基于PLC的智能火災報警系統(tǒng)設計和實現(xiàn)電氣自動化專業(yè)

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1、基于PLC的智能火災報警控制系統(tǒng) 摘 要 本系統(tǒng)設計的智能火災報警控制系統(tǒng)主要由可編程控制器、探測器、執(zhí)行機構等組成?？删幊炭刂破髯鳛榭刂葡到y(tǒng)的大腦，按照工藝說明分析，對各種外部輸入信號按照智能火災報警系統(tǒng)的工藝分析結果及程序設計流程，完成系統(tǒng)各項工藝功能的實現(xiàn)。按照方案的選擇和設備型號的選擇，采用的可編程控制器為西門子S7-200 系列，該可編程控制器設計小巧，功能強大，運行穩(wěn)定。本系統(tǒng)設計首先進行工藝分析，確定該系統(tǒng)設計的工藝控制方案，完成系統(tǒng)硬件部分的型號選擇計算以及總體控制方案的設計。在此基礎上進行硬件分析和圖紙設計，完成工藝流程圖的設計以及程序的編寫通過程序仿真設計以

2、及上位機聯(lián)機調(diào)試和修改，系統(tǒng)安全可靠、使用靈活、擴展性強、開發(fā)周期短，后期修改方便，達到本設計的工藝要求，以及為后期系統(tǒng)升級改造創(chuàng)造條件。 關鍵詞：可編程控制器；仿真設計；火災報警 Abstract The intelligent fire alarm control system designed by this system is mainly composed of upper computer, programmable controller, detector, actuator and so on. As the bra

3、in of the control system, the programmable logic controller (PLC) completes the process functions of the system according to the process analysis results and program design process of the intelligent fire alarm system. The current state is displayed and parameters are set by the upper computer syste

4、m. According to the choice of scheme and equipment type, the programmable controller is Siemens S7-200 series. The programmable controller is compact in design, powerful in function and stable in operation. The system design first carries on the process analysis, determines the process control schem

5、e of the system design, completes the model selection calculation of the hardware part of the system and the design of the overall control scheme. On this basis, the hardware analysis and drawing design are carried out, the process flow chart design and programming are completed, the configuration d

6、esign of the upper computer is carried out, the status and data of the monitoring system are monitored, and the current parameters are modified according to the actual process to meet the requirements of system visualization. Through program simulation design and on-line debugging and modification,

7、the system is safe and reliable, flexible in use, strong expansibility, short development cycle, convenient in later modification, which meets the technological requirements of this design and creates conditions for later system upgrade and transformation. Key words: programmable controller; simu

8、lation design; fire alarm 目 錄 摘要 1 Abstract 2 1 緒論 4 1.1 課題研究的意義及目的 4 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 4 1.3 課題研究的思路分析 5 2 智能火災報警控制系統(tǒng)的總體設計 6 2.1 工藝設計及分析 6 2.2 PLC的介紹及選型 7 2.3 傳感器的選擇 9 2.3.1 溫度傳感器的選擇 9 2.3.2 感煙傳感器的選擇 10 2.4 總體設計方案的確定 11 3 智能火災報警控制系統(tǒng)的硬件設計 12 3.1 硬件設計的思路分析 12 3.2 主電路的設計及分析 1

9、2 3.3 PLC電路的設計及分析 13 4 智能火災報警控制系統(tǒng)的軟件設計 15 4.1 I/O分配設計 15 4.2 編程軟件的介紹 16 4.3 程序流程圖的設計 18 4.4 程序的設計及分析 19 5 智能火災報警控制系統(tǒng)的程序仿真 22 5.1 系統(tǒng)調(diào)試的步驟分析 22 5.2 程序仿真過程及結果分析 23 致 謝 26 參考文獻 27  1 緒論 1.1 課題研究的意義及目的 火災報警控制器是火災報警系統(tǒng)的核心。建筑內(nèi)安裝該系統(tǒng)能夠撲救建筑初期火災，保護建筑財產(chǎn)安全，降低火災損失，大大的降低了火災的危害性，把火災給人們帶來的經(jīng)濟損失

10、將到了最低，為確保人的生命及財產(chǎn)安全提供了保障。 系統(tǒng)設計采用可編程控制器進行程序控制，達到系統(tǒng)工藝控制的目的。本系統(tǒng)設計在詳細了解控制系統(tǒng)的工藝要求的基礎上，采用可編程控制器進行系統(tǒng)的硬件設計和軟件編程調(diào)試，通過程序流程的思路和編程技巧達到系統(tǒng)的工藝目的。可編程控制器可靠性能高、抗干擾性強、經(jīng)濟實用、功能完善、體積小巧、擴展性好等優(yōu)點，是現(xiàn)代工廠控制系統(tǒng)設計的最佳選擇。以往的繼電器-接觸器電路由于接線線路復雜，電器元件使用較多，觸點容易老化，故障排查和解決比較困難，可靠性低等缺點，沒法滿足現(xiàn)代控制系統(tǒng)的使用要求。根據(jù)本課題研究的工藝對象，采用可編程控制器進行系統(tǒng)設計，對本人大學學習期間的總

