毕业设计论文-基于PLC火灾自动报警系统设计Word文件下载.doc
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楼宇消防控制系统探测器可编程控制
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目录
第一章绪论 1
1.1课题研究的相关背景 1
1.2选题的目的和意义 1
1.3国内外发展状况 1
1.4主要研究内容 2
第二章火灾自动报警系统简介 3
2.1火灾自动报警系统概述 3
2.2火灾自动报警系统设计要求 3
2.3火灾自动报警系统的基本组成 4
2.4火灾探测器 4
2.5火灾探测器的分类 4
2.6本章小结 6
第三章系统的设置 7
3.1区域报警控制系统 7
3.2集中报警控制系统 7
3.3控制中心报警系统 8
3.4本章小结 8
第四章PLC的定义 9
4.1PLC的特点 9
4.2PLC的基本结构 9
4.3PLC的工作原理 11
4.4本章小结 12
第五章火灾自动报警系统设计 13
5.1建筑状况 13
5.2防火分区的划分 13
5.3探测区域和报警区域的划分 14
5.4火灾探测器的选择、布置和计算 15
5.4.1火灾探测器的选择 15
5.5PLC的选用 17
5.6楼宇消防PLC控制系统的设计 17
5.8消防联动的设计 20
5.8.1消防联动控制设备的组成 20
5.8.2消防联动控制系统设计 20
5.8．3本章小结 26
第六章结论 26
致谢 27
参考文献 28
第一章绪论
1.1课题研究的相关背景
消防作为一门学科，正伴随着现代科学技术的发展进入高科技综合学科的行列，是现代建筑中的重要内容。
有效监测建筑火灾、控制火灾、迅速扑灭火灾，保障人民生命和财产的安全，保障国民经济建设，是火灾自动报警与联动系统的任务。
建筑消防系统就是为完成上述任务而建立的一套完整、有效的体系，该体系就是在建筑物内部按国家有关规定设置必需的火灾自动报警及消防设备联动控制系统、建筑灭火系统、防烟排烟系统等建筑消防设施。
1.2选题的目的和意义
我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。
但目前国内厂家生产的还是以晶体管、小规模集成电路或单片机为基础的产品,其系统复杂、成本高,不易维护。
而在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位，需要设置一种单一或区域联网、廉价实用的火灾自动探测报警装置，因此，研制一种结构简单、价格低廉的语音数字联网火灾报警器是非常必要的，因此我提出一种由PLC控制的火灾自动报警控制器的设想,其系统简单、成本适中、易于系统维护和升级。
1.3国内外发展状况
1847年，牙科医生Chinning和缅因大学教授Farmer开发研制了第一台用于城镇火灾报警的火灾报警发射装置，1852年安装在波士顿，从此，城镇火灾报警向前大大迈进了一步。
最早的探测技术当推1890年英国人研制的感温探测器。
20世纪初，随着化学和化工技术的发展，开始了泡沫灭火剂的研制；
同时，建筑结构及材料的防火技术也逐渐成为一个重要的研究领域。
二十世纪八十年代初，推出了新一代全新火灾报警控制系统。
该系统智能集中于控制器部分，探测器输出模拟信号，由控制器对这些信号进行处理，判断是否发生火灾。
它不仅解决了由于探测零点漂移而引起的非真实可靠探测的问题和探测器检查问题，而且提高了系统的抗干扰性，增加了可靠性。
我国的消防技术的研究起步于1956年，从1980年开始了消防报警系统设备的研究，经过近二十年的发展，国内的火灾报鳌系统也经历了从多线制到总线制的发展过程。
由于我国消防报警设备起步较晚，技术一直落后于国外，因资金缺乏，国内生产消防报警设备的工厂、公司缺乏先进的火焰燃烧实验室，使得对火灾从初期阴燃到明火燃烧的数学模型及不同物质燃烧的状态、机理研究甚少，从而只能走引进—国产化—仿制—自行开发的道路，故在进入九十年代后各厂家纷纷以引进技术或合资等形式来提高自己的竞争能力。
1.4主要研究内容
本设计是针对行政楼的火灾电子报警系统设计，对其进行了设
本系统主要由检测系统子系统、中央控制器、报警子系统系统和灭火子系统系统四个部分组成，检测子系统主要传感器组成。
为了提高系统可靠性，减少误报和漏报，本系统采用了感烟和感温两种传感器，能同时根据情况发出火灾信号。
