开放性实验室自动消防供配电一体化管理系统

杨柏松，郑桂彬，李长庚

（广东石油化工学院 计算机与电子信息学院，广东 茂名　525000）

开放性实验室自动消防供配电一体化管理系统

杨柏松，郑桂彬，李长庚

（广东石油化工学院 计算机与电子信息学院，广东 茂名525000）

针对普通高等院校开放实验室缺少计算机及网络设备等资源，存在自动化管理程度不高的问题。针对这些问题，我们通过将门禁考勤管理系统、基于PLC的自动消防供配电一体化管理系统、视频监控技术、联动组态系统等应用于开放实验室的智能化管理，设计了一种开放性实验室自动消防供配电一体化管理系统，本系统以门禁考勤管理系统、基于PLC的消防供配电管理系统、视频监控技术、联动组态系统，开发了一种开放性实验室自动消防供配电一体化管理系统，该管理系统的应用，将解决由于缺少计算机及网络设备等资源，而存在的开放性实验室自动化管理程度不高的问题。

开放性实验室；基于PLC自动消防供配电；联动组态；节能；一体化

近年来各高校的实验室硬件水平不断提升［1］，实验教学在教学中的比重不断加大，地位也日益突出，实验室消防供配电建设［2］，照明系统设计和管理水平成为衡量一所高校的办学能力的重要指标，实验室的管理水平能够体现出学校的教学和科研的管理水平。随着实验室的建设速度加快和投入力度的增大，消防供配电，智能照明系统，门禁考勤管理系统，视频监控系统等管理工作变得愈加繁重和复杂［2-3］。

目前，国外的实验室消防与安保系统已经发展到用物联网技术为核心，并已形成一定的标准。而我国的实验室消防与安保系统相对落后，尤其在实验室供配电、照明、监控等控制方面［3-5］。大部分高等院校实验室仍由人工来控制消防、电源、灯具的开关，其管理难度大，并且无法实现实验室的电源、照明、消防等开关的精确控制［4-6］。结合近几年来，运用在高等院校的实验室消防与安保系统，其成本相对较高，性能不够稳定，易受到环境等因素的影响，因此，得不到广泛的应用［5-6］。

结合我国现运用在实验室消防与安保系统中的不足，设计出一套性价比高、性能稳定的系统是当务之急。因此，本系统主要有五部分组成：PLC控制的智能消防系统；基于PLC的智能供配电及照明系统；门禁管理考勤系统；视频监控系统；联动组态系统。旨在解决由于部分实验室缺少计算机及网络设备等资源，而存在的开放性实验室自动化管理程度不高的问题；打破传统实验室封闭式的教学管理模式，真正实现面向广大师生全天候开放；合理利用资源，节能减排，提高实验室设备和资源的利用率；解决实验室人员杂、管理难度大等问题，方便实验室管理；利用组态软件实现开放性实验室自动消防供配电联动控制，实现远程控制。

1　系统设计的基本思路

本系统主要由7部分组成：①控制中心；②智能消防系统；③智能供配电及照明系统；④门禁管理考勤系统；⑤视频监控系统；⑥联动组态系统；⑦信息采集系统。系统结构框图如图1所示。

图1　系统结构框图Fig.1　Block diagram of the system

1）控制中心。由PLC与上位机构成的自动控制系统、联动组态控制系统、手动控制系统3部分组成。

2）智能消防系统。采用PLC控制技术，对消防信号快速处理，并迅速产生报警和延时信号，等待进一步人工确认并做出处理。系统采用自动检测触发报警和手动触发报警，两种报警方式从报警源头确保系统可靠性。同时采用3种消防报警处理控制方式，以确保快速及时准确无误的做出处理。

3）智能供配电及照明系统。采用智能供配电及照明系统，可根据各种传感器采集的数据，快速进行分析处理并自动控制供配电和照明，合理利用资源。同时采用手动和自动控制相结合，以便更好满足需求、节约资源。

