智能家居的防火系统设计

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）毕业设计论文智能消防供水系统设计

摘要随着我国智能建筑（IB）业的发展，高层建筑及建筑群体越来越多，从而也促进消防系统以迅猛的速度向前迈进。在智能建筑的建筑物自动化系统（BAS）中消防系统是非常重要的一个子系统,担负着保障人员及财产安全的重任。该论文设计了智能建筑的消防系统，主要是消防系统的感应机构和其执行机构。着重论述了利用变频器、压力传感器、可编程序控制器组成的消防智能供水控制系统。此系统具有自动定期检查消防泵能否正常工作，并且当火灾发生时可自动启动消防泵，克服了以前人工操作或只能依赖于火灾传感器的情况。本设计中采用了MCGS组态软件和西门子S7-200小型PLC控制器来组建本次消防供水系统。系统主要由集中管理个人计算机即上位机和可编程序控制器PLC构成。组态软件MCGS用于上位机监视，主要作用是监视消防过程；S7-200小型PLC则用于下位机的控制，主要作用是对采集信号的处理和对系统的PID控制。关键词：消防；火灾报警；消防供水内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）ThedesignofwatersupplyforfirefighttingAbstractWiththedevelopmentofIntelligenceBuilding(IB)industryinourcountry,highbuildingsandbuildingcommunityaremoreandmore,andthatpromotethefirefightingsystemtomoveforwardwithswiftandviolentspeed.InBuildingAutomationSystem(BAS)ofIntelligenceBuilding,thefirefightingsystemisaveryimportantsubsystem,anditsassignmentistoprotectthesafetyofpeopleandproperty.Thisthesisdesignedafiresystemofacomprehensivebuilding,aboutthepartofresponse,includingheatfiredetectorThisthesisdiscussesimprovedwatersupplycontrolsystemwithconstantpressureinthefirefightingthatiscomposedoftransducer,pressuresensor,PLCaswellashomemadecontroller.Thissystempossessesthefunctionthatcanautomaticallytime-examinewhetherthefireengineworksnormally.Furthermore,thesystempossessesthefunctionthatcanautomaticallystart-upfireenginewhenfirehappensandovercomethestatusoperatedmanuallyordependedonfiresensorformerly.Inthisdesign,MCGSconfigurationsoftwareandtheS7-200smallPLCcontrollerareusedtosetupthefirefighttingsystem.MCGSconfigurationsoftwareisusedintheup-positionmachineprocesssurveillance,themainfunctionistomonitortheprocess.S7-200smallPLCusesinthelower-positioncontrol,themainfunctionistogatherthesignalsandtolaunchthePIDcontrol.Keywords:firefighting；firealarm；watersupplyforfirefightting内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目录摘要 