报警子系统主要采用喇叭式和灯闪烁式两种方案，本系统采用喇叭报警，便于长距离的火灾信号传递，以便于人们的疏散和系统自动的控制
PLC的选用：
三菱系列的PLC，此系列的PLC具有结构紧凑、模块化、可扩展性强、指令集丰富等特点，当系统上电后，烟感报警器或者温感报警器发出信号后，系统进入运行状态
第二章火灾自动报警系统简介
2.1火灾自动报警系统概述
火灾自动报警系统能够在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量，通过感温、感烟和感光等火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，并同时显示出火灾发生的部位，记录火灾发生的时间。
火灾自动报警系统的组成形式多种多样，它的发展目前可分为三个阶段[1]：
1多线制开关量式火灾探测报警系统。
这是第一代产品，目前国内极少数厂家生产外，它基本上已处于被淘汰状态。
2总线制可寻址开关量式火灾探测报警系统。
这是第二代产品，尤其是二总线制开关量式探测报警系统目前正被大量使用。
3模拟量传输式智能火灾报警系统。
这是第三代产品。
目前我国已经开始从传统的开关量式火灾探测报警技术，跨入具有先进水平的模拟量式智能火灾探测报警技术的新阶段，它的系统的误报率降低到最低限度，并大幅度地提高了报警的准确度和可靠性。
2.2火灾自动报警系统设计要求
在火灾自动报警系统中，火灾探测器长年累月地检测被警戒的现场或对象，当检测场所对象发生火灾时，火灾探测器检测到火灾发生的烟雾、高温、火焰及火灾特有的气体等信号并转换成电信号，经过与正常状态阀值或参数模型分析比较，给出火灾报警信号，通过火灾报警控制器上的声光报警控制器显示装置显示出来，通知消防人员发生了火灾。
同时，火灾自动报警系统通过火灾报警控制器启动警报装置，告诫现场人员投入灭火操作或从火灾现场疏散；
启动断电控制装置、防排烟设备、防火门、放火卷帘、消防电梯、火灾应急照明、消防电话等减灾装置，防止蔓延、控制火势和求助消防部门支援；
启动消火栓、水喷淋、水幕及气体灭火系统及装置，及时扑灭火灾，减少火灾损失。
一旦火灾被扑灭，整个火灾自动报警系统又回到正常监控状态。
显然，要使火灾自动报警系统充分发挥作用，对火灾实现拟人化的监测和分析判断，要求火灾自动报警系统将微电子技术、微机控制技术、智能数据处理技术等技术融入系统主机—所以我们可以将火灾自动报警系统的组成结构及功能关系绘出如图2.1
图2-1火灾自动报警系统结构图示意
2.3火灾自动报警系统的基本组成
火灾自动报警系统是由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置以及具有其它辅助功能的装置组成的火灾报警系统，在火灾自动报警系统中，自动或手动产生火灾报警信号的器件称为触发件，主要包括火灾探测器和手动火灾报警按钮。
2.4火灾探测器
火灾探测器是火灾自动报警系统的传感部分，是组成各种火灾自动报警系统的重要组件，是火灾自动报警系统的“感觉器官”。
它能对火灾参数（如烟、温度、火焰辐射、气体浓度等）响应，并自动产生火灾报警信号，或向控制和指示设备发出现场火灾状态信号的装置。
火灾探测器是系统中的关键元件，他的稳定性、可靠性和灵敏度等技术指标会受到诸多因素的影响，因此火灾探测器的选择和布置应该严格按照规范进行。
2.5火灾探测器的分类
根据不同的火灾探测方法可构成相应的火灾探测器，按照其待测的火灾参数不同可以划分为感烟式、感温式、感光式火灾探测器和可燃气体探测器，以及烟温、烟光、烟温光等复合式火灾探测器和多信号输出式火灾探测器（如下图）。
感烟火灾探测器是利用一个小型烟雾传感器响应悬浮在其周围附近大气中的燃烧和热解产生的烟雾气溶胶的一种火灾探测器，一般情况下制成点型结构，主要有离子式和散射光式两种类型。
此外，减光式感烟火灾探测器有点型和线性两种结构，其中线型结构一般制成主动红外对射式线性火灾探测器。
感温式火灾探测器是利用一个点型或线缆型火灾参数传感器来响应其周围附近气流的异常温度和升温速率的火灾探测器，其结构有点型和线缆型两种，当前使用较为广泛的是点型电子感温火灾探测器和线缆型易熔金属感温火灾探测器。
感光式火灾探测器是根据物质燃烧过程中火焰的特性和火焰的光辐射强度而构成的用于响应火灾时火焰光特性的火灾探测器，一般是制作成被动式紫外或红外火焰光探测器。