11、結和實戰(zhàn)，在認真學習可編程控制器的硬件手冊和軟件教程的基礎上，完成圖紙設計及程序編寫和調(diào)試，達到系統(tǒng)的工藝要求。詳細了解控制系統(tǒng)設計的步驟和方法，認真學習控制系統(tǒng)的調(diào)試思路和仿真方法，為后期的設計工作打下基礎。 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 國外發(fā)達的國家有相當完善的火災早報和撲滅的消防體系，自動火災報警作為公共報警手段接入監(jiān)控系統(tǒng)，運行多年未出現(xiàn)問題，消防中心對火災發(fā)生的地點、火災發(fā)生類型，并調(diào)度消防部隊迅速到達現(xiàn)場，自動報警監(jiān)控系統(tǒng)在此起到了很大的作用。向消防部隊傳送可靠的火災報警信息，而消防部門的主要責任是對此類服務機構進行資質(zhì)審查及監(jiān)督管理。這種管理運作方式已經(jīng)取得了良好的效果 我國8

12、0年代制作的消防火災產(chǎn)品多已模仿為主，火災報警產(chǎn)品的發(fā)展主要在90年代，國家政策的支持和國際化使得很多國外知名企業(yè)進入中國消防市場，帶來了很多先進成熟的技術，從而促進了我國消防產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。有些企業(yè)慢慢有了自己的核心技術，在世界的領域有了不菲的成績。 1.3 課題研究的思路分析 按照智能火災報警控制系統(tǒng)的設計內(nèi)容，詳細分析該系統(tǒng)的具體工藝，對要實現(xiàn)的功能進行說明，并明確系統(tǒng)的輸入控制部分和輸出控制部分，確定控制策略，提出控制方案，對方案進行綜合比較，選擇最佳設計策略。按照系統(tǒng)選擇的最佳策略進行總體分析設計，對可編程控制器進行具體型號選擇，對傳感器進行具體型號選擇，以及其他的控制電氣元件的型號

13、。根據(jù)選擇的設備電氣元件型號詳細分析總體設計方案，保證工藝控制的基本要求。硬件設計部分進行設計分析，明確硬件設計的基本要求，包括預留擴展、系統(tǒng)安全保護、以及電路的設計詳細分析等，使用AUTO CAD軟件完成系統(tǒng)的硬件圖紙設計，并分析圖紙接線的具體設計。軟件編程部分進行設計分析，為了方便系統(tǒng)設計和后期調(diào)試，進行系統(tǒng)I/O分配的設計，根據(jù)系統(tǒng)工藝控制策略以及硬件選型，進行程序流程的設計，詳細考慮工藝功能的具體實現(xiàn)，按照程序流程，采用編程軟件進行程序的設計編寫，完成仿真調(diào)試，達到工藝設計的要求。 2 智能火災報警控制系統(tǒng)的總體設計

14、2.1 工藝設計及分析 自動報警系統(tǒng)中包含報警器和各種電源裝置，自動噴水滅火系統(tǒng)中包含管道系統(tǒng)、噴淋泵和各種給水開關，控制系統(tǒng)中包含可編程序控制器和各種開關。自動報警系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，這三個系統(tǒng)之間是通過線路系統(tǒng)聯(lián)系在一起 ，自動報警系統(tǒng)的開啟與關閉、自動噴水滅火系統(tǒng)的開啟與關閉都是由控制系統(tǒng)通過其與各系統(tǒng)之間的控制線路來實現(xiàn)對其余兩個子系統(tǒng)的控制。其主要部件及用途如表2-1所示。 表2-1 系統(tǒng)主要部件及其用途 編號 名稱 用途 1 PLC 中央控制器，控制整個系統(tǒng) 2 報警鈴 發(fā)出聲音報警信號 3 報警燈 發(fā)出燈光報警信號 4 溫度探測器

15、 感知火災信號 5 煙霧探測器 感知火災信號 6 噴淋噴頭 噴水滅火 7 水箱 存儲火災用水 8 抽水泵 抽取水箱中的水 9 供水泵 補給水箱中的水 10 電磁閥 控制各區(qū)域噴淋噴水滅火中水流的開啟與關 閉 自動滅火消防系統(tǒng)的開啟過程：當各區(qū)域的火災探測器，探測到火災信號，通過線路將火災信號傳遞給PLC，PLC接收到火災信號后，根據(jù)其控制程序的要求，控制噴淋泵啟動和與之相對應的區(qū)域電磁閥開啟，電磁閥開啟后，與之相對應區(qū)域的噴頭噴水滅火。同時，在傳感器失靈的情況下也可以按下各火災區(qū)域的手動啟動按鈕，將該區(qū)域的啟動信號傳遞給PLC，PLC在接收到火災信號后，也