IAbstract II第一章研究背景 1第二章消防系统简介 22.1智能建筑 22.2火灾报警及消防联动控制系统 22.2.1消防系统的组成 22.2.2消防系统的分类 32.2.3消防系统的工作原理 32.3消防器件的介绍 42.3.1探测器 42.3.2手动报警按钮 62.3.3消火栓按钮 72.3.4短路隔离器 72.3.5区域显示器 72.4火灾自动报警系统 82.4.1防火分区的划分 82.4.2火灾探测区域的划分 82.4.3探测器的布置[7] 82.4.4手动报警按钮 92.4.5消火栓按钮 102.5灭火及联动控制系统 102.5.1火灾事故广播 102.5.2消防专用电话系统 102.5.3防排烟系统 112.5.4灭火系统 11第三章消防供水系统的设计 133.1系统介绍 133.2系统实现的功能 133.3设备选型及其介绍 143.3.1电动机 143.3.2PLC 143.3.3变频器 213.4消防供水系统控制原理 243.4.1下位机控制原理 243.4.2上位机监控原理 283.5系统程序 29总结 34致谢 35参考文献 36内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）研究背景目前高层建筑在各类城市中比比皆是。为了防止意外火灾，高层建筑一般均设有消防专用泵组。尽管规范，规章明确要求消防设施，器材应定期维护保养。但是目前消防水泵都不能做到定期试机运行，天长日久就会导致泵体，底阀和单向阀卡死、锈死，所以经常会出现在发生火灾时设备不能充分发挥作用的情况，造成不应有的损失，为此《高层民用建筑设计防火规范》规定超高建筑、一类高层公共建筑的消防泵宜设定时自检装置。国家消防总局在1999年下文要求所有消防设备必须具有自检功能，消防控制设备必须在15天内自动启动一次，防止水泵生锈腐蚀。另在修订中的《建筑设计防火规范》也提出：消防给水设备必须具有自动巡检功能。通常老设备采用落后继电接触器控制方式，中间继电器和定时继电器太多，功能少,线路复杂，接点多，造成故障多可靠性差，维修困难。我们采用可编程序控制器（PLC）对消防泵组进行控制，实现泵组在备用时定期试运行，扑救火灾时自动启动，从而有效地杜绝消防水泵关键时刻不能用的局面。PLC之所以有生命力，在于它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，可靠性高，抗各种干扰的能力强、维护方便，硬件无调整元件，价格低寿命长。这样既节省了用户时间和成本，又可以很容易地根据不同需要进行扩展。消防系统简介智能建筑智能建筑（IntelligentBuilding,IB）也称为智能大厦，它是采用计算机技术对建筑物内的设备进行自动控制、对信息资源进行管理和对用户提供信息服务等一种新型建筑。现代智能建筑主要由三大系统组成：建筑物自动化系统(BuildingAutomationSystem，BAS)；办公自动化系统（OfficeAutomationSystem，OAS）；通信系统（TelecommunicationSystem，TCS）。火灾报警及消防联动控制系统在智能建筑中火灾报警及消防联动控制系统是建筑物自动化系统(BAS)中非常重要的一个子系统，其原因一方面是因为现代高层建筑的建筑面积大、人员密集、设备材料多，建筑上竖向孔洞多（电梯井、电缆井、空调及通风管等），使得引发火灾的可能性增大，另一方面是由于智能建筑比传统的建筑投资了较多技术先进、价格昂贵的设备和系统，一旦发生火灾事故，除了造成人员伤亡外，各种设备及建筑物遭受损害造成的损失也比一般建筑物严重得多，由此我们不难了解到，在火灾报警及消防联动控制系统中，火灾报警系统的重要性更加突出，火灾的发生在其初期阶段往往只是规模甚小而又易于扑灭的，但是由于火灾的初期阶段人们不易发觉或疏于防范，而使火灾蔓延，酿成灾难，这就对于系统的安全可靠性、技术先进性及网络结构、系统联网等方面提出了更新、更高的要求。