探索PLC 在火花檢測與熄滅系統中的應用

梁良江

（銘洋建設股份有限公司，福建 泉州 362000）

各種木材加工企業、化工廠、食品加工廠為人民美好生活提供了各種產品，同時，生產過程中的可燃粉塵的火災爆炸隱患一直是懸在生產企業頭上的一把達摩克利斯之劍，一種有效的實用的火災預警消除系統成為一種必然的需求。

PLC 控制系統是專為工業生產設計的一種數字運算操作的電子裝置，它集合了微型計算機技術、自動控制技術和通訊技術而形成的一代新型工業控制裝置，具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程方便等特點。

粉塵火花探測與熄滅系統目前知名的大品牌全被國外占領，比如，德國的EWS 公司，格雷康（GreCon）公司，并形成一定的壟斷趨勢。

隨著PLC 控制技術的發展，探索一種更通用的、更易普及的粉塵火花探測與熄滅系統作為這一領域的補充是本文的主旨。

1 單片機控制技術火花檢測與熄滅系統的技術分析

（1）現行木材行業火花熄滅系統工作過程如圖1：當火花探測器檢測到火花后熄滅裝置啟動，噴射出環形霧化水幕，達到滅火的功能；裝置上配有反饋信號，通過控制器可檢測熄滅裝置的動作狀態。

圖1 現行木材行業火花熄滅系統示意圖

（2）火花報警控制器采用單片機控制技術原理如圖2。

①現場粉塵在烘干、傳送過程中因各種原因產生火花或高溫，火花探測器捕捉到火花信號轉換成電脈沖，經過信號調理，傳到單片機控制系統。

②單片機控制系統根據內部程序對信號進行判斷，去啟動相應火花熄滅執行裝置（噴淋機構）。

③單片機控制系統能接收人工手動和調試的一些操作控制，包括手動/自動轉換、噴淋機構的切換、反饋信號、聲光報警輸出、報警解除等。

圖2 單片機火花探測與熄滅系統結構圖

④單片機控制系統具有參數的設置輸入功能、數據儲存、數據查詢、顯示等功能。

⑤單片機控制系統還具有與上位機通信功能，方便設備聯網，遠程操作和顯示。

（3）整個系統的核心在于火花探測器以及火花探測器的信號調理，《多點火花與溫度監測自動消防系統》一文中指出火花探測器是一種電流型輸出形式，當控測到火花時，產生一個寬度為40ms 的電流脈沖輸出，單片機電路中帶有信號檢測和斷路短路檢測功能，同時，《粉塵火花探測及熄除系統設計研究》一文中指出，火花探測傳感器采用BPW34F芯片，經過運放放大整形后能得起一個12V 的正脈沖，由于工業環境必然存在各種干擾，把脈沖轉成4-20ma 成為必不可少的環節，因為我們這里不探討火花探測器的詳細原理，我們只要知道，火花探測器是一個寬度40ms 級別的電流型脈沖信號就行了，接下來，我們來探討這個信號用PLC 能否可靠接收就可以了。

2 PLC 控制系統所能實現的功能

考慮到目前的主流及經濟性，列舉兩種品牌PLC 小型機的參數作為分析數據。

2.1 歐姆龍(OMRON)CP1H-XA 型PLC 的功能

（1）CPU 單元本體，內置輸入24 點/輸出16 點；通過擴展最大320 點的輸入輸出；（2）通過安裝選件板，可以進行RS-232C 通信或RS-422A/485 通信；（3）也能夠進行功能擴展溫度傳感器輸入等；（4）可實現高速計數器4 軸、脈沖輸出4 軸；內置模擬電壓/電流輸入4 點、模擬電壓/電流輸出2 點；（5）對每個輸入接點，通過PLC 系統的設定來選擇是否在通用輸入、輸入中斷、脈沖接收、高速計數器中的任何一個狀態下使用；（6）此外，對每個輸出接點，通過指令來選擇是否在通用輸出、脈沖輸出、PWM 輸出中的任何一個狀態下使用。

2.2 西門子SIMATIC S7-200 SMART ST-60 PLC 的功能

（1）本機數字量I/O 36 輸入/24 輸出, 最多可擴展6 個模塊，過程映像區大小256 位輸入(I)/256 位輸出(Q)；（2）高速計數器4 個，高速脈沖輸出3@100kHz；（3）以太網：1 個，串口：（RS485）1 個；（4）可信號板擴展1 個；（5）具有各種模擬量輸入輸出模塊：4 模擬量輸入/2 模擬量輸出，2 通道RTD 輸入，4 通道TC 輸入等多種模塊可以供擴展選擇。

