探索PLC 在火花检测与熄灭系统中的应用

梁良江

（铭洋建设股份有限公司，福建 泉州 362000）

各种木材加工企业、化工厂、食品加工厂为人民美好生活提供了各种产品，同时，生产过程中的可燃粉尘的火灾爆炸隐患一直是悬在生产企业头上的一把达摩克利斯之剑，一种有效的实用的火灾预警消除系统成为一种必然的需求。

PLC 控制系统是专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置，它集合了微型计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程方便等特点。

粉尘火花探测与熄灭系统目前知名的大品牌全被国外占领，比如，德国的EWS 公司，格雷康（GreCon）公司，并形成一定的垄断趋势。

随着PLC 控制技术的发展，探索一种更通用的、更易普及的粉尘火花探测与熄灭系统作为这一领域的补充是本文的主旨。

1 单片机控制技术火花检测与熄灭系统的技术分析

（1）现行木材行业火花熄灭系统工作过程如图1：当火花探测器检测到火花后熄灭装置启动，喷射出环形雾化水幕，达到灭火的功能；装置上配有反馈信号，通过控制器可检测熄灭装置的动作状态。

图1 现行木材行业火花熄灭系统示意图

（2）火花报警控制器采用单片机控制技术原理如图2。

①现场粉尘在烘干、传送过程中因各种原因产生火花或高温，火花探测器捕捉到火花信号转换成电脉冲，经过信号调理，传到单片机控制系统。

②单片机控制系统根据内部程序对信号进行判断，去启动相应火花熄灭执行装置（喷淋机构）。

③单片机控制系统能接收人工手动和调试的一些操作控制，包括手动/自动转换、喷淋机构的切换、反馈信号、声光报警输出、报警解除等。

图2 单片机火花探测与熄灭系统结构图

④单片机控制系统具有参数的设置输入功能、数据储存、数据查询、显示等功能。

⑤单片机控制系统还具有与上位机通信功能，方便设备联网，远程操作和显示。

（3）整个系统的核心在于火花探测器以及火花探测器的信号调理，《多点火花与温度监测自动消防系统》一文中指出火花探测器是一种电流型输出形式，当控测到火花时，产生一个宽度为40ms 的电流脉冲输出，单片机电路中带有信号检测和断路短路检测功能，同时，《粉尘火花探测及熄除系统设计研究》一文中指出，火花探测传感器采用BPW34F芯片，经过运放放大整形后能得起一个12V 的正脉冲，由于工业环境必然存在各种干扰，把脉冲转成4-20ma 成为必不可少的环节，因为我们这里不探讨火花探测器的详细原理，我们只要知道，火花探测器是一个宽度40ms 级别的电流型脉冲信号就行了，接下来，我们来探讨这个信号用PLC 能否可靠接收就可以了。

2 PLC 控制系统所能实现的功能

考虑到目前的主流及经济性，列举两种品牌PLC 小型机的参数作为分析数据。

2.1 欧姆龙(OMRON)CP1H-XA 型PLC 的功能

（1）CPU 单元本体，内置输入24 点/输出16 点；通过扩展最大320 点的输入输出；（2）通过安装选件板，可以进行RS-232C 通信或RS-422A/485 通信；（3）也能够进行功能扩展温度传感器输入等；（4）可实现高速计数器4 轴、脉冲输出4 轴；内置模拟电压/电流输入4 点、模拟电压/电流输出2 点；（5）对每个输入接点，通过PLC 系统的设定来选择是否在通用输入、输入中断、脉冲接收、高速计数器中的任何一个状态下使用；（6）此外，对每个输出接点，通过指令来选择是否在通用输出、脉冲输出、PWM 输出中的任何一个状态下使用。

2.2 西门子SIMATIC S7-200 SMART ST-60 PLC 的功能

（1）本机数字量I/O 36 输入/24 输出, 最多可扩展6 个模块，过程映像区大小256 位输入(I)/256 位输出(Q)；（2）高速计数器4 个，高速脉冲输出3@100kHz；（3）以太网：1 个，串口：（RS485）1 个；（4）可信号板扩展1 个；（5）具有各种模拟量输入输出模块：4 模拟量输入/2 模拟量输出，2 通道RTD 输入，4 通道TC 输入等多种模块可以供扩展选择。