消防系统的组成所谓消防系统主要由两大部分组成：一部分为感应机构，即火灾自动报警系统，另一部分为执行机构，即灭火及联动控制系统。火灾自动报警系统由探测器、手动报警按扭、报警器和警报器等构成，以完成检测火情并及时报警之用。灭火系统的灭火方式分为液体灭火和气体灭火两种，常用的为液体灭火方式。目前国内经常使用的消火栓灭火系统和自动喷水灭火系统。无论哪种灭火方式，其作用都是：当接到火警信号后应执行灭火任务。联动系统有火灾事故照明及疏散指示标志、消防专用通讯系统及防排烟设施等，均是为火灾下人员较好的疏散、减少伤亡所设。综上所述，消防系统的主要功能是：自动捕捉火灾探测区域内火灾发生时的烟雾或热气，从而发出生光报警并控制自动灭火系统，同时联动其它设备的输出接点，控制事故照明及疏散标记、事故广播及通讯、消防给水和防排烟设施，以实现监测、报警和灭火的自动化。消防系统的分类消防系统的类型，如按报警和消防方式可分为两种：⑴自动报警，人工消防⑵自动报警，自动消防消防系统的工作原理图2.1火灾自动报警系统原理框图火灾自动报警系统的工作原理如图2.1所示。安装在保护区的探测器不断的向所监视的现场发出巡测信号，监视现场的烟雾浓度、温度等，并不断反馈给报警控制器，控制器将接收的信号与内存的正常整定值比较、判断确定火灾。当火灾发生时，发出声光报警，显示烟雾浓度，显示火灾区域或楼层房号的地址编码，并打印报警时间、地址等。同时向火灾现场发出警铃报警，在火灾发生楼层的上下相邻层或火灾区域的相邻区域也同时发出报警信号，以显示火灾区域。各应急疏散指示灯亮，指明疏散方向。消防器件的介绍探测器一般说来，物质燃烧前往往是先产生烟雾，接着周围温度渐渐升高，同时产生一些可见光和不可见光。而物质由开始燃烧到火势渐大酿成火灾总是有个过程的。探测器的功能就是“捕捉”、“观查”物质刚刚开始燃烧时产生的“信号”。它把捕捉到的火灾信号转变为电信号，立即提供给报警控制器。由于场所的不同，燃烧物的不同，燃烧时产生的信号也不同。同样，在不同的场合需要不同的探测器。火灾探测器的种类很多，主要有如下几种：⑴感温式火灾探测器⑵感烟式火灾探测器⑶光电式火灾探测器⑷可燃气体探测器⑸复合式火灾探测器探测器种类的选择应根据探测区域内的环境条件、火灾特点、房间高度、安装场所的气流状况等，选用其所适宜类型的探测器或几种探测器的组合。1．根据火灾特点、环境条件及安装场所确定探测器的类型感烟探测器做为前期、早期报警是非常有效的。对火灾初期有阴燃阶段，产生大量的烟和少量的热，很少或没有火焰辐射的场所，应选择感烟探测器。对于有强烈的火焰辐射而仅有少量烟和热产生的火灾，应选用光电探测器，但不宜在火焰出现前有浓烟扩散的场所及探测器的镜头易被污染、遮挡以及受电焊、X射线等影响的场所中使用。感温型探测器做为火灾形成早期(早期、中期)报警非常有效。因其工作稳定，不受非火灾烟雾气尘等干扰。凡无法应用感烟探测器、允许产生一定的物质损失、非爆炸性的场合都可采用感温型探测器。特别适用于经常存在大量粉尘、烟雾、水蒸气的场所及相对湿度经常高于95%的房间，但不宜用于有可能产生阴燃火的场所。2．根据房间高度选择探测器[6]对不同高度的房间点型火灾探测器的选择如表2.1：表2.1火灾探测器的选择房间高度（m）感烟探测器感温探测器火焰探测器一级二级三级12<h≤20不适合不适合不适合不适合不适合8<h≤12适合不适合不适合不适合适合6<h≤8适合适合不适合不适合适合4<h≤6适合适合适合不适合适合h≤4适合适合适合适合适合手动报警按钮手动报警按钮，亦称手动报警开关。1．手动报警按钮的作用火灾自动报警系统应有自动和手动两种触发装置。各种类型的火灾探测器是自动触发装置，而手动火灾报警按钮是手动触发装置。它具有在应急情况下人工手动通报火警或确认火灾的功能。当人们发现火灾后，可通过装于走廊、楼梯口等处的手动报警开关进行人工报警。手动报警按钮的紧急程度比探测器报警紧急，一般不需要确认。所以，手动按钮要求更可靠、更确切，处理火灾要求更快。2．手动报警按钮的设置从安装的数量上看，规范要求报警区域内每个防火分区应至少设置一只手动报警按钮。