基于PLC的消防联动报警装置设计

刘晓之

摘要：现阶段，我国的PLC技术有了很大进展，并在消防联动报警装置设计中得到了广泛的应用。参考国家《自动喷水灭火系统设计规范》等消防规范，提出了一种基于PLC的消防联动报警装置的设计方案。该方案有利于提高系统的可维护性和扩展性，增强了操作的便捷性和监控的直观性，具有较好的应用价值。

关键词：PLC；消防；巡检；报警

引言

随着社会经济发展，消防安全的重要性日益突出，对消防系统的稳定性和及时响应提出了更高的要求。消防系统通常由报警系统、给水系统、灭火联动系统等组成;要求能及时发现火情，发出警报，险情确认，启动灭火．参考国家《自动喷水灭火系统设计规范》等消防规范，我们提出了一种基于PLC的消防系统巡检与应急装置的设计方案．该方案有利于提高系统的可维护性和扩展性，增强了操作的便捷性和监控的实时性与直观性，具有良好的应用价值。

1设计原则

智能建筑内部设备众多，电路复杂，不管是人为操作失误还是设备、电路故障都有引发火灾的可能。一般情况下，建筑物火灾发生后火势发展速度较快，火灾危险性较大。设置火灾自动报警与消防联动系统需要在事前预警、火灾探测报警、人员疏散、自动灭火、消防救援等各个阶段发挥不同的作用。所以设计