16、可以控制噴淋泵啟動和與之相對應的區(qū)域電磁閥開啟，電磁閥開啟后，開啟噴頭噴水滅火。 自動滅火消防系統(tǒng)的關閉過程：在按下各著火區(qū)域的關閉按鈕和系統(tǒng)復位按鈕后，自動滅火消防系統(tǒng)關閉并復位。 2.2 PLC的介紹及選型 可編程控制器主要應用于工業(yè)控制環(huán)境，是一種通過數(shù)字運算和邏輯控制操作的電子系統(tǒng)?？删幊炭刂破魍ㄟ^專用的編程軟件進行設備組態(tài)和工藝程序的編制，來實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場邏輯控制運算、順序功能控制、時間控制、計數(shù)控制以及各種數(shù)據(jù)計算和控制，達到工業(yè)現(xiàn)場系統(tǒng)自動化、智能化的工藝控制目的。可編程控制器將先進的自動化控制技術、計算機硬件和軟件技術、通信科學技術等多領域的學科融為一起，形成強大的電子

17、控制產(chǎn)品。就當前工業(yè)自動化發(fā)展趨勢而言，可編程控制器是最重要、能夠在各種場合下實現(xiàn)控制的工業(yè)工控產(chǎn)品。 （1）中央處理單元 中央處理單元也稱為CPU，是可編程控制器的“大腦”，CPU可以進行電源自檢、硬件組態(tài)自檢、存儲器調(diào)用、I/O點的狀態(tài)調(diào)用等。當可編程控制器處于運行狀態(tài)時，CPU通過循環(huán)掃描的方式將現(xiàn)場的信號數(shù)據(jù)接收，存入相應的輸入映象區(qū)，然后按照用戶編寫的程序進行掃描執(zhí)行程序，將程序運算的結果輸出到輸出映象區(qū)。CPU不斷地循環(huán)掃描執(zhí)行程序，直到可編程控制器處于停止狀態(tài)。CPU的運行速度是非常重要的硬件參數(shù)，該參數(shù)往往決定著可編程控制器的指令處理能力，I/O數(shù)量的計算和軟件

18、程序的容量等。 （2）存儲器 存儲器分為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器，系統(tǒng)存儲器主要存放CPU系統(tǒng)的程序，該程序不為用戶使用，是可編程控制器的內(nèi)部程序。而用戶存儲器可以存放用戶編寫的應用程序，在可編程控制器運行過程中，用戶存儲器隨時調(diào)用參數(shù)，達到系統(tǒng)命令執(zhí)行的目的。 （3）通信接口 通信接口是可編程控制器必不可少的接口，常用的接口有MPI接口，DP接口，以太網(wǎng)接口、RS-232接口/RS-485接口等?？删幊炭刂破魍ㄟ^這些接口可以連接上位機、儀表、變頻器等其他單元。 （4）電源 可編程控制器為內(nèi)部電子系統(tǒng)提供工作電源，為整個系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運行起著非常重要的作用，通常

19、使用的可編程控制器有AC220V交流電源和DC24V直流電源兩種。 圖2-2 可編程控制器的內(nèi)部結構圖 對于可編程控制器來說，該輸入輸出接口的設計尤為重要，因為工業(yè)現(xiàn)場的信號干擾比較復雜，需要設計一套電路將現(xiàn)場信號隔離，所以可編程控制器的接口設計采用了先進的光耦合電路進行設計，可以通過光耦合的隔離作用，對現(xiàn)場信號進行隔離，起到保護的作用。輸出接口主要通過可編程控制器內(nèi)部的輸出數(shù)據(jù)寄存器的狀態(tài)進行接通和斷開，按照程序運行的情況，將計算結果進行電路輸出，達到現(xiàn)場控制的目的。對于常用的可編程控制器接口信號分類如下： （1）開關量：開關量信號主要包括繼電器隔離和晶體管隔離兩種，有不同等

20、級的電壓，在可編程控制器選型時，要結合系統(tǒng)的輸入輸出信號電壓類型，進行選擇。 （2）模擬量：按照當前常用的模擬量標準信號，現(xiàn)場的模擬量信號比較多，按照通常的處理方法和國際規(guī)定的標準，主要的模擬量類型分為電壓模擬量和電流模擬量，電壓模擬量主要由0-5V、0-10V以及溫度輸入的毫伏信號；電流模擬量主要由4-20MA和0-20MA的電流信號。常用的精度有12bit、14bit和16bit。也有一些特殊的模擬量接口模塊，專用于特殊場合，比如常用的熱電偶接口模塊、脈沖輸入接口模塊等。 目前使用比較多的可編程控制器品牌主要為國外公司的品牌，比如常用的三菱PLC，西門子PLC以及歐姆龍PLC