从一个防火分区内的任何位置到最近的一个手动报警按钮的步行距离不应大于30m。应设置在明显和便于操作的部位，即设置在建筑物的大厅、过厅、只要公共活动场所出入口，餐厅、多功能厅等处的只要出入口，值班人员工作场所，主要通道门厅等经常有人通过的地方，安装在墙上距地（楼）面高度1.5m处明显和便于操作的部位。消火栓按钮消火栓报警开关安装于消火栓内的。当发生火灾使用消火栓灭火时，手动操作消火栓报警开关，可以向消防控制中心发出报警信号，同时启动有关消防设备。短路隔离器短路隔离器，亦称总线隔离器。1．短路隔离器的作用短路隔离器用在传输总线上，对各分支线作短路时的隔离作用。它能自动使短路部分两端呈高阻态或开路状态，使之不损坏控制器，也不影响总线上其它部件的正常工作，当这部分短路故障消除时，能自动恢复这部分回路的正常工作，这种装置叫短路隔离器。2．短路隔离器的适用场所（1）一条总线的各防火分区；（2）一条总线的不同楼层；（3）总线的其它分支处；（4）下接部件（手段开关、模块）接地址号个数小于等于30个；（5）下接探测器个数小于等于40个；（6）下接中继器不超过一个。区域显示器1．区域显示器的作用及适用范围区域显示器显示来自报警器的火警及故障信息，适用于各防火监视分区或楼层。2．区域显示器的功能及特点（1）具有声报警功能。当火警或故障送入时，将发出两种不同的声报警（火警为变调音响，故障为长音响）。（2）具有控制输出功能。具备一对无源触点，其在火警信号存在时吸合，可用来控制一些警报器类的设备。（3）具有计时钟功能。在正常监视状态下，显示当前时间。（4）采用壁式结构，体积小，安装方便。火灾自动报警系统防火分区的划分根据《高层民用建筑设计防火规范》第5.1条规定，由于设置了自动灭火系统，每个防火分区允许的最大建筑面积为2000㎡。火灾探测区域的划分将放火分区按探测火灾的部位划分的单元称为探测区域。探测区域可以是一只探测器所保护的区域，也可以是几只探测器共同保护的区域，但一个探测区域在控制器上只能占有一个报警部位号。根据《火灾自动报警系统设计规范》第4.2条规定，探测区域应按独立房(套)间划分。一个探测区域的面积不宜超过500m2；从主要入口能看清其内部，且面积不超过1000m敞开或封闭楼梯间；防烟楼梯间前室﹑消防电梯前室﹑消防电梯与防烟楼梯间合用的前室；走道﹑坡道﹑管道井﹑电缆隧道；建筑物闷顶、夹层等均单独划分探测区域。结合以上规定和实际情况，将该综合楼的每个房间﹑楼梯间及其前室，每条走道均设为一个探测区域。探测器的布置[7]根据《火灾自动报警系统设计规范》第8.1条规定，探测器的布置如表2.2：表2.2探测器的布置火灾探测器的种类地面面积S（m2）房间高度h(m)探测器的保护面积A和保护半径R房顶坡度ØØ≤15゜15゜＜Ø≤30゜Ø＞30゜A(m2)R(m)A(m2)R(m)A(m2)R(m)感烟探测器S≤80h≤12806.7807.2808.0S＞806＜h≤12806.71008.01209.9h≤6605.8807.21009.0感温探测器S≤30h≤8304.4304.9305.5S＞30h≤8203.6304.9406.3根据《火灾自动报警系统设计规范》第8.1.4条规定一个探测区域内所需设置的探测器数量，不应小于下式的计算值：N≥S/（K*A）式中：N——探测器数量(只)，N应取整数；S——该探测区域面积(m2)；A——探测器的保护面积(m2)；K——修正系数。手动报警按钮《火灾自动报警系统设计规范》第8.3条规定，每个防火分区应至少设置一个手动火灾报警按钮。从一个防火分区内的任何位置到最邻近的一个手动火灾报警按钮的距离，不应大于30m。手动火灾报警按钮宜设置在公共活动场所的出入口处；手动火灾报警按钮应设置在明显的和便于操作的部位。当安装在墙上时,其底边距地高度宜为1.3~1.5m，且应有明显的标志。消火栓按钮消火栓报警开关安装于消火栓内的。当发生火灾使用消火栓灭火时，手动操作消火栓报警开关，可以向消防控制中心发出报警信号，同时启动有关消防设备。灭火及联动控制系统火灾事故广播火灾发生后，为了便于组织人员的安全疏散和通知有关救灾的事项，需要设置火灾事故广播（火灾紧急广播）系统。