通過分析上述PLC 參數目前主流的小型PLC 都具有單片機系統所具有的功能，用PLC 來實現粉塵火花探測與熄滅系統是可行的。

3 PLC 實現火花探測與熄滅系統的硬件電路

以本人比較熟悉的歐姆龍PLC CP1H-XA 為例。

模擬量：火花探測傳感器，接在模擬量輸入，輸入設成4-20ma 輸入形式。1 個PLC CPU 自帶4 路AD 輸入,可以測量4 個通道的火花探測傳感器，并且可以根據需求進行擴展AD 模塊。

輸入點：手動/自動、噴淋手動，報警解除，測試。輸出點：噴淋閥，報警聲，報警光閃爍。

人機界面：可選目前市面上主流的HMI 人機界面如威綸、臺達、西門子等品牌作為數據顯示輸入界面。

通信：可以通過擴展232 或485 通信端口與上位機通信。PLC 開關量的控制在工業環境下比單片機更有優勢，在通信方面，也是毫不遜色。在此不必綴述。火花探測傳感器發出電流型脈沖，接在PLC 模擬量通道，PLC 能否正確接收成為這個系統的關鍵，為了驗證這個功能，采用了如下方法進行實驗:

OMRON PLC CP1H-XA40 本身帶有2 路DA 轉換輸出，4 路AD 轉換輸入，把其中DA 0ch 輸出，接到AD 0ch 輸入上，并設置成電流型4 ～20ma,信號采用4 ～20ma 的抗干擾好處，這里也不綴述。脈沖輸入測試電路圖如圖3。

圖3 脈沖輸入測試電路

通過PLC 編程軟件編寫程序，讓DA 0CH 輸出電流脈沖的脈寬可調，間隔可調，脈沖幅度輸出固定為12ma。測量輸入標準幅度為大于10.7ma 表示脈沖為1。

設定兩個計數器分別計數DA 輸出產生的脈沖和AD 輸入測量到的脈沖數。經過實測得如表1 數據。

從表1 可以得出結論，只要脈沖寬度大于3ms,脈沖間隔大于20ms,OMRON CP1H-XA PLC 能可靠接收到信號，這個技術參數完全滿足火花探測傳感器的信號接收要求。

4 PLC 實現火花探測與熄滅系統的軟件編程

目前，最新的小型PLC 都具有強大的指令系統，支持順序控制、定時計數控制、邏輯運算、串口通信控制，還具有數據傳送、比較、移位、換算、運算等高級指令。同時，有梯形圖、指令表、結構化文本、功能塊圖等多種形式的編程方式。

OMRON PLC CP1H 指令高達400 多個。

對照火花探測與熄滅系統單片機控制系統功能。

PLC 程序包含了以下幾個功能：

（1）火花探測傳感器信號采集功能，通過模擬量輸入進行A/D 轉換，采集到的電流信號4-20ma 在PLC 轉換0 ～12000 的數據,當電流為4ma,對應數值0，電流20ma 對應數值12000，通過比較指令可以判別到幅度大于一定值，默認為12ma,程序中200CH 的數值6000 的信號作為有效的脈沖信號，幅度值可以做成可設定的。

（2）火花計數，事件等級判斷功能，火花數量達20 個為一級警報，在一定時間內，默認20S,對火花數進行計數，當火花數達到設定值，默認1 個時，進行聲光報警，當火花數達到另一個設定值，默認4 個時，進行熄滅電磁閥動作設定的時間，默認5 秒，當火花數量達20 個，判定為火警，火警繼電器動作，進行連續噴水等滅火動作。

（3）數據存儲功能，PLC 具有數據存儲功能，通過與人機界面、上位機編程配合，完成實時、歷史記錄查詢，導出，報表等功能。

（4）信號反饋功能，把探測器，執行機構的信號反饋到PLC，用于判斷火花探測系統各部件存在的故障，系統自檢及故障報警功能，保證系統的可靠安全。

（5）火花報警消除功能，上位機通信等其他功能。

人機界面程序包含以下幾個功能：①實時報警顯示；②歷史報警顯示；③測試/調試界面；④監控界面；⑤設置界面；⑥數據保存和導出功能。

表1

5 結語

綜上所述，PLC 應用于火花探測與熄滅系統，在軟硬件上是可行的，并且更通用，更易普及。