21、等。每個PLC都有各自的系列型號，適用于各個場合，都具有各自的軟件編程，但基本的工作原理和組成相同。都有CPU、電源模塊、擴展數(shù)字量模塊和模擬量模塊等組成。 S7-200可編程控制器具有很高的可靠性能，指令集比較豐富，可以進行各種功能的設計編譯，具有強大的通信功能，可以和上位機進行通信，具有豐富的擴展模塊，最多可以連接7個擴展功能模塊。S7-200可編程控制器有CPU221-226各種型號，對于S7-200的可編程控制器，在使用過程中具有各種信號，本系統(tǒng)按照設計的工藝要求和I/O點統(tǒng)計，選用比較常用的CPU226型號的可編程控制器進行程序的設計和硬件的開發(fā)設計。該可編程控制器具有豐富的功能，

22、可以實現(xiàn)基本邏輯控制、數(shù)據(jù)運算以及特殊功能的使用?？梢詳U展其他模塊對現(xiàn)場進行控制。系統(tǒng)采用的編程軟件為?Step7- Microwin4.0。該可編程控制器運行速度快，擴展能力強，適合于一般場合的中小型控制系統(tǒng)設計。 圖2-3 S7-200可編程控制器 2.3 傳感器的選擇 2.3.1 溫度傳感器的選擇 溫度傳感器通過熱敏元件對溫度進行檢測，將檢測的非電量信號轉(zhuǎn)換為電量信號，再轉(zhuǎn)換為標準的模擬量信號進行輸出的傳感器。按照系統(tǒng)的設計工藝分析，系統(tǒng)選用型號為PT100的溫度傳感器，該傳感器主要適用于工業(yè)場合對溫度參數(shù)的檢測和控制。該傳感器主要由探測器和信號轉(zhuǎn)換器兩部分組成。PT1

23、00傳感器通過兩個不同的測量溫差的傳感器組成，該傳感器的輸出信號和溫差之間形成一定的線性函數(shù)關系，通過信號轉(zhuǎn)換器處理后，輸出標準的4-20MA信號。 PT100溫度傳感器的原理是如果外部的溫度發(fā)生變化，傳感器內(nèi)的電阻阻值也跟隨外部溫度的變化而變化，基本上外部溫度的變化和電阻阻值的變化成正比例關系。經(jīng)過研究表明，PT100溫度傳感器使用時，在-100攝氏度到500攝氏度之間的線性關系很好，外部溫度每變化1攝氏度，傳感器的電阻阻值就變化0.39歐姆。PT100溫度傳感器的介質(zhì)有兩種，分別為銅介質(zhì)和鉑介質(zhì)，銅介質(zhì)在使用中的線性關系比較好，但是在長時間使用過程中，銅介質(zhì)容易被氧化；而鉑介質(zhì)

24、穩(wěn)定性好，溫度偏移很小。所以按照系統(tǒng)設計的要求，鉑介質(zhì)的PT100溫度傳感器完全滿足現(xiàn)場系統(tǒng)使用的需求，數(shù)據(jù)準確，響應快以及穩(wěn)定性好。該溫度傳感器示意圖如下圖2-3所示。 圖2-4 PT100溫度傳感器 2.3.2 感煙傳感器的選擇 火災發(fā)展過程大致可以分為初期階段、發(fā)展階段和衰減熄滅階段。感煙火災探測器的功能在于：在初燃生煙階段，能自動發(fā)出火災報警信號，以期將火撲滅在未成災害之前。根據(jù)結構不同，感煙探測器可分為離子感煙探測器和光電感煙探測器。光電式感煙探測器由光源、光電元件和電子開關組成。利用光散射原理對火災初期產(chǎn)生的煙霧進行探測，并及時發(fā)出報警信號。根據(jù)本設計的控制要求選用光電式

25、感煙探測器。 圖2-5 煙霧傳感器 2.4 總體設計方案的確定 本系統(tǒng)選用的可編程控制器為西門子S7-200可編程控制器，選用的溫度傳感器為PT100型號，選擇的煙霧傳感器為光電式煙感勘測器。系統(tǒng)的硬件部分包括區(qū)域1抽煙機，區(qū)域2抽煙機，抽水泵和供水泵，區(qū)域1電磁閥和區(qū)域2電磁閥。當發(fā)生報警的時候，相應的區(qū)域?qū)⑦M行報警閃光燈指示和報警器相應。外部輸入為區(qū)域1和區(qū)域2的溫度信號，煙霧信號。水箱的限位開關信號及電動機保護熱繼電器信號等。方案圖如下圖2-6所示。 圖2-6 系統(tǒng)設計總體方案圖 3 智能火災報警控制