根据《火灾自动报警系统设计规范》第条规定，民用建筑内扬声器应设置在走道和大厅等公共场所，每个扬声器的额定功率不应小于3W，其数量应能保证从一个防火分区的任何部位到最近一个扬声器的距离不大于25m。走道内最后一个扬声器至走道末端的距离不应大于12.5m。当发生火灾时，为了便于疏散和减少不必要的混乱，火灾事故广播发出警报不能采用整个大楼火灾事故广播系统全部启动的方式，仅向着火的楼层及其有关的楼层进行广播。根据《火灾自动报警系统设计规范》第条规定作如下设置：二层及以上的楼房发生火灾，应先接通着火层及其相邻的上下层；底层发生火灾，应先接通本层、二层及地下车库；地下车库发生火灾，应先接通本层及底层。消防专用电话系统消防控制室设置对内联系、对外报警的电话是我国目前阶段的主要的消防通信手段。根据《火灾自动报警系统设计规范》第5.6条规定，消防专用电话网络应为独立的消防通信系统，也就是说不能利用一般电话线路代替消防专用电话线路，应独立布线。消防专用电话总机与电话分机或塞孔之间呼叫方式是直通的，中间没有交换或转接程序。根据《火灾自动报警系统设计规范》第条规定，设有手动火灾报警按钮、消火栓按钮等处宜设置电话塞孔。电话塞孔在墙上安装时，其底边距地面高度宜为1.3～1.5m。防排烟系统火灾时产生的烟的主要成分是CO，易使人窒息；烟气遮挡人的视线，使人在疏散时难以辨别方向。在高层建筑中，其本身会产生“烟囱效应”，如不及时排除，很快就会垂直扩散到各处。因此，防排烟系统必不可少，当发生火灾后，应立即使其投入使用，将烟气迅速排出。《高层民用建筑设计防火规范》的规定如下：无直接自然通风，且长度超过20m的内走道或有直接自然通风，但长度超过60m的内走道以及面积超过100㎡且经常有人停留的无窗房间，或对外开窗但面积超过200㎡的房间均需设置机械排烟设施。排烟防火阀设在风管上，平时处于关闭状态。当火警发生后，它可以以感烟信号联动，控制主机发出信号或手动使其瞬间开启，进行排烟，任何一处排烟阀开启时，会立即连锁启动排烟机。在排烟机前的排烟吸入口处，装有排烟防火阀。当排烟风机启动时，此阀门同时打开进行排烟，当排烟温度高达280℃灭火系统1．自动喷水灭火系统[8]自动喷水灭火系统的分类⑴闭式自动喷水灭火系统：分为湿式系统、干式系统、、预作用系统和重复启闭预作用系统。⑵开式自动喷水灭火系统：分为雨淋系统、水幕系统和水喷雾灭火系统。⑶自动喷水-泡沫联用系统：主要用于存在较多易燃液体的场所。2．室内消火栓灭火系统消火栓由蓄水池、加压送水装置（水泵）及室内消火栓等主要设备构成，这些设备的电气控制包括水池的水位控制、消防用水和加压水泵的启动。水位控制应能显示出水位的变化情况和高、低水位报警及控制水泵的开停。室内消火栓系统由水枪、水龙带、消火栓、消防管道等组成。为保证喷水枪在灭火时具有足够的水压，需要采用加压装置。常用的加压设备有两种：消防水泵和气压给水装置。该处采用消防水泵加压。在每个消火栓内设置消防按钮，灭火时用小锤击碎按钮上的玻璃小窗，按钮不受压而复位，从而通过控制电路启动消防水泵，水压增高后，灭火水管有水，用水枪喷水灭火。3．消防供水系统针对不同的场所及不同的火灾危险等级，应选择不同的自动喷水灭火系统。无论何种系统，首先得有一个可靠的水源保障，可靠的水源是指水量和水压均有保证，若市政管网的水量、水压满足系统要求，则称常高压系统。若市政管网的水量、水压不满足系统要求，则应设置消防水池、屋顶水箱及消防水泵来满足发生火灾时系统所需的水量和水压，此系统为临时高压系统。自喷系统火灾延续时间按1h设计。下一章中将详细讲述消防供水系统。消防供水系统的设计系统介绍该系统主要是由下位机控制及上位机监控组成。在下位机中，通过PLC、变频器、压力传感器、接触器、中间继电器等来控制水泵的启动；上位机进行实时监控，可以更好的了解和控制系统的运行。工艺流程（简图）如图3.1。图3.1消防供水系统工艺流程图系统实现的功能1．泵组的自动启动以及手动控制；2．定期进行自动巡检；3．各泵在启动时都有软启动功能；4．具有完善的报警功能。设备选型及其介绍电动机电动机的额定参数如下。额定功率：7.5KW额定电压：380V额定电流：15.7A额定转速：1460r/min额定频率：50HzPLC1．