4）门禁管理考勤系统。采用了门禁管理系统，门禁磁卡既是通行证，同时又能记录管理人员与学生的出勤情况。既方便了老师平时上课时的考勤，又可以方便有兴趣的学生申请使用实验室空闲的设备和资源。既能充分合理利用实验室资源，又方便实验室管理，提高学习和工作效率。

5）视频监控系统。在实验室和重要的楼道、走廊和监控点房间内，安装有监控设备，实现主要出入口和关键区域24小时不间断视频监视，同时实时监控实验室仪器设备的安全使用与学生操作规范情况，并可实现远程监控。

6）联动组态系统。运用组态软件创建组态画面，使其与硬件相结合，构成联动组态系统，实现自动化的远程监控。

7）信息采集系统。信息采集主要由传感器采集模拟量信息、门禁考勤机采集信息、联动组态采集信息组成，是开放性实验室自动消防供配电一集化正常运行的根基。

2　系统的安装调试

系统的主电路图如图2所示，系统的控制电路图如图3所示，本系统主要由控制中心、PLC控制的智能消防系统、基于PLC的智能供配电及照明系统、门禁管理考勤系统、视频监控系统、联动组态系统、信息采集系统7部分组成，要使整个系统协调稳定正常运行，首先要对整个系统进行正确的安装和调试。其目的是验证设备正常工作的可靠性，但是，在实际工作中常常要面对很多意想不到的异常现象。只有对在实际工作中的这些“异常现象”进行有效的分析和处理，才能使机械设备安装工程正常运行。

图2　系统的主电路图Fig.2　The main circuit diagram of the system

1）根据系统设计图纸按要求安装好系统之后，对系统进行调试。对消防报警主机，中心控制柜、检测系统等设备逐个进行单机通电检查，正常后方可进行系统调试。如在单机检查时，发现设备不正常，应分析清楚原因并及时解决。

图3　系统的控制电路图Fig.3　Control circuit diagram of the system

2）检测系统线路对地绝缘电阻和系统接地是否满足要求，对地绝缘电阻不小于20兆欧，使用工作接地时地线对地电阻不能大于4欧姆，使用联合接地时地线对地电阻不能大于1欧姆。

3）检查系统线路，对错线、开路、短路、接地等进行处理。连接好交流供电电源，测量电压范围不应超出额定电压的10%～15%，接好备用蓄电池，做好开机调试的最后准备工作。

4）用万用表对安装了探测器及各种模块（手报、监视、控制模块）的信号总线进行检查，初步判定线路没有短路、接地后，才能进行下一步工作。对于模块电源线，必须在用万用表测量无短路、接地，同时保证现场接线端全部接好，没有裸露的线头的情况下才能加电。对于控制柜，因跟现场设备控制柜连接的线路较多，应按对线路的要求进行检查，现场应加的终端（终端负载、电阻、二极管等）应接好，同时应对接好的每一根线在控制柜端用万用表测量无误后才能接入控制柜，严格检查接线端没有接在强电线路上，严禁先把控制线接入控制柜主机，然后再接现场设备端的线。

5）将编完地址码的信号线路准确地接入控制器，并对线路作好明显标记。对线路故障、探测器故障、模块故障等逐一进行排除。排除故障时可以通过主机上的单点测试功能来检测探测器或模块和主机的通讯情况，信号回路有无干扰信号等。

6）对探测器逐一进行试验，对于不报警和误报警的，要及时更换并重新试验，同时验证探测器对应的显示关系是否正确，若出现错误，通过现场编程进行调整。按控制要求对控制模块和控制程序进行模拟试验，直至系统全部正常为止。

3　系统的使用说明

1）控制中心

由PLC与上位机构成的自动控制系统、联动组态控制系统、手动控制系统3部分组成。在控制中心可以实现对整个实验室的监控，根据需要可以随时随地对实验室做出相应的控制：手动自动控制切换、照明电路控制、消防报警、消防处理等。