可燃气体探测器是采用各种气敏元件或传感器来响应火灾初期物质燃烧产生的烟气体中某些气体浓度或液化石油气、天然气等环境中可燃气体浓度以及气体成分的探测器，一般其结构为点型，当前用于火灾探测的可燃气体探测器主要采用催化燃烧式或三端电化学式探测原理。
图-2.2火灾探测器分类型谱
2.6本章小结
本章节主要讲述了火灾自动报警的组成形式以及发展的三个阶段，其火灾自动报警的在现场的设计要求，以及火灾探测器的分类。
第三章系统的设置
随着新产品的不断出现，火灾自动报警系统也由传统型向现代火灾自动报警发展。
在诸多的产品中以区域报警和集中报警控制器的应用最为广泛，以下介绍两者的设置。
3.1区域报警控制系统
区域报警控制系统是火灾自动报警系统组成的一种形式，它是由电子元件组成的自动报警和监控装置。
当探测器检测到火灾信号，电子线路将火灾信号转换为电压或数字信号，通过导线传输到区域报警器，经过处理后发出声光报警信号，同时将火灾部位传输给集中报警控制器，适用于较小范围的保护。
有些区域报警控制器可单独组成系统进行消防灭火自动处理。
区域报警控制器的设置应该符合以下的规定：
（1）一个报警区域应设置一台区域报警控制器，系统中区域报警控制器不应该超过3台。
（2）当用一台区域报警控制器警戒数个楼层时，应在每层各楼梯口明显部位装设识别楼层的灯光显示区域。
（3）区域报警控制器安装在墙上时，其底边距地的高度不应小于1.5m。
靠近门轴的侧面距墙不应小于0.5m，正面操作距离不应小于1.2m。
（4）区域报警控制系统宜设在有人值班的房间或宾馆每层服务台。
3.2集中报警控制系统
集中报警控制系统是有电子线路组成的集中自动监控报警装置，各个区域报警巡回检测带的信号均集中到这一总的监控报警装置。
它具有部位指示、区域显示、巡检、自检、火灾报警音响、计时、故障报警、记录打印等一系列功能，在发出报警信号同时可自动采取系统的消防功能控制动作，达到消防的目的和手段，适用于较大范围内多个区域的保护。
集中报警控制器的设置应该满足以下规定：
（1）系统中应设有一台集中报警控制器和两台以上区域报警控制器。
（2）集中报警控制器的容量不宜小于保护范围内探测区域总数。
（3）集中报警控制器距墙不应小于1m，正面的操作距离不应小于2m。
（4）区域报警控制器的设置应符合上述区域报警控制系统的有关要求。
3.3控制中心报警系统
由消防控制室的消防控制设备、集中火灾报警控制器、区域火灾报警控制器和火灾自动报警探测器等组成，或由消防控制室的消防控制设备、火灾报警控制器、区域显示器和火灾自动报警探测器等组成，功能复杂的火灾自动报警系统。
系统的容量较大，消防设施控制功能较全，适用于大型建筑的保护。
（1）系统中应至少设置一台集中报警控制器和必要的消防控制设备；
（2）设在消防控制室以外的集中报警控制器，均应将火灾报警信号和消防联动控制信号送至消防控制室；
（3）区域报警控制器和集中报警控制器的设置，应符合上述控制中心报警系统的有关要求。
3.4本章小结
本章主要讲了区域报警控制系统的设置以及符合规定，集中报警控制系统的功能和设置，以及控制中心系统的组成和要求。
第四章PLC的定义
PLC是一种数字式的电子装置。
它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。
4.1PLC的特点
PLC能如此迅速发展的原因是由于它具有通用计算机所不及的一些下列特点
（1）可靠性：
PLC不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少。
与此同时，系统的维修简单、维修时间缩短，因此可靠性得到提高，PLC有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点，因此对操作和维修人员的技能要求降低，容易学习和掌握，不容易发生操作的失误，可靠性高。
（2）易操作性：
操作方便，编程方便，维修方便。
（3）灵活性：
编程的灵活性，扩展的灵活性。
4.2PLC的基本结构
PLC的型号、规格繁多。
它主要由中央处理单元CPU、存储器、输入、输出等部分组成。
（1）中央处理单元CPU
（2）存储器
PLC的存储器用来存放程序和数据。
程序分系统程序和用户程序。
①系统程序存储器
该存储器存放系统程序（系统软件）。
系统程序是PLC研制者所编的程序，它是决定性能的关键。