PLC的特点现代工业生产是复杂多样的，他们对控制的要求也各不相同。可编程控制器由于具有以下特点而深受工厂工程技术人员和工人的欢迎。可靠性高，抗干扰能力强。这往往是用户选择控制装置的首要条件。PLC生产厂家在硬件和软件上采取了一系列抗干扰措施，使它可以直接安装于工业现场而稳定可靠地工作。目前各生产厂家生产的PLC，其平均无故障时间都大大超过了IEC规定的10万小时。而且为了适应特殊场合的需要，有的PLC生产商还采用了冗余设计和差异设计，进一步提高了其可靠性。适应性强，应用灵活。由于PLC产品均成系列化生产，品种齐全，多数采用模块式的硬件结构，组合和扩展方便，用户可根据自己的需要灵活选用，以满足系统大小不同及功能繁简各异的控制要求。编程方便，易于使用。PLC的编程可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电气技术人员的欢迎。近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言，也称功能图，使编程更简单方便。控制系统设计、安装、调试方便。PLC中含有大量的相当于中间继电器、时间继电器、计数器等的“软元件”。有用程序（软接线）代替硬接线，安装接线工作量少。设计人员只要有PLC就可进行控制系统设计并可以在实验室进行模拟调试。维修方便、维修工作量小。PLC有完善的自诊断、履历情报存储及监视功能。PLC对于其内部工作状态、通信状态、异常状态和I/O点的状态均有显示。工作人员通过它可以查出故障原因，便于迅速处理。功能完善。除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，配合特殊功能模块还可以实现点位控制、PID运算、过程控制、数字控制等功能，为方便工厂管理又可与上位机通信，通过远程模块还可以控制远方设备。2．PLC的基本组成图3.2PLC的基本组成⑴中央处理器（CPU）与一般计算机一样，CPU是PLC的核心，它按PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊地进行工作，其主要任务有：控制从编程器键入的用户程序和数据的接收与存储；用扫描的方式通过I/O部件接收现场的状态或数据，并存入输入映像存储器或数据存储器中；诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等；；PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像存储器的内容，再经输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。不同型号PLC的CPU芯片是不同的。CPU芯片的性能关系到PLC处理控制信号的能力与速度，CPU位数越高，系统处理的信息量越大，运算速度也越快。随着芯片技术的不断发展，PLC所用的CPU芯片也越来越高档。⑵存储器PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM中，用户不能直接更改。它使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏，很大程度上决定了PLC的性能，其内容主要包括三部分。第一部分为系统管理程序，它主管控制PLC的运行，使整个PLC按部就班地工作。第二部分为用户指令解释程序。通过用户指令解释程序，将PLC的编程语言变为机器语言指令，再由CPU执行这些指令。第三部分为标准程序模块与系统调用。它包括许多不同功能的子程序及其调用管理程序，如完成输入、输出及特殊运算等的子程序。PLC的具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少决定了PLC性能的强弱。用户存储器包括用户程序存储器和功能存储器两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序。用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型的不同，可以是RAM（有掉电保护）、EPROM或EEPROM存储器，其内容可以由用户任意修改或增删。