26、系統(tǒng)的硬件設計 3.1 硬件設計的思路分析 按照智能火災報警控制系統(tǒng)的設計工藝以及總體方案設計，對該系統(tǒng)的硬件部分進行詳細設計。認真學習掌握設備選型元件的工作原理和具體接線方法，結合系統(tǒng)的硬件設計要求，設計出適合本系統(tǒng)的硬件圖紙。特別是可編程控制器的硬件接線，認真考慮分析電源部分、輸入接口部分及輸出接口部分的具體接線，確保界限準確無誤。電動機部分接線要確保電動機運行的保護作用。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在控制電路中要考慮現(xiàn)場條件的干擾影響，采取措施。根據(jù)設備選型，可編程控制器的電源以及輸入輸出接口電路考慮使用DC24V，這樣做的目的是保證系統(tǒng)不受干擾，運行穩(wěn)定可靠，這就需要增加開關電源的設計。

27、按照以上的分析，硬件設計的具體思路如下： （1）可編程控制器的硬件設計重點考慮輸入部分電路、輸出部分電路和電源電路。輸入部分主要包括外部按鈕輸入、外部限位保護輸入、電動機保護輸入等；輸出部分包括電動機執(zhí)行輸出、指示燈輸出等。以上的輸入和輸出都要考慮預留余量，為后期的系統(tǒng)升級改造留有空間，要達到本系統(tǒng)可擴展性的要求。電源部分按照設備硬件選型的具體要求，使用DC24V電源供電，確保使用的穩(wěn)定性和可靠性。模擬量擴展模塊的硬件設計重點考慮該模塊的電源部分和輸入輸出接線部分，這些接線都要按照硬件選型手冊的接線原理進行。 （2）電動機主電路硬件設計重點考慮元件選型，按照電動機的額定電流，選用斷路器的額

28、定電流為電動機額定電流的1.5倍；選用接觸器的額定電流為電動機額定電流的1.3倍；選用熱繼電器的保護范圍為電動機額定電流的1.05倍。 3.2 主電路的設計及分析 本系統(tǒng)設計的主電路為執(zhí)行機構電機電路，主電路采用自鎖電路，分別控制執(zhí)行電機的啟動和停止。QF01為系統(tǒng)總開關，選用型號為正泰電器的NM1系列，額定電流40A；由于油煙電機電機為1.5KW，額定電流為2.7A，所以選用的QF02斷路器為正泰DZ47系列斷路器，額定電流為10A，選用兩個接觸器為正泰電器的CJX2系列，額定電流為9A，選用熱繼電器為正泰電器的CJR系列，范圍為1.8-3.2A。如下圖3.1所示。 圖3-1 主電

29、路設計圖 3.3 PLC電路的設計及分析 可編程控制器的硬件接線按照該型號PLC的硬件手冊分為三部分設計。首先是電源部分設計，采用開關電源供電，輸入DC24V直流電，電源接線端子分別為M、L+。其中M端子接負極，L+端子接正極。電源端子不能接反，否則可編程控制器有燒毀的現(xiàn)象。其次是輸入接口的電路設計，輸入接口部分公共端子為M端子，該端子接負極，外部主令按鈕或開關的一端接入24V正極，另一端接入相應的端子，比如外部輸入元件，該元件的一端接24V，另一端接入I0.0接口，當該元件動作，I0.0接口有電壓輸入，輸入指示燈亮。最后是輸出接口的電路設計，輸出接口部分的公共端子為L+，該端子接24V正

30、極，執(zhí)行元件線圈的一端接輸出信號，另一端接負極。比如外部輸出元件KA1，一端接Q0.0，另一端接負極。如下圖3.2所示。 圖3-2 PLC控制電路設計圖 4 智能火災報警控制系統(tǒng)的軟件設計 4.1 I/O分配設計 根據(jù)智能火災報警系統(tǒng)的設計要求，進行I/O分配設計，對于可編程控制器的軟件設計，I/O分配設計必不可少，這樣做的目的是為后期程序設計和系統(tǒng)調(diào)試提供依據(jù)，可以有效的縮短系統(tǒng)研發(fā)周期、減小程序設計錯誤，調(diào)試過程中有利于故障查詢和解決。在程序設計過程中，通過查詢I/O分配表，可以減小程序編譯出錯的可能性，也能夠最大限度的完善系統(tǒng)功能，避免

31、輸入和輸出的漏算，做到心中有數(shù)，有條不紊。在進行系統(tǒng)仿真調(diào)試時，可以根據(jù)I/O分配表井然有序地進行逐步調(diào)試，比如某個限位開關的動作名稱，按照工藝要求，該限位開關是否有信號輸入，輸入指示燈是否亮等，來判斷系統(tǒng)執(zhí)行的正確性和可靠性。如果執(zhí)行輸出過程中，如果執(zhí)行單元未動作，可以查詢I/O分配表，判斷該輸出指示燈是否亮，如果不亮，說明程序沒執(zhí)行輸出；如果亮，說明該執(zhí)行元件的接線可能錯誤。通過I/O分配設計，將快速準確的判斷系統(tǒng)狀態(tài)，非常方便。本系統(tǒng)的I/O數(shù)據(jù)記錄如下，如表4.1所示。 表4-1 I/O點的分配表 序號 定義點 符號 功能 1 I0.0 SQ01 區(qū)域1溫度信號 2