通过分析上述PLC 参数目前主流的小型PLC 都具有单片机系统所具有的功能，用PLC 来实现粉尘火花探测与熄灭系统是可行的。

3 PLC 实现火花探测与熄灭系统的硬件电路

以本人比较熟悉的欧姆龙PLC CP1H-XA 为例。

模拟量：火花探测传感器，接在模拟量输入，输入设成4-20ma 输入形式。1 个PLC CPU 自带4 路AD 输入,可以测量4 个通道的火花探测传感器，并且可以根据需求进行扩展AD 模块。

输入点：手动/自动、喷淋手动，报警解除，测试。输出点：喷淋阀，报警声，报警光闪烁。

人机界面：可选目前市面上主流的HMI 人机界面如威纶、台达、西门子等品牌作为数据显示输入界面。

通信：可以通过扩展232 或485 通信端口与上位机通信。PLC 开关量的控制在工业环境下比单片机更有优势，在通信方面，也是毫不逊色。在此不必缀述。火花探测传感器发出电流型脉冲，接在PLC 模拟量通道，PLC 能否正确接收成为这个系统的关键，为了验证这个功能，采用了如下方法进行实验:

OMRON PLC CP1H-XA40 本身带有2 路DA 转换输出，4 路AD 转换输入，把其中DA 0ch 输出，接到AD 0ch 输入上，并设置成电流型4 ～20ma,信号采用4 ～20ma 的抗干扰好处，这里也不缀述。脉冲输入测试电路图如图3。

图3 脉冲输入测试电路

通过PLC 编程软件编写程序，让DA 0CH 输出电流脉冲的脉宽可调，间隔可调，脉冲幅度输出固定为12ma。测量输入标准幅度为大于10.7ma 表示脉冲为1。

设定两个计数器分别计数DA 输出产生的脉冲和AD 输入测量到的脉冲数。经过实测得如表1 数据。

从表1 可以得出结论，只要脉冲宽度大于3ms,脉冲间隔大于20ms,OMRON CP1H-XA PLC 能可靠接收到信号，这个技术参数完全满足火花探测传感器的信号接收要求。

4 PLC 实现火花探测与熄灭系统的软件编程

目前，最新的小型PLC 都具有强大的指令系统，支持顺序控制、定时计数控制、逻辑运算、串口通信控制，还具有数据传送、比较、移位、换算、运算等高级指令。同时，有梯形图、指令表、结构化文本、功能块图等多种形式的编程方式。

OMRON PLC CP1H 指令高达400 多个。

对照火花探测与熄灭系统单片机控制系统功能。

PLC 程序包含了以下几个功能：

（1）火花探测传感器信号采集功能，通过模拟量输入进行A/D 转换，采集到的电流信号4-20ma 在PLC 转换0 ～12000 的数据,当电流为4ma,对应数值0，电流20ma 对应数值12000，通过比较指令可以判别到幅度大于一定值，默认为12ma,程序中200CH 的数值6000 的信号作为有效的脉冲信号，幅度值可以做成可设定的。

（2）火花计数，事件等级判断功能，火花数量达20 个为一级警报，在一定时间内，默认20S,对火花数进行计数，当火花数达到设定值，默认1 个时，进行声光报警，当火花数达到另一个设定值，默认4 个时，进行熄灭电磁阀动作设定的时间，默认5 秒，当火花数量达20 个，判定为火警，火警继电器动作，进行连续喷水等灭火动作。

（3）数据存储功能，PLC 具有数据存储功能，通过与人机界面、上位机编程配合，完成实时、历史记录查询，导出，报表等功能。

（4）信号反馈功能，把探测器，执行机构的信号反馈到PLC，用于判断火花探测系统各部件存在的故障，系统自检及故障报警功能，保证系统的可靠安全。

（5）火花报警消除功能，上位机通信等其他功能。

人机界面程序包含以下几个功能：①实时报警显示；②历史报警显示；③测试/调试界面；④监控界面；⑤设置界面；⑥数据保存和导出功能。

表1

5 结语

综上所述，PLC 应用于火花探测与熄灭系统，在软硬件上是可行的，并且更通用，更易普及。