用户功能存储器是用来存放用户程序中使用的ON/OFF状态、数值数据等，它构成PLC的各种内部器件，也称“软元件”。用户存储器容量的大小，关系到用户程序容量的大小和内部器件的多少，是反映PLC性能的重要指标之一。⑶输入/输出接口输入/输出接口是PLC与外界连接的接口。输入接口用来接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、选择开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等的开关量输入信号。另一类是由电位器、测速发电机和各种变送器等来的模拟量输入信号。输出接口用来连接被控对象中各种执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯、调节阀、调速装置等。⑷电源小型整体式可编程控制器内部有一个开关式稳压电源。此电源一方面可以为CPU板、I/O板及扩展单元提供工作电源（5VDC），另一方面可为外部输入元件提供24VDC。⑸扩展接口扩展接口用于将扩展单元与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活。⑹通信接口为了实现“人——机”或“机——机”之间的对话，PLC配有多种通信接口。PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机、其他的PLC或计算机相连。当PLC与打印机相连时，可将过程信息、系统参数等输出打印；当与监视器相连时，可将过程图象显示出来；当与其他PLC相连时，可以组成多机系统或连成网络，实现更大规模的控制；当与计算机相连时，可以组成多机系统或连成网络，实现更大规模的控制；当与计算机相连时，可以组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合系统。⑺智能I/O接口为了满足更加复杂的控制功能的需要，PLC配有多种智能I/O接口。例如，满足位置调节需要的位置闭环控制模板，对高速脉冲进行计数和处理的高速计数模板等。这类智能模板都有其自身的处理器系统。⑻编程器它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。编程器有简易型和智能型两类。简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符（指令表）后，才能输入。它一般由简易键盘和发光二极管或其他显示器件组成。智能型的编程器又称图形编程器又称图形编程器，它可以联机、也可以脱机编程，具有LCD或CRT图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。也可以利用微机作为编程器，这时微机应配有相应的软件包，若要直接与可编程控制器通信，还要配有相应的通信电缆。⑼其他部件PLC还可配有盒式磁带机、EPROM写入器、存储器卡等其他外部设备。3．PLC的工作过程PLC工作的全过程可用图3.3所示的运行框图来表示。整个运行可分为三部分：第一部分是上电处理。机器上电后对PLC系统进行一次初始化工作，包括硬件初始化，I/O模块配置检查，停电保持范围设定及其他初始化处理等。第二部分是扫描过程。PLC上电处理完成以后进入扫描工作过程。先完成输入处理，其次完成与其他外设的通信处理，再次进行时钟、特殊寄存器更新。当CPU处于STOP方式时，转入执行自诊断检查。当CPU处于RUN方式时，还要完成用户程序的执行和输出处理，再转入执行自诊断检查。第三部分是出错处理。PLC没扫描一次，执行一次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常，如CPU、电池电压、程序存储器、I/O、通信等是否异常或出错，如检查出异常时，CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，所有的扫描停止。图3.3PLC运行框图4．PLC的选型系统共有开关量输入点