2）智能消防系统使用说明

当自动检测装置检测到火警信号时触发声光报警，控制器PLC延时30秒，等待人工确认是否误报。

若非误报，可以通过以下4种控制方式打开消防阀门：

现场手动打开控制阀门；

在监控中心现场操作室手动操作站打开控制阀门；

30秒后PLC控制器自动打开现场阀门开关；

利用组态软件对报警情况进行远程处理；

若是误报，可以通过监控中心现场操作室手动消除报警或利用组态软件远程消除报警。

3）智能供配电及照明系统使用说明

①实验室供配电

实验室供配电系统采用红外热释传感器与PLC相结合的控制方式：当红外热释传感器感应到实验室有人活动时，PLC控制器打开总电源。若传感器未能检测到信号或PLC故障时，可手动控制实验室电源。当实验室没有人员活动时，PLC自动关闭总电源。

②实验室照明系统

实验室照明系统采用光敏传感器与PLC相结合的控制方式：当实验室总电源打开，同时光敏传感器检测到光线不足时，通过PLC打开基本照明。然后根据学生打开实验台的数量，来确定需要打开电灯的数量与位置。

③实验室供配电定时切断

为了实验室用电安全，每天22：30-07：00，PLC自动切断实验室总电源。

4）门禁管理考勤系统使用说明

实验室采用门禁管理考勤系统，只有管理员方可打开实验室大门，任何人员进出实验室均需刷卡登记。

实验室门禁管理考勤系统分为4种不同权限级别：用户、记录查询员、登记注册员、超级管理员。

用户：一般为学生，用于平时上课考勤和申请实验室空闲的设备和资源时登记使用。

记录查询员：一般为教师，用于查询学生出勤情况等。

登记注册员：一般为实验室工作人员，用于登记录入用户信息等。

超级管理员：一般为实验室管理人员，拥有最高权限，用于管理实验室所有信息及实验室的开关门等。

5）视频监控系统使用说明

①实时监测

通过设置DVR设备全天候在指定区域24小时不间断视频监视，同时可监控实验室设备安全及使用情况。同时若监控到如有移动的物体，将产生报警，并联动录像，云台转向预置方位，可以快速锁定事故现场，以便准确采取进一步措施。

②远程监控

通过设置DVR网络连接成功后，下载多机平台软件CMS安装，可以实现远程监控，以便及时准确对现场事故处理。并且对监控录像进行一定时间的保存，以备后查。

6）联动组态系统

运用组态软件创建组态画面，使其与硬件相结合，构成联动组态系统，实现自动化的远程监控。组态软件具有实时多任务、接口开放、使用灵活、运行可靠的特点。其中最突出的特点是它的实时多任务性，可以在一台计算机上同时完成数据采集，信号数据处理、数据图形显示，可以实现人机对话，实时数据的存储、历史数据的查询，实时通讯等多个任务。

系统将采集到的数据与上位机图形界面的相关部分连接；实时数据的在线监测；数据报警界限和系统报警；实时数据的存储、历史数据的查询；各类报表的生成和打印输出；应用系统运行稳定可靠；拥有良好的与第三方程序的接口，方便数据共享。

利用组态软件，创建组态监控画面，并实现软硬件实时通信，实现远程及现场的两地控制及自动手动的切换，操作方便。当某实验台或照明系统故障时，可切换到手动状态，在其他系统正常工作的情况下，实现设备检修、故障处理。系统的模型图如图4所示。

4　系统设计创新点

1）安全节能。系统采用PLC为核心控制器，因其安全性高、稳定性好、灵活性强。而消防与安保系统的核心是讲究火灾处理速度与灵活性。因此，采用安全性高、抗干扰能力强的PLC更具有安全的保证。采用视频监控系统，能24小时不间断监视主要出入口和关键区域，同时实时监控实验室仪器设备的安全使用与学生操作规范情况，在发生火灾的时候，能实时监控火灾现场，以便准确采取进一步的应对措施。同时采用智能供配电及照明系统，可根据各传感器采集的数据，快速进行分析处理并自动控制供配电与照明，合理利用资源。