系统程序包括监控程序、解释程序、故障自诊断程序、标准子程序库及其他各种管理程序等。
系统程序由制造厂家提供，一般都固化在ROM或EPROM中，用户不能直接存取。
系统程序用来管理、协调PLC各部分的工作，翻译、解释用户程序，进行故障诊断等。
②用户程序存储器
该存储器存放用户程序（应用软件）。
用户程序是用户为解决实际问题并根据PIC的指令系统而编制的程序，它通过编程器输入，经CPU存放入用户存储器。
为便于程序的调试、修改、扩充、完善，该存储器使用RAM。
③变量（数据）存储器
变量存储器存放PLC的内部逻辑变量，如内部继电器、FO寄存器、定时器/计数器中逻辑变脸的现行值等，这些现行值在CPU进行逻辑运算时需随时读出、更新有关内容，所以，变量存储器也采用RAM。
现今用户程序存储器和变量存储器常采用低功耗的CMOS—RAM及锂电池供电的掉电保持技术，以提高运行可靠性。
通常PLC产品资料中所指的内存储器容量，是指用户程序存储器而言，且以字（6位/字）为单位来表示存储器的容量。
（3）输入输出接口（简称I/O）
输入输出接口是CPU与工业现场装置之问的连接部分，是PLC的重要组成部分。
与微机的I/O接口工作于弱电的情况不同，PLC的I/O接口是按强电要求设计的，即其输入接口可以接受强电信号，其输出接口可以直接和强电设备相连接。
对于小型PLC，厂家通常将I/O部分就装在PLC的本体部分，而对于中、大型PLC，各厂家通常都将I/O部分做成可供选取、扩充的模块组件，用户可根据自己的需要选取不同功能，不同点数的组件来组成自己的控制系统。
为便于检查，每个I/O点都接有指示灯，某点接通时，相应的指示灯发光指示。
用户可以方便地检查各点的通断状态。
①输入接口
输入接口的功能是采集现场各种开关接点的状态信号，并将其转换成标准的逻辑电平，送给CPU处理．一般的输入信号多为开关量信号，各种开关量输入接口的基本结构大同小异，常有直流和交流开关量输入接口电路两种。
交流开关量输入接口电路与直流开关量输入接口电路的主要区别是，前者要由现场提供交流电流，输入的交流信号经整流后得到直流，再去驱动光电耦合器。
在机械设备中，除开关量外，还常遇到一些模拟量如温度、压力、位移和速度等。
对这些模拟量进行采集时，必须经模数转换器（ACD）将模拟量转换成数字量，才能为PLC的CPU所接受。
②输出接口
为适应不同的负载，输出接口有多种方式。
常用的有晶体管输出方式、晶闸管输出方式和继电器输出方式。
晶体管输出方式用于直流负载；
双向晶闸管输出方式用交流负载，继电器输出方式可用于直流负载，也可用于交流负载。
一些PLC还具有模拟输出接口，用于需要摸拟信号驱动的负载。
（4）编程器
编程器是PLC中一种主要的外部设备，它是开发、维护PLC拧制系统的必备设备。
编程器用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视，还可以通过其键盘去调用与显示PLC的一些内部状态和系统参数。
它通过通信端口与CPU联系，完成人机对话连接。
编程器上有供编程用的各种功能键和显示灯，以及编程、监控转换丌关。
编程器的键盘采用梯形图语言键符，也可以采用软件指定的功能键符，通过屏幕对话方式进行编程．编程器有便携式和CRT智能式两大类，前者只能联机编程，而后者既可联机编程，又可脱机编程。
便携式编程器体积小，重量轻，可随身携带，便于在生产现场使用。
一般的小型PLC主要采用便携式编程器。
编程器是专用的，不同型号的PLC都有自己专用的编程器，不能通用。
PLC正常工作时，不一定需要编程器。
因此，多台同型号的PLC可以只配一个编程器。
（5）其他设备
PLC的外部设备还有盒式录音机、打印机、EPROM写入器及高分辨率屏幕彩色图形监控设备等。
4.3PLC的工作原理
与普通微机类似，PLC也是由硬件和软件两大部分组成的。
在软件的控制下，PLC才能正常地工作。
软件分为系统软件和应用软件两部分。
PLC的基本工作如下：
（1）输入现场信息：
在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点的状态；
（2）执行程序：
顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算；
（3）输出控制信号：
根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。