32、 I0.1 SQ02 區(qū)域1煙霧信號 3 I0.2 SB01 區(qū)域1手動報警按鈕 4 I0.3 SQ03 區(qū)域2溫度信號 5 I0.4 SQ04 區(qū)域2煙霧信號 6 I0.5 SB02 區(qū)域2手動報警按鈕 7 I0.6 SB03 復位按鈕 8 I0.7 SQ05 水位上限位開關 9 I1.0 SQ06 水位下限位開關 10 I1.1 FR01 區(qū)域1抽煙機熱繼電器 11 I1.2 FR02 區(qū)域2抽煙機熱繼電器 12 I1.3 FR03 抽水泵熱繼電器 13 I1.4 FR04 供水泵熱繼電器 14

33、 Q0.0 YV1 區(qū)域1電磁閥 15 Q0.1 YV2 區(qū)域2電磁閥 16 Q0.2 KM1 區(qū)域1排煙設備 17 Q0.3 KM2 區(qū)域2排煙設備 18 Q0.4 KM3 抽水泵 19 Q0.5 KM4 供水泵 20 Q0.6 HL1 區(qū)域1報警閃光燈 21 Q0.7 HL2 區(qū)域1報警器 22 Q1.0 HL3 區(qū)域2報警閃光燈 23 Q1.1 HL4 區(qū)域2報警器 4.2 編程軟件的介紹 西門子S7-200的編程軟件STEP7-Micro/WIN必須安裝在微軟開發(fā)的操作系統(tǒng)上，比如經(jīng)常使用的XP系統(tǒng)，

34、WIN7系統(tǒng)等。為了能夠下載或監(jiān)控程序，用戶需要自備編程電纜，常用的編程電纜為PC/PPI電纜和MPI電纜。當軟件安裝后，如果需要使用中文界面，可以在“工具”欄的“選項”對話框修改語言為中文，這樣編程環(huán)境就轉(zhuǎn)換為中文界面，便于學習和理解。 如果用戶使用PC/PPI編程電纜，在進行通訊之前必須安裝該編程電纜的驅(qū)動程序，設置PI/PPI電纜的DIP開關，選擇使用的波特率，一般情況下我們使用9.6kbis/s的波特率。對通訊參數(shù)進行設置，選擇可編程控制器的地址為2，選擇波特率為9.6kbit/s，選擇協(xié)議為PPI協(xié)議，使用計算機的COM1端口。以上設置好后，可以進行刷新，這樣軟件可以自動搜索S7-

35、200的地址，并建立CPU型號的圖標，表示通訊正常。STEP7-Micro/WIN軟件的主界面主要包含菜單條、工具條、狀態(tài)條、程序編輯器和變量表這幾個區(qū)，菜單條的功能包含文件、編輯、視圖、PLC、工具等。如下圖4-1所示。 圖4-1 STEP7-Micro/WIN軟件編程界面 在進行項目設計時，通過新建項目后，該項目由程序塊、數(shù)據(jù)塊、符號表、系統(tǒng)快、狀態(tài)圖表和交叉引用表等組成。對每個塊進行分布介紹如下： （1）程序塊：程序塊可以進行程序的編寫，通過選擇編程語言，使用具體的指令進行用戶程序的設計，程序塊的指令樹包含了豐富的指令以及功能庫。程序塊主要由各個網(wǎng)絡和程序注釋組成，程序

36、分為主程序和子程序。子程序需要在主程序或上一級程序中調(diào)用使用，程序下載時，只下載執(zhí)行代碼，并不下載注釋。 （2）數(shù)據(jù)塊：數(shù)據(jù)塊是由系統(tǒng)指定的具體數(shù)據(jù)和注釋組成，可以存放某一特殊功能的數(shù)據(jù)，一般開關量數(shù)據(jù)不需要存放在數(shù)據(jù)塊。 （3）符號表：為了進行程序編寫方便，避免錯誤，需要在符號表內(nèi)進行變量名稱，絕對地址和注釋，這樣在程序編寫時，對變量的名稱清楚明白，避免絕對地址編寫的枯燥和錯誤。下載程序時只下載絕對變量地址，不下載變量名稱。 （4）系統(tǒng)塊：系統(tǒng)快主要完成程序的參數(shù)設置和組態(tài)設計，如果在系統(tǒng)塊進行了編輯設計，在下載程序時需要將系統(tǒng)塊進行下載。 （5）狀態(tài)圖表：狀態(tài)圖表主要對程序

