柔性特点，使PLC能大量地替代继电器顺序控制系统，成为当今工业控制领域的重要控制设备。在柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)和计算机集成过程控制系统(CIPS)qb，PLC正成为主要的控制设备，得到广泛的应用。

②扩展的灵活性。PLC的扩展灵活性是它的一个重要的特点。它可根据应用的规模不断扩展，即可进行容量的扩展，功能的扩展，应用和控制范围的扩展。它不仅可以通过增加输入输出单元来增加点数，通过扩展单元来扩大容量和功能，也可以通过多台PLC的通信来扩大容量和功能，甚至可通过与集散控制系统(DCS)或其他上位机的通信来扩展它的功能，并与外部设备进行数据的交换等。这种扩展的灵活性大大地方便了用户。

③操作的灵活性。操作的灵活性是指设计的工作量大大减少，编程的工作量和安装施工的工作量大大减少，操作十分灵活方便，监视和控制变得容易。在继电器顺序控制系统中所需的一些操作可以简化，不同的生产过程可采用相同的控制台或控制屏等。

3.2 PLC的基本结构

PLC的型号、规格繁多。它主要由中央处理单元CPU、存储器、输入、输出等部分组成。

(1)中央处理单元CPU。

CPU是PLC的核心，其主要作用是：

①接收从编程器输入的用户程序，并存入程序存储器中；

②用扫描方式采集现场输入状态和数据，并存入相应的数据寄存器；

③执行用户程序，从程序存储器中逐条取出用户程序，经过解释程序解释后逐条执行，完成程序规定的逻辑和算术运算，产生相应的控制信号去控制输出电路，实现程序规定的各种操作；

④通过故障自诊断程序，诊断PLC的各种运行错误；

因此，CPU的性能对PLC的整机性能有着决定性的影响。

(2) 存储器

PLC的存储器用来存放程序和数据。程序分系统程序和用户程序。

①系统程序存储器

该存储器存放系统程序(系统软件)。系统程序是PLC研制者所编的程序，它是决定性能的关键。系统程序包括监控程序、解释程序、故障自诊断程序、标准子程序库及其他各种管理程序等。系统程序由制造厂家提供，一般都固化在ROM或EPROM中，用户不能直接存取。系统程序用来管理、协调PLC各部分的工作，翻译、解释用户程序，进行故障诊断等

②用户程序存储器

该存储器存放用户程序(应用软件)。用户程序是用户为解决实际问题并根据PIC的指令系统而编制的程序，它通过编程器输入，经CPU存放入用户存储器。为便于程序的调试、修改、扩充、完善，该存储器使用RAM。

③变量(数据)存储器

变量存储器存放PLC的内部逻辑变量，如内部继电器、FO寄存器、定时器/计数器中逻辑变脸的现行值等，这些现行值在CPU进行逻辑运算时需随时读出、更新有关内容，所以，变量存储器也采用RAM。现今用户程序存储器和变量存储器常采用低功耗的CMOS—RAM及锂电池供电的掉电保持技术，以提高运行可靠性。通常PLC产品资料中所指的内存储器容量，是指用户程序存储器而言，且以字(6位/字)为单位来表示存储器的容量。

(3) 输入输出接口(简称I/O)

输入输出接口是CPU与工业现场装置之问的连接部分，是PLC的重要组成部分。与微机的I/O接口工作于弱电的情况不同，PLC的I/O接口是按强电要求设计的，即其输入接口可以接受强电信号，其输出接口可以直接和强电设备相连接。对于小型PLC，厂家通常将I/O部分就装在PLC的本体部分，而对于中、大型PLC，各厂家通常都将I/O部分做成可供选取、扩充的模块组件，用户可根据自己的需要选取不同功能，不同点数的组件来组成自己的控制系统。为便于检查，每个I/O点都接有指示灯，某点接通时，相应的指示灯发光指示。用户可以方便地检查各点的通断状态。

