基于PLC和组态软件的二氧化碳自动灭火系统软件设计

芦志强，王凌睿

（合肥水泥研究设计院合肥固泰自动化有限公司，安徽 合肥 230051）

在新型干法水泥和生石灰生产过程中，煤粉制备是重要的一个环节，尽管采用了一系列的先进技术，但该环节仍然是事故多发点，轻则延误生产，重则危害生命。其中煤粉仓和袋收尘器是发生火灾爆炸的高危位置，所以需要通过监测其内部环境，联合二氧化碳灭火装置使用，以保证企业生产安全。鉴于以上分析提出一种二氧化碳自动灭火系统，实现高危位置实时在线监控与保护。该系统采用PC机+PLC的双机控制模式，将先进的计算机技术和组态监控技术相结合，实现高危位置的火灾预警和自动灭火。

1 自动灭火系统工作原理

该系统具有三种控制方式：自动灭火，应急手动灭火、现场应急机械施放灭火。一般情况下，系统处于自动灭火控制方式，自动控制流程见图1。

控制器上有控制方式选择锁，当将其置于“自动”位置时，灭火控制系统处于自动控制状态。通过CO成分检测装置、氧气检测器和温度探测器获取现场环境信号，当探测信号超过报警限值时，控制器即发出火警声光信号，通知有异常情况发生，而不启动灭火装置释放灭火剂。如确需启动灭火装置灭火时，可按下现场“紧急启动按钮”，即可启动灭火装置释放灭火剂，实施灭火。当探测器超过临界限值时，控制器发出火灾声、光信号，通知有火灾发生，有关人员应撤离现场，工作人员关闭风机、防火阀等设备，系统发出灭火指令，打开电磁阀，启动气体打开容器阀，释放灭火剂，实施灭火。

整套控制系统由上位机监控系统、下位机控制系统以及通讯模块组成的二级集散控制系统。上位机监控层，安装相应的WINCC组态软件，便于操作人员进行操作。下位机为现场控制层，采用西门子S7-200系列PLC作为控制系统核心对灭火系统进行控制。上位机与下位机PLC的通信通过自由口通信技术实现。

图1 自动控制流程图

2 下位机系统组成

下位机PLC利用自由口通信，将多传感信号（CO、O2、温度等）发送到上位机相应的数据变量中，由上位机进行控制和处理。其中下位机PLC的硬件设计接线见图2，软件控制逻辑关系见表1，其中EV表示电磁阀，SB为按钮，KA为继电器，“1”表示电磁阀动作，“0”表示电磁阀不动作。

报警及喷吹的逻辑关系，如下所示，其中KA16控制煤粉仓喷吹电磁阀，KA17控制收尘器喷吹电磁阀，KA18控制报警信号输出电磁阀，EM231为模拟量输入模块，EM221数字量输入模块。

①CO含量在400～500ppm，同时1#EM231，A/B中的温度值最大值大于70度。KA18动作。

②CO含量在400～500ppm，同时1#EM231，C/D和2#EM231，A/B/C/D中的温度值最大值大于70℃。KA18动作。

③任何一个温度大于80℃，KA18动作。

④CO浓度大于500PPM，KA18动作

⑤CO含量在大于500ppm，同时1#EM231，A/B中的温度值最大值大于80℃。KA16，KA17，KA18动作。

⑥CO含量在大于500ppm，同时1#EM231，C/D和2#EM231，A/B/C/D中的温度值最大值大于80℃。KA16，KA17，KA18动作。

⑦任一温度达到120℃，KA16，KA17，KA18动作。

⑧任一浓度达到600PPM，KA16，KA17，KA18动作。

⑨DI 2.0和DI2.1是备妥信号。

⑩EM221和DI 2.2～2.7是气瓶输入反馈信号。

图2 接线端子图

3 系统软件程序设计

系统软件设计主要是对上位机组态画面进行软件设计，还有对整个系统程序运行过程中流程进行设计。考虑到系统所需监控的过程变量和实际功能，设计了主界面、实时曲线、历史曲线、报警窗口4个功能窗口。

3.1 主界面

主界面可以实时显示煤粉仓和收尘器内的CO浓度、O2浓度与温度，根据这些数据自动判断煤粉仓和收尘器内的环境状况，继而报警或者喷吹CO2药剂，并给出相应的调整建议。操作员通过画面中各个监测点亮灯的状态，判断内部状况。为了防止CO过量，当仓内CO浓度和温度超出警戒值，主界面中气体报警灯会闪烁，并现场发出声光报警。当CO浓度和温度超过临界限值，则会自动对煤粉仓内和收尘内进行CO2喷吹，喷吹过后会显示瓶内药剂状态，以提示操作人员更换气瓶。在主界面上，操作人员还可以根据实际状况自行判断，对煤粉仓和收尘器进行人工主动喷吹。主界面见图3。

3.2 实时曲线

实时曲线界面，此功能界面具有实时显示内部温度、CO浓度和O2浓度的实时曲线功能，可供操作人员实时进行趋势判断。

3.3 历史曲线

历史曲线界面，此界面具有显示CO、O2与温度数据的历史曲线的功能，并可以将所显示的历史曲线保存与打印，以供参考。

3.4 报警窗口

报警窗口，对所有监测数据报警信号加以显示，以供操作人员查询。

4 结 论

经试验调试，该系统运行可靠，性能稳定．利用PLC对煤粉仓和收尘器进行预警灭火控制，可以很方便地在程序中调整报警及喷吹执行参数，并且设置各种保护环节。通过在上位机中使用组态软件与PLC通信连接，可以直接在中央控制室对煤粉仓和收尘器的运行情况进行实时监控，提高消防系统的可靠性以及网络化水平。

表1 逻辑关系图

图3 主界面图