37、監(jiān)控中的某些變量進行狀態(tài)監(jiān)控，便于工程調(diào)試和修改，狀態(tài)圖表不需要下載到PLC，只是作為監(jiān)控工具進行使用。 （6）交叉引用表：在程序監(jiān)控調(diào)試時，總是存在對某一變量忘記在哪個子程序使用，需要使用交叉引用表進行查詢，方便調(diào)試。 4.3 程序流程圖的設計 程序開始 區(qū)域1有火災 區(qū)域2有火災 區(qū)域2報警系統(tǒng)立即啟動 區(qū)域1報警系統(tǒng)立即啟動 是 是 是否有誤 是否有誤 否 否 抽水泵啟動 抽水泵啟動 5S后區(qū)域1電磁閥啟動 5S后區(qū)域1電磁閥啟動 噴淋頭噴水滅火 噴淋頭噴水滅火 按下關閉按鈕 系統(tǒng)復位

38、 圖4-2 程序流程設計圖 4.4 程序的設計及分析 （1）區(qū)域1煙霧報警及控制程序設計 在該程序中，該區(qū)域自動報警滅火系統(tǒng)的啟動由I0.0、I0.1或I0.2來實現(xiàn)，該信號輸入后，該區(qū)域的報警系統(tǒng)Q0.1和Q1.0立即啟動并自鎖，同時啟動一個5S的定時器T37（程序?qū)懙氖?0s），定時時間到，抽水泵Q0.5啟動，滅火系統(tǒng)Q0.1啟動（程序中并未體現(xiàn)出來有個T0和T1定時器 沒看出來有什么用）；同時排煙機Q0.3啟動排煙，當按下停止按鈕I0.7（應該是復位按鈕i0.6），該區(qū)域自動報警滅火系統(tǒng)關閉。 （2）區(qū)域2煙霧報警及控制程序設計 在該程序中，該區(qū)域自動報警滅火系統(tǒng)

39、的啟動由I0.4、I0.5或I0.6來實現(xiàn)，只要它們中間有一個閉合，該區(qū)域的報警系統(tǒng)Q1.1和Q1.2立即啟動并自鎖，同時啟動一個5S的定時器T38，定時時間到，水泵Q0.5啟動，滅火系統(tǒng)Q0.2啟動；同時排煙機Q0.4啟動排煙，；當按下停止按鈕I0.7，該區(qū)域自動報警滅火系統(tǒng)關閉。 5 智能火災報警控制系統(tǒng)的程序仿真 5.1 系統(tǒng)調(diào)試的步驟分析 按照智能火災報警控制系統(tǒng)設計的工藝分析，完成系統(tǒng)的硬件接線和軟件編程，就要對系統(tǒng)進行仿真調(diào)試，對系統(tǒng)的各個功能按照程序流程進行試驗，來驗證系統(tǒng)是否達到工藝設計的要求。對系統(tǒng)進行仿真調(diào)試

40、，是系統(tǒng)投入使用運行的必要階段，是通過實物檢驗系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性和可擴展靈活性的最有效的手段。按照系統(tǒng)調(diào)試的步驟分析，需要進行以下的步驟完成。 （1）準備工作：按照系統(tǒng)設計的要求，準備必要的設備硬件，設備硬件要符合設備的選型要求，特別是可編程控制器，要考慮電源輸入電壓、輸入端口數(shù)量、輸出端口數(shù)量是否滿足設計要求。對軟件調(diào)試部分要準備該設備調(diào)試專用的編程電纜，并安裝好電纜驅(qū)動，保證能夠順利進行程序下載和監(jiān)控。準備好I/O分配表，為后期的調(diào)試做好準備。 （2）硬件接線：按照系統(tǒng)的要求，對硬件接線必須嚴格符合圖紙設計，特別是可編程控制器的接線，要搞清楚電源輸入電壓類型，正負極不要

41、接反；信號輸入部分的公共端為+24V，以開關為例，開關的一端接入公共端+24V，另一端接入相應的輸入點；信號輸出部分的公共端為0V，以指示燈為例，指示燈的一端接入0V，另一端接入可編程控制器的輸出點。按照接線要求對其他主電路部分、控制電路部分進行接線，注意接線頭金屬盡量不要裸露，接線美觀大方，不要橫拉豎放，為后面查線提供方便。 （3）系統(tǒng)上電：按照硬件接線圖完成接線后，要細心檢查接線是否與圖紙相符，特別檢查的部分是每個電氣元件的電源電壓是否正確，接線是否存在短路現(xiàn)象或接地現(xiàn)象，檢查是否常開點和常閉點接錯，檢查是否存在漏接情況。以上檢查準確無誤后，進行系統(tǒng)上電，系統(tǒng)上電之前，將所有斷路器