图4　系统的模型图Fig.4　Model diagram of the system

2）教学实践和工程现场完美结合。视频监控、消防报警联动的检测元部件（如烟感传感器、视频监控摄像头）和门禁安装于大楼楼道、室门等实验室工程现场，监控智能实验室实际运行状况。同时采用了门禁管理系统，既方便了老师平时上课时的考勤，又可以方便有兴趣的学生申请使用实验室空闲的设备和资源。在这样的实验教学环境中，学生在相对轻松、充裕的时间里愉快地完成实验任务，在自主学习过程中体味到了乐趣，学习积极性得到了提高。这样既能充分合理利用实验室资源，又方便实验室管理，提高学习和工作效率。

3）实现了组态监控，可实现远程监控。利用组态软件，创建组态监控画面，并实现软硬件实时通信，实现远程及现场的两地控制及自动手动的切换，操作方便。当某实验台或照明系统故障时，可切换到手动状态，在其他系统正常工作的情况下，实现设备检修、故障处理。

5　结　论

针对我国部分实验室缺少计算机及网络设备等资源，而存在的开放性实验室自动化管理程度不高，实验室人员杂、资源浪费，管理难度大等问题，为了进一步解决各院校实验室管理系统，设计了由控制中心；PLC控制的智能消防系统；基于PLC的智能供配电及照明系统；门禁管理考勤系统；视频监控系统；联动组态系统；信息采集系统七部分组成开放性实验室自动消防供配电一体化管理系统。由PLC为控制中心，其使用的自然寿命期长，并对温度、湿度等环境条件具有很强的适应度，即便是长期使用其精度变化不大，可以满足系统对精度的要求。并且PLC种类型号繁多，易于更换检修，同时一台PLC可以通过扩展输入输出接口扩大其使用范围，提高经济效益，减少设备供应、维修、管理等的费用消耗。但由于使用了烟雾传感器、火焰传感器、光敏传感器、红外线传感器等在测取烟雾、火焰、光强、红外线等方面有一定延迟局限性，需要进一步研究。

［1］陈子辉，冯培嘉，侯兴鼎.高校实验室信息管理系统设计与应用研究［J］.实验室科学，2014，17（3）：182-185.

［2］王雪辉，邵丕昕，孙红升.PLC监控系统在大型罐区消防控制工程中的应用［J］.石油化工安全环保技术，2011，27 （2）：28-31.

［3］谷平，葛晓霞.火灾自动报警与PLC自动控制相结合在油库消防系统中的应用［J］.石油工程建设，2007，33（4）：1-4. ［4］郝秀峰，祁新，刘军.智能水电厂安全防护系统设计［J］.水电自动化与大坝监测，2013，37（2）：1-4.

［5］魏立明.智能建筑消防与安防［M］.北京：化学工业出版社，2009.

［6］马小军.智能照明控制系统［M］.南京：东南大学出版社，2009.

Open Lab automatic fire supply and distribution of integrated management system

YANG Bai-song，ZHENG Gui-bin，LI Chang-geng
（College of Computer&Electronic Information，Guangdong University of Petrochemical Technology，Maoming 525000，China）

Lack of computer and network equipment and other resources for the general institutions of higher learning laboratory，the presence of automated management level is not high.To solve these problems，we adopted the attendance management system，automatic fire PLC based integrated management of supply and distribution systems，video surveillance technology，the linkage configuration systems，intelligent management for open laboratory design a open automatic fire laboratory supply and distribution of integrated management systems，this system attendance management system，PLC based fire management system for the distribution，video surveillance technology，the linkage configuration system，developed an open laboratory for automatic fire distribution of integrated management systems，application management system that will solve the lack of computers and network equipment and other resources，and automated management of the laboratory is not high degree of openness of problems.

Open Lab；PLC based automatic fire power supply and distribution；linkage configuration；energy；integration

TN-9

A

1674－6236（2016）03-0082-04

2015-03-17稿件编号：201503221

杨柏松（1970—），男，广东雷州人，硕士，实验师。研究方向：电力电子与运动控制、嵌入式技术。