2个，输出点

7个

,模拟量输入输出点各一个，

选用西门子主机

CPU224

（

14

输入、10输出）

1

台，扩展模块EM235（模拟量4输入、1输出）1台。根据控制要求

,

统计控制系统的输入、输出信号的名称

，

代码及地址编号如表3.1所示。表3.1输入输出的地址编号名称代码地址编码输入信号手动和自动消防信号SA1I0.0压力信号输入RA+，RA-火灾信号SA2I0.1输出信号1#泵工频运行接触器及其指示灯KM1、HL1Q0.01#泵变频运行接触器及其指示灯KM2、HL2Q0.12#泵工频运行接触器及其指示灯KM3、HL3Q0.22#泵变频运行接触器及其指示灯KM4、HL4Q0.3变频器开停机控制Q0.4火灾报警指示灯HL5Q0.5报警电铃HAQ0.6压力输出信号M0，I0变频器1．变频器的选型变频器选用西门子的MM440变频器，变频器的技术参数如下。电源电压：AC380～480，三相输出。额定功率：11KW输入频率：47～63Hz输出频率：0～650Hz功率因数：0.98数字输入：6个，可编程；模拟输入：2个，可编程；继电器输出：3个，可编程；模拟输出：2个，可编程。2．变频调速的概念三相交流异步电动机的旋转磁场转速和转子转速分别为（3.1）（3.2）式中n—电动机转速（r/min）；—定子交流电源的频率（Hz）；—磁极对数；s—转差率；—旋转磁场转速（r/min）。由式（3.1）和式（3.2）可知，旋转磁场的转速和输入电流的频率成正比，当改变电流频率时，可以改变旋转磁场的转速，因而转子转速也随之改变，达到调速的目的。3．MM440通用变频器简介[3]MICROMASTER440变频器简称MM440变频器，是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列，本系列有多种型号供用户选用，恒定转矩（CT）控制方式额定功率范围从120W～200KW，可变转矩（VT）控制方式可达到250KW。MM440变频器由微处理器控制，采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了电动机运行的噪声，具有全面而完善的保护功能，为变频器和电动机提供了良好的保护。MM440变频器具有默认的工厂设置参数，它是给数量众多的简单的电动机控制系统供电的理想变频驱动装置。由于MM440变频器具有全面而完善的控制功能，在设置相关参数以后，它也可用于更高级的电动机控制系统。MM440变频器既可用于单机驱动系统，也可集成到自动化系统中。4．MM440通用型变频器的特点㈠MM440变频器的主要特性⑴易于安装，易于参数设置和调试；⑵具有牢固的EMC设计；⑶可由IT（中性点不接地）电源供电；⑷对控制信号的响应是快速和可重复的；⑸参数设置的范围很广，确保变频器可对广泛的应用对象进行配置；⑹电缆连接简便；⑺具有多个继电器输出；⑻具有多个模拟量输出（0～20mA）；⑼有六个带隔离的数字输入，并可切换为NPN/PNP接线；⑽有两个模拟输入：AIN1——0～10V，0～20mA和-10V至+10V。AIN2——0～10V，0～20mA。⑾两个模拟输入可以作为第7和第8个数字输入；⑿BiCo（二进制互联连接）技术；⒀采用模块化设计，配置非常灵活；⒁脉宽调制的频率高，因而电动机运行的噪声低；⒂具有详细的变频器状态信息和全面的信息功能；⒃有多种可选件供用户选用，有用于与PC通信的通信模块，基本操作面板（BOP，高级操作面板（AOP），用于进行现场总线通信的ProfiBus通信模块。㈡MM440变频器的性能特征⑴有矢量控制性能，有两种矢量控制方式：①无传感器矢量控制；②带编码器的矢量控制。⑵具有U/f特性；①磁通电流控制，改善了动态响应和电动机的控制特性；②多点U-f特性。⑶具有快速电流限制功能，避免运行中不应有的跳闸。⑷具有内置的直流注入制动。⑸具有复合制动功能，改善了制动特性。⑹具有内置的制动单元⑺加速/减速斜坡特性具有可编程的平滑功能：①起始和结束段带平滑圆弧；②起始和结束段不带平滑圆弧。⑻具有比例、积分和微分（PID）控制功能的闭环控制。⑼各组参数的设定值可以相互切换：①电动机数据组；②命令数据组和设定值信号源。⑽自由功能块。⑾具有动力制动的缓冲功能。⑿具有定位控制的斜坡下降曲线。㈢MM440变频器的保护特性⑴具有过电压/欠电压保护。⑵具有变频器过热保护。⑶具有接地故障保护。⑷具有短路保护。⑸具有I2t电动机过热保护。⑹具有PTC/KTY电动机保护。消防供水系统控制原理下位机控制原理1．控制原理通过安装在出水管网上的远传压力传感器将压力信号转化为4-20mA的标准信号送入PLC，经PID运算与给定压力参数进行比较，得出调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵转速，调节系统供水量，使系统的供水管网压力保持在给定压力上；水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制器加泵；如果主泵出现故障，PLC控制启用备用泵。如图3.4为下位机的控制原理。图3.4下位机控制原理图2．电气控制系统原理图电气控制系统原理图包括主电路图、控制电路图及

PLC

外围接线图三部分。⑴主电路图如图3.5

所示为电控系统主电路。二台电机分别为

M1

、

M2

。接触器

KM1

、

KM3

，分别控制

M1

、

M2

的工频运行；接触器

KM2

、

KM4

，分别控制

M1

、

M2

的变频运行；

FR1

、

FR2

分别为二台水泵电机过载保护用的热继电器；

QS1

、

QS2

和

QS3

分别为变频器和二台泵电机主电路的隔离开关；

FU1

、

FU2

为主电路的熔断器；图3.5电控系统主电路图⑵控制电路图如图

3.6

所示为电控系统控制电路图。图中

SA

为手动

/

自动转换开关，

SA

打在

8

的位置为手动控制状态，打在

9

的状态为自动控制状态。手动运行时，可用按钮

SB1～SB4

控制二台泵的起

/

停；自动运行时，系统在

PLC

程序控制下运行。图3.6电控系统控制电路图⑶PLC接线图如图

3.7所