基于PLC 和組態王的自動消防控制系統

鄒 磊 吳金龍 葉冠龍 余昊洋 甄 研

（吉林建筑大學，吉林 長春130118）

1 系統硬件設計

1.1 系統設計要點

本套自動消防系統地設計要求能精準探測并及時控制火情。系統能在火災發生的最期，及時精準地發現并抑制火情蔓延（若火情不大可以直接撲滅），并及時通知火警進行滅火。消防聯動控制系統的控制模式包括自動控制模式、手動控制模式以及應急救援控制模式[1]。本套自動消防控制系統的設計主要有如下幾個要點:

（1）在消防區域內設置視頻消防監控系統。保證在整個區域，可以24 小時無死角的視頻監控。所有的視頻信息以及系統所采集的其他信息都要匯總到消防總控室。在消防總控室內，安排消防工作人員24 小時值班，以確保在火災發生的時能及時發現并采取措施，減少損失。（2）構建火災檢測系統。安裝火災探測器的不同檢測單元，包括溫感、煙感、光電、可燃氣體以及其他復合式檢測單元。安裝可燃氣體檢測裝置，并在每個區域都設置感溫報警設備。當溫度與日常數據相差較多時，觸發報警系統和滅火系統，報警的數字信號通過感溫電纜傳達到總控室。消防工作人員接收到報警信號之后，立刻通過消防視頻監控對火災進行確認，并通知滅火人員滅火。（3）消防控制系統能實現滅火設備的遠程聯動自動控制。消防控制系統能根據現場實際情況，滿足自動手動消防救災、自動消防和遠程消防需求。該系統配備有充足噴水槍、泡沫泵、消防閥等滅火設備，可以遠程啟動控制，使本系統可以根據火情及時地做出正確的反應。（4）系統配有數據顯示設備，能直觀顯示實時數據。用組態王軟件可以模擬各種情況、閥等實際的狀況，在上位機上直觀地顯示消防系統的工作狀態，以PLC 為消防自動控制的核心，電動閥門和消防泵等為主要被控設備，以及裝配了基于組態王的消防控制軟件的PC 上位機的可視化設備，搭建成一套完整的消防自動控制可視化系統。

1.2 硬件配置

主控：采用西門子S7-200 PLC 作為系統的自動控制核心。其主要特點是系統可靠性高、可擴展性好、靈活性好、編程容易、使用方便。由德國西門子公司開發生產的S7-200，因其眾多的優點，而被廣泛應用于工業過程控制的各個領域[2]。目前，它在我國工業中得到了廣泛地應用，如冶金、化工、印刷及生產線等。

CPU:S7-200（CPU314C）

開關量輸入（DI）模塊:24 路

開關量輸出（DO）模塊:l6 路

擴展模塊SM327CN（16DI/16DO）EHT-MPI 轉換器

火災探測器，感溫火災探測器，感煙火災探測器，火災聲光報警器，可燃氣探測器，自動滅火水炮等。

報警蜂鳴器，開關，按鈕等。

1.3 自動控制消防工藝流程

消防滅火功能包括自動泡沫和水的噴淋功能，同時配備備用泡沫和水的自動噴淋系統。如果在流程中遇到泵和閥出現故障，系統會自動切換到備用泡沫泵和閥。如在火災現場的報警信號響起的時候，在自動噴淋的模式下，按下緊急啟動，再當按下自動泡沫1 噴淋的時候，泵3 會最先按下緊急啟動，延時較長長一段時間后，閥3、閥6、閥7 啟動，實現自動泡沫噴淋的效果。噴淋模式的方法是，在按下泡沫噴淋1 按鈕后，泵1 先按下緊急啟動，之后延時較長一段時間再手動打開流程中的閥1、閥8來從而實現自動泡沫噴淋的報警效果，當報警信號解除后，手動按下報警復位的按鈕進行報警即可。若此時泵2 和閥3 這條備用支路出現故障（稱為泵3 或閥3），閥故障報警指示燈就會顯示常亮并報警，當再次按下自動泡沫噴淋后，PLC 會自動將報警切換到泵4 這條備用支路模式上來，從而達到自動泡沫噴淋系統復位的目的。

自動控制消防工藝流程

1.4 控制系統的數據流向

該控制系統以西門子PLC 為控制核心，輸入量包括模擬量和輸入開關量。對于模擬量，有空氣濕度、空氣壓力、火焰溫度等。對于開關量，有通氣閥門狀態、水泵運行狀態、手動輸出報警的信息以及用于控制儀表終端的自動報警按鈕等。模擬量輸入探測器采集的數字信息，模擬量輸入的需要與控制設備的日常數據對比，從而將模擬量與開關量的轉換[3]。根據模擬量輸入的數據和控制器轉換的模擬量，遠程確定輸出設備的開關量，然后自動控制泵、閥門等輸出設備并發出報警信號。另外，消防救火人員可以根據滅火救援需要手動控制輸出的開關量。

2 軟件設計

系統組態界面是基于Kingview 6.55 為上位機開發和設計的。上位機的系統利用組態王的軟件，模擬了各種消防設備以及其輸入的信號。基于組態王軟件設計上位機系統可以通過RS485 總線與組態王PLC 進行交互[4]。PLC 上所有的數據可以實時傳輸并連接到上位機的系統組態王歷史庫表中，實時顯示記錄所有消防設備的信息。通過組態王歷史庫，可以實時查詢溫度、壓力、光信號模擬量等數據的相關組態歷史信息。同時，用戶可以通過PLC 實現在上位機主機實時控制所有的消防設備，進而完成相關設備的遠程自動化控制[5]。

3 結論

消防自動控制是生活的一部分，它在保障生命安全和減少財產損失等方面發揮著重要的作用。隨著經濟的發展，人們的物質需求在不斷提高，也越來越全面，家用電器設備的數量和負荷都在不斷增大，導致發生火災的安全隱患也越來越多，家庭火災發生得可能更大。為了在火災發生初期就將其撲滅，就需要功能更加強大的、更加完善的自動的消防控制系統。

本次項目設計的可視化的自動消防控制系統，能夠很好地實現消防設備自動和聯動控制，并包含了自動滅火模式、手動控制模式和上位機可視化的遠程自動控制模式。提高了滅火的靈活性，準確性。同時，我們設計了上位機的組態控制軟件，組態控制軟件直觀地模擬了消防控制系統的系統結構，消防滅火人員可直接觀察并控制各種消防設施（水噴淋滅火控制系統、泡沫消防滅火控制系統、泵、閥等）。本消防控制系統方便了消防人員的操作，減少了發生火災時滅火系統的啟動和反應時間，使消防人員能在最短的時間內，準確找到起火點并進行及時有效的滅火行動。