42、或空氣開關打到OFF狀態(tài)，將所有的外部輸入部分打到初始狀態(tài)。當系統(tǒng)上電后，使用萬用表檢查斷路器或空氣開關上端接線的電壓是否滿足要求，如果確認無誤，在進行斷路器或空氣開關合閘操作。直到系統(tǒng)所有開關上電成功。按下每個輸入部分按鈕或開關，觀察可編程控制器相應的輸入指示燈是否亮，如果亮，說明信號能夠接通。 （4）程序下載：上電成功后，進行程序下載，使用編程電纜連接可編程控制器和電腦，判斷通訊連接是否正常。打開程序，進行程序下載，然后將系統(tǒng)處于RUN狀態(tài)，系統(tǒng)開始運行，程序進行循環(huán)掃描執(zhí)行輸出。 5.2 程序仿真過程及結果分析 采用S7-200的仿真軟件，可以通過仿真軟件進行程序的實時監(jiān)控，

43、該仿真軟件只能進行簡單的程序仿真。首先按照操作要求，打開仿真軟件，如下圖所示。 圖5.1 仿真軟件示意圖 其次在S7-200軟件中，導出程序，將程序?qū)С鲋磷烂妫纬晌募?，如下圖所示。 圖5.2 程序?qū)С鍪疽鈭D 程序?qū)С龊?，采用仿真軟件進行程序裝載，如下圖所示。 圖5.3 程序裝載示意圖 在程序中將源文件裝載進去，然后點擊PLC運行按鈕，程序進入運行狀態(tài)，打開監(jiān)控按鈕，就可以看到程序的監(jiān)控，具體仿真過程如下圖5.4所示： 圖5-4 程序仿真過程示意圖 程序監(jiān)控如下圖5-5所示。 圖5-5 程序監(jiān)控圖 通過系統(tǒng)調(diào)試，以及程序不斷完善和修改，該程序最

44、終滿足本系統(tǒng)設計要求。所有輸入動作均有響應，并且輸出動作也按照工藝要求執(zhí)行。程序調(diào)試完畢。 致 謝 經(jīng)過大學期間的刻苦學習以及本次畢業(yè)設計的鍛煉和考驗，終于到了大學學習的收尾階段。此次畢業(yè)設計是檢測本人大學期間對每個科目學習和設計能力的大考驗，從最開始的畢業(yè)設計任務，到圖書館資料借閱查詢、學習課題設計技巧和設計基本流程、設計方案選擇確定、接線圖繪制、程序編寫和仿真調(diào)試等，經(jīng)歷了艱難而富有收獲的課題設計過程。通過本次設計，我深深掌握到課題設計的基本方法和思路，遇到設計問題該怎樣學習和處理，也深深感受到學無止境的真正含義。仔細回想整個設計過程，發(fā)現(xiàn)自己對電氣自動控制行業(yè)越來越有興趣

45、，特別是可編程控制器的開發(fā)和程序設計，使我對以后的工作充滿了激情和信心，讓我明確今后工作努力的方向，提高自學能力，滿懷激情投入到電氣工作。 畢業(yè)設計是個艱難而收獲極大的綜合測試，在此期間我遇到許多設計上的問題，特別是程序的設計技巧和仿真調(diào)試，讓我曾經(jīng)止步前行，我們的指導老師給了我極大的幫助，老師兢兢業(yè)業(yè)，細心輔導我對一些設計流程該采用怎樣的設計方法，系統(tǒng)調(diào)試時該注意那些問題，在圖紙設計中，明白那些設計規(guī)范。我也特別感謝我的同學，我和他們一起并肩戰(zhàn)斗，熬夜設計，對設計中的問題互相討論，互相學習和進步。我也感謝父母長期對我的經(jīng)濟支持，讓我順利完成課業(yè)。我將在電氣控制行業(yè)越走越穩(wěn)，越走越

46、遠，回報自己感謝他人。 參考文獻 [1] 徐科軍.傳感器與檢測技術[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014. [2] 湯以范.電氣與可編程序控制器技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2014. [3] 劉存.現(xiàn)代檢測技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015. [4] 秦春斌.PLC基礎及應用教程[M].北京：機械出版社，2010. [5] 于彤.傳感器原理與應用[M].北京：機械工程出版社，2007. [6] 方承遠．電氣控制原理與設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010. [7] 鄭鳳翼.輕松解讀PLC原理與應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011. [8] 孫福強,鄧麗華.傳感器技術應用及發(fā)展趨勢探析[J].電子技術與軟件工程,2014, 27(12):127-129. [9] 余春燕.西門子PLC故障實例分析和處理探討[J].電子技術與軟件工程,2015,24(05):176-177. [10]程玉華.西門子S7-200工程應用實例分析 [M].電子工業(yè)出版社，2008.1. [11]溫培和．可編程控制器抗干擾的措施探討．黑龍江科技信息．2010，14：30 [12]游玉．PLC的穩(wěn)定性及抗干擾能力研究．產(chǎn)業(yè)與科技論壇．2011，7：70-71