①输入接口

输入接口的功能是采集现场各种开关接点的状态信号，并将其转换成标准的逻辑电平，送给CPU处理．一般的输入信号多为开关量信号，各种开关量输入接口的基本结构大同小异，常有直流和交流开关量输入接口电路两种。交流开关量输入接口电路与直流开关量输入接口电路的主要区别是，前者要由现场提供交流电流，输入的交流信号经整流后得到直流，再去驱动光电耦合器。在机械设备中，除开关量外，还常遇到一些模拟量如温度、压力、位移和速度等。对这些模拟量进行采集时，必须经模数转换器(ACD)将模拟量转换成数字量，才能为PLC的CPU所接受。

②输出接口

为适应不同的负载，输出接口有多种方式。常用的有晶体管输出方式、晶闸管输出方式和继电器输出方式。晶体管输出方式用于直流负载；双向晶闸管输出方式用交流负载，继电器输出方式可用于直流负载，也可用于交流负载。一些PLC还具有模拟输出接口，用于需要摸拟信号驱动的负载。

(4) 编程器

编程器是PLC中一种主要的外部设备，它是开发、维护PLC拧制系统的必备设备。编

程器用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视，还可以通过其键盘去调用与显示PLC的一些内部状态和系统参数。它通过通信端口与CPU联系，完成人机对话连接。编程器上有供编程用的各种功能键和显示灯，以及编程、监控转换丌关。编程器的键盘采用梯形图语言键符，也可以采用软件指定的功能键符，通过屏幕对话方式进行编程．编程器有便携式和CRT智能式两大类，前者只能联机编程，而后者既可联机编程，又可脱机编程。便携式编程器体积小，重量轻，可随身携带，便于在生产现场使用。一般的小型PLC主要采用便携式编程器。编程器是专用的，不同型号的PLC都有自己专用的编程器，不能通用。PLC正常工作时，不一定需要编程器。因此，多台同型号的PLC可以只配一个编程器。

(5)其他设备

PLC的外部设备还有盒式录音机、打印机、EPROM写入器及高分辨率屏幕彩色图形监控设备等。

3.3 PLC的工作原理

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：

(1) 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；

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

(3) 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。

在实际应用中，大多数机械设备的工作过程可以分为一系列不断重复的顺序操作，PLC的工作方式与此相似。因此，PLC的程序可与机器的动作一一对应，程序编制简单、直观，不容易出错，而且容易修改，从而大大减少了软件的开发费用，缩短了软件的开发周期。

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。

3.4 本章小结

本章主要讲了PLC的定义和发展，PLC能够迅速发展的优势特点，以及讲解了PLC的基本结构和PLC的工作原理。

第4章 火灾自动报警系统设计

本系统主要由检测系统子系统、中央控制器、报警子系统系统和灭火子系统系统四个部分组成，检测子系统主要传感器组成。为了提高系统可靠性，减少误报和漏报，本系统采用了感烟和感温两种传感器，能同时根据情况发出火灾信号。

报警子系统主要采用喇叭式和灯闪烁式两种方案，本系统采用喇叭报警，便于长距离的火灾信号传递，以便于人们的疏散和系统自动的控制。

4.1 建筑状况

教学楼是学院学生集中上课的场所，教学楼内来往学生教师较多，在其内部还有各种贵重设备、资料、文献等，所以一定要做好防火等工作。该楼共八层，三到八层为通用层，一层高5m，标准层为4m，总共33m。每层建筑面积为1084.43m2 。依据《高层民用建筑防火设计规范》，该建筑为二类建筑，耐火等级为二级。

4.2 防火分区的划分

教学楼共八层，其中三到八层为通用层，一二层高5m，标准层为4m，总共34m。每层建筑面积为1084.43m2 。依据《火灾自动报警系统设计规范》将其界定为二级保护对象。依据《高层民用建筑防火设计规范》，该建筑为二类建筑，耐火等级为二级。在划分防火分区时应该满足表5.1的规定。高层建筑内应采用防火墙等划分防火分区，每个防火分区允许最大建筑面积，不应超过下表的规定。

