基于PLC 和组态王的自动消防控制系统

邹 磊 吴金龙 叶冠龙 余昊洋 甄 研

（吉林建筑大学，吉林 长春130118）

1 系统硬件设计

1.1 系统设计要点

本套自动消防系统地设计要求能精准探测并及时控制火情。系统能在火灾发生的最期，及时精准地发现并抑制火情蔓延（若火情不大可以直接扑灭），并及时通知火警进行灭火。消防联动控制系统的控制模式包括自动控制模式、手动控制模式以及应急救援控制模式[1]。本套自动消防控制系统的设计主要有如下几个要点:

（1）在消防区域内设置视频消防监控系统。保证在整个区域，可以24 小时无死角的视频监控。所有的视频信息以及系统所采集的其他信息都要汇总到消防总控室。在消防总控室内，安排消防工作人员24 小时值班，以确保在火灾发生的时能及时发现并采取措施，减少损失。（2）构建火灾检测系统。安装火灾探测器的不同检测单元，包括温感、烟感、光电、可燃气体以及其他复合式检测单元。安装可燃气体检测装置，并在每个区域都设置感温报警设备。当温度与日常数据相差较多时，触发报警系统和灭火系统，报警的数字信号通过感温电缆传达到总控室。消防工作人员接收到报警信号之后，立刻通过消防视频监控对火灾进行确认，并通知灭火人员灭火。（3）消防控制系统能实现灭火设备的远程联动自动控制。消防控制系统能根据现场实际情况，满足自动手动消防救灾、自动消防和远程消防需求。该系统配备有充足喷水枪、泡沫泵、消防阀等灭火设备，可以远程启动控制，使本系统可以根据火情及时地做出正确的反应。（4）系统配有数据显示设备，能直观显示实时数据。用组态王软件可以模拟各种情况、阀等实际的状况，在上位机上直观地显示消防系统的工作状态，以PLC 为消防自动控制的核心，电动阀门和消防泵等为主要被控设备，以及装配了基于组态王的消防控制软件的PC 上位机的可视化设备，搭建成一套完整的消防自动控制可视化系统。

1.2 硬件配置

主控：采用西门子S7-200 PLC 作为系统的自动控制核心。其主要特点是系统可靠性高、可扩展性好、灵活性好、编程容易、使用方便。由德国西门子公司开发生产的S7-200，因其众多的优点，而被广泛应用于工业过程控制的各个领域[2]。目前，它在我国工业中得到了广泛地应用，如冶金、化工、印刷及生产线等。

CPU:S7-200（CPU314C）

开关量输入（DI）模块:24 路

开关量输出（DO）模块:l6 路

扩展模块SM327CN（16DI/16DO）EHT-MPI 转换器

火灾探测器，感温火灾探测器，感烟火灾探测器，火灾声光报警器，可燃气探测器，自动灭火水炮等。

报警蜂鸣器，开关，按钮等。

1.3 自动控制消防工艺流程

消防灭火功能包括自动泡沫和水的喷淋功能，同时配备备用泡沫和水的自动喷淋系统。如果在流程中遇到泵和阀出现故障，系统会自动切换到备用泡沫泵和阀。如在火灾现场的报警信号响起的时候，在自动喷淋的模式下，按下紧急启动，再当按下自动泡沫1 喷淋的时候，泵3 会最先按下紧急启动，延时较长长一段时间后，阀3、阀6、阀7 启动，实现自动泡沫喷淋的效果。喷淋模式的方法是，在按下泡沫喷淋1 按钮后，泵1 先按下紧急启动，之后延时较长一段时间再手动打开流程中的阀1、阀8来从而实现自动泡沫喷淋的报警效果，当报警信号解除后，手动按下报警复位的按钮进行报警即可。若此时泵2 和阀3 这条备用支路出现故障（称为泵3 或阀3），阀故障报警指示灯就会显示常亮并报警，当再次按下自动泡沫喷淋后，PLC 会自动将报警切换到泵4 这条备用支路模式上来，从而达到自动泡沫喷淋系统复位的目的。

自动控制消防工艺流程

1.4 控制系统的数据流向

该控制系统以西门子PLC 为控制核心，输入量包括模拟量和输入开关量。对于模拟量，有空气湿度、空气压力、火焰温度等。对于开关量，有通气阀门状态、水泵运行状态、手动输出报警的信息以及用于控制仪表终端的自动报警按钮等。模拟量输入探测器采集的数字信息，模拟量输入的需要与控制设备的日常数据对比，从而将模拟量与开关量的转换[3]。根据模拟量输入的数据和控制器转换的模拟量，远程确定输出设备的开关量，然后自动控制泵、阀门等输出设备并发出报警信号。另外，消防救火人员可以根据灭火救援需要手动控制输出的开关量。

2 软件设计

系统组态界面是基于Kingview 6.55 为上位机开发和设计的。上位机的系统利用组态王的软件，模拟了各种消防设备以及其输入的信号。基于组态王软件设计上位机系统可以通过RS485 总线与组态王PLC 进行交互[4]。PLC 上所有的数据可以实时传输并连接到上位机的系统组态王历史库表中，实时显示记录所有消防设备的信息。通过组态王历史库，可以实时查询温度、压力、光信号模拟量等数据的相关组态历史信息。同时，用户可以通过PLC 实现在上位机主机实时控制所有的消防设备，进而完成相关设备的远程自动化控制[5]。

3 结论

消防自动控制是生活的一部分，它在保障生命安全和减少财产损失等方面发挥着重要的作用。随着经济的发展，人们的物质需求在不断提高，也越来越全面，家用电器设备的数量和负荷都在不断增大，导致发生火灾的安全隐患也越来越多，家庭火灾发生得可能更大。为了在火灾发生初期就将其扑灭，就需要功能更加强大的、更加完善的自动的消防控制系统。

本次项目设计的可视化的自动消防控制系统，能够很好地实现消防设备自动和联动控制，并包含了自动灭火模式、手动控制模式和上位机可视化的远程自动控制模式。提高了灭火的灵活性，准确性。同时，我们设计了上位机的组态控制软件，组态控制软件直观地模拟了消防控制系统的系统结构，消防灭火人员可直接观察并控制各种消防设施（水喷淋灭火控制系统、泡沫消防灭火控制系统、泵、阀等）。本消防控制系统方便了消防人员的操作，减少了发生火灾时灭火系统的启动和反应时间，使消防人员能在最短的时间内，准确找到起火点并进行及时有效的灭火行动。