上述过程执行完后，又重新开始，反复地执行。
每执行一遍所需的时间称为扫描周期。
PLC的扫描周期通常为几十毫秒。
在实际应用中，大多数机械设备的工作过程可以分为一系列不断重复的顺序操作，PLC的工作方式与此相似。
因此，PLC的程序可与机器的动作一一对应，程序编制简单、直观，不容易出错，而且容易修改，从而大大减少了软件的开发费用，缩短了软件的开发周期。
为了提高工作的可靠性，及时接收外来的控制命令，PLC在每次扫描期间，除完成上述三步操作外，通常还要进行故障自诊断，完成与编程器等的通信。
每次扫描开始，先执行一次自诊断程序，对各输入输出点、存储器和CPU等进行诊断，诊断的方法通常是测试出各部分的当前状态，并与正常的标准状念进行比较，若两者一致，说明各部分工作正常，若不一致则认为有故障。
此时，PLC立即启动关机程序，保留现行工作状态，并关断所有输出点，然后停机。
诊断结束后，如没发现故障，PLC将继续往下扫描，检查是否有编程器等的通信请求。
如果有则进行相应的处理，比如，接受编程器发来的命令，把要显示的状态数据、出错信息送给编程器显示等。
处理完通信后，PLC继续往下扫描，输入现场信息，顺序执行用户程序，输出控制信号，完成一个扫描周期。
然后又从自诊断开始，进行第二轮扫描。
PLC就这样不断反复循环，实现对机器的连续控制，直到接收到停机命令，或因停电、出现故障等才停止工作。
4.4本章小结
本章主要讲了PLC的定义和发展，PLC能够迅速发展的优势特点，以及讲解了PLC的基本结构和PLC的工作原理。
第五章火灾自动报警系统设计
报警子系统主要采用喇叭式和灯闪烁式两种方案，本系统采用喇叭报警，便于长距离的火灾信号传递，以便于人们的疏散和系统自动的控制。
5.1建筑状况
教学楼是学院学生集中上课的场所，教学楼内来往学生教师较多，在其内部还有各种贵重设备、资料、文献等，所以一定要做好防火等工作。
该楼共八层，三到八层为通用层，一层高5m，标准层为4m，总共33m。
每层建筑面积为1084.43m2。
依据《高层民用建筑防火设计规范》，该建筑为二类建筑，耐火等级为二级。
5.2防火分区的划分
教学楼共八层，其中三到八层为通用层，一二层高5m，标准层为4m，总共34m。
依据《火灾自动报警系统设计规范》将其界定为二级保护对象。
在划分防火分区时应该满足表5.1的规定。
高层建筑内应采用防火墙等划分防火分区，每个防火分区允许最大建筑面积，不应超过下表的规定。
建筑类别
每个防火分区建筑面积（m2）
一类建筑
1000
二类建筑
1500
地下室
500
表5-1每个防火分区的允许最大建筑面积
注：
1设有自动灭火设备的防火分区，其最大允许建筑面积可按本表增加一倍，局部设置时，增加面积可按局部的一倍计算。
2高层主体建筑与相连的附属建筑之间，如设有防火墙等防火分隔设施，其附属建筑的防火分区面积可按本表增加一倍。
由于教学楼设有自动喷水灭火系统设备允许把建筑面积增加一倍，所以把每层划分为一个防火分区，共分为八个防火分区。
5.3探测区域和报警区域的划分
火灾自动报警系统的保护对象形式多样，功能各异，规模不等。
为了便于早期探测、早期报警，方便日常的维护管理，在安装的火灾自动报警系统中，人们一般都将其保护空间划分为若干个报警区域。
每个报警区域又划分了若干个探测区域。
这样这可以在火灾时，能够迅速、准确地确定着火部位，便于有关人员采取有效措施。
因此，所谓报警区域就是人们在设计中将火灾自动报警系统的警戒范围按防火分区或楼层划分的部分空间，是设置区域火灾报警控制器的基本单元。
一个报警区域可以由一个防火分区或同楼层相邻几个防火分区组成，但同一个防火分区不能在两个不同的报警区域内；
同一报警区域也不能保护不同楼层的几个不同的防火分区。
1、报警区域的划分
根据《火灾自动报警系统设计规范》的规定，报警区域宜由一个防火分区或同楼层的几个相邻的几个组成，所以把每层分别单独作为一个报警区域，满足火灾自动报警系统设计规范的规定。
2、探测区域的划分
由于该建筑为二级保护对象，规范规定：
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；
从主要人口能看清其内部，并且面积不超过1000m2的房间，也可划为一个探测区域。
根据以上的规定我把教学楼的探测区域划分如下：
（
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