表4-1 每个防火分区的允许最大建筑面积

注：

1 设有自动灭火设备的防火分区，其最大允许建筑面积可按本表增加一倍，局部设置时，增加面积可按局部的一倍计算。

2 高层主体建筑与相连的附属建筑之间，如设有防火墙等防火分隔设施，其附属建筑的防火分区面积可按本表增加一倍。

由于教学楼设有自动喷水灭火系统设备允许把建筑面积增加一倍，所以把每层划分为一个防火分区，共分为八个防火分区。

4.3 探测区域和报警区域的划分

火灾自动报警系统的保护对象形式多样，功能各异，规模不等。为了便于早期探测、早期报警，方便日常的维护管理，在安装的火灾自动报警系统中，人们一般都将其保护空间划分为若干个报警区域。每个报警区域又划分了若干个探测区域。这样这可以在火灾时，能够迅速、准确地确定着火部位，便于有关人员采取有效措施。

因此，所谓报警区域就是人们在设计中将火灾自动报警系统的警戒范围按防火分区或楼层划分的部分空间，是设置区域火灾报警控制器的基本单元。一个报警区域可以由一个防火分区或同楼层相邻几个防火分区组成，但同一个防火分区不能在两个不同的报警区域内；同一报警区域也不能保护不同楼层的几个不同的防火分区。

1 、报警区域的划分

根据《火灾自动报警系统设计规范》的规定，报警区域宜由一个防火分区或同楼层的几个相邻的几个组成，所以把每层分别单独作为一个报警区域，满足火灾自动报警系统设计规范的规定。

2 、探测区域的划分

由于该建筑为二级保护对象，规范规定：探测区域应按独立房(套)间划分。一个探测区域的面积不宜超过500m2；从主要人口能看清其内部，并且面积不超过1000m2的房间，也可划为一个探测区域。根据以上的规定我把教学楼的探测区域划分如下：

(1) 教学楼每层的房间都是小空间，所以把每层的每个房间单独划分为一个探测区域。

(2) 把敞楼梯间单独划分为一个探测区域，每隔2～3层划分为一个探测区域并且设置一个火灾探测器。

(3) 把前室（包括防烟楼梯间前室、消防电梯前室、消防电梯与防烟楼梯间合用的前室）和走道分别单独划分探测区域。特别是前室与电梯竖井、疏散楼梯间及走道相通，在发生火灾时烟气更容易聚集或流过，是人员疏散和消防扑救的必经之地，故应装设火灾探测器。对于一般电梯前室虽然不是人员疏散必经之地，但该前室与电梯竖井相通，也是在发生火灾时烟气容易聚集或流过，也单独划分探测区域及装设火灾探测器。

(4) 把电缆竖井单独划分探测区域并装设火灾探测器。一则是恐怕竖井形成拔烟火的通道；二则是恐怕发生火灾时火势沿电缆延燃。对电缆竖井装设火灾探测器是十分必要，并配合竖井的防火分隔要求，每隔2～3层或每层安装一个。

4.4 火灾探测器的选择、布置和计算

在完成硬件设计的基础上，就可以根据岸桥的控制要求，进行软件设计。软件设计采用自上而下的设计方法，需要先设计出控制系统的功能流程图，根据具体的控制要求，逐步细化控制框图，然后完成每个功能模块的设计，最后进行编译、调试和修改。

4.4.1 火灾探测器的选择

火灾探测器的选择应符合下列要求：

(1) 对火灾初期有阴燃阶段，产生大量的烟和少量的热，很少或没有火焰辐射的，选用感烟探头；

(2) 对火灾发展迅速，产生大量热、烟和火焰辐射的，选用感烟探头、感温探头、火焰探头或它们的组合；

(3) 对火灾发展迅速，有强烈的火焰辐射和少量烟、热的，选用火焰探头；

(4) 对情况复杂或火灾形成特点不可预料的，可进行模拟实验，根据实验选用适宜的探头；

(5) 在不同高度的房间设置火灾探测器时可参照表的规定。

图4-2点型感烟、感温火灾探测器的实用高度

4.4.2 火灾探测器的布置

根据《火灾自动报警系统设计规范》的规定，我对教学楼的火灾探测器进行如下布置。 1 探测区域内的每个房间按照面积的大小设置火灾探测器的数量，至少保证每个房间设置一只火灾探测器

2 感烟探测器、感温探测器的实际安装间距，根据探测器的保护面积A和保护半径R确定，满足探测器安装间距的极限曲线D1～D11(含D9')所规定的范围。如图5.2探测器安装间距的极限曲线所示。

图4-3探测器安装间距的极限曲线

注：

A— 探测器的保护面积（m2）；

a、b—探测器的安装间距（m）

D1～D11（含D9）—在不同保护面积A和保护半径R下确定探测器安装间距a、b的极

限曲线；

Y、Z—极限曲线的端点（在Y和Z两点间的曲线范围内，保护面积可得到充分利用）。 3 每个探测区域内应该设置的探测器数量，具体根据下式计算：

SN K A

式中：

N— 一个探测区域所需设置的探测器数量(只)，N 1(取整数)；

S— 一个探测区域的面积(m)；

A— 一个探测器的保护面积(m)；

K— 修正系数，重点保护建筑K取0.7～0.9，普通保护建筑K取1.0。在本次设计过程中取0.9。

4 在走廊内设置的探测器居中布置。感烟探测器的安装距离在15m以内，感温探测器的安装距离在10m以内，同时探测器到墙的距离在探测器安装距离的一半以内。探测器距墙的距离不应小于0.5m，保证探测器周围0.5m内，没有遮挡物。

4.4.3 火灾探测器数量的计算

教学楼楼层高在3.3～6m之间,房间的坡度小于15，根据以上条件查表3－4得保护面积A＝80m2，保护半径R＝5.8m。所以：D＝2R＝2 5.8=11.6m

根据D=11.6m在图3-4中对应的保护面积A＝80 m2的曲线上取一点，保证此点在粗实线上，这点所对应的数值，即安装距离a、b值，由此得到a＝7.5m，b＝8m。在满足规范对探测器设置位置要求的前提下，根据上述条件计算探测器的数量如下：

一层：

房间① S1＝45.0 m2

根据建筑的重要性选择K＝0.9

根据公式: N S45 0.625 只 ，为了布置的需要取1只。 K A0.9 80022

房间② S2＝15.0 m2

由于S2＝15.0m<A＝80 m2，所以设置一只探测器。

房间③ S3＝36.0m2

由于S3＝36.0m<A＝80 m2，所以设置一只探测器。

房间④⑤⑥⑦⑧ S4＝22.5 m2

由于S4＝22.5 m<A＝80 m，所以设置一只探测器。

222

房间⑨ S9＝165.0 m

根据建筑的重要性选择K＝0.9

根据公式：

N S165 3.05 只，为了布置的需要取4只。 K A0.9 802

房间⑩ S10＝101.25 m2

根据建筑的重要性选择K＝0.9。

根据公式： S101.5 1.88 只，为了布置的需要取2只。 N K A0.9 80

房间⑾ S11=42 m2 <A＝80 m2，所以设置一只探测器。

房间⑿ S12=150 m2

根据建筑的重要性选择K＝0.9。

根据公式： S150 2.78 只，为了布置的需要取4只 N K A0.9 80

房间⒀ S13=45 m2<A＝80 m2，所以设置一只探测器。

二层 ：

房间① S1＝45.0 m2

由于S1＝45.0 m2<A＝80 m2，所以设置一只探测器。

房间②③ S2＝25.25 m2由于S2＝26.25 m2<A＝80 m2，所以设置一只探测器。

房间④ S3=90 m2

根据建筑的重要性选择K＝0.9

根据公式： S90 1.67 只，为了布置的需要取2只 N K A0.9 80

房间⑤ S4＝30.0 m2

由于S4＝30.0 m2<A＝80 m2，所以设置一只探测器

房间⑥ S5＝165.0 m2

根据建筑的重要性选择K＝0.9

根据公式：

N S165 3.05 只，为了布置的需要取4只。 K A0.9 80

房间⑦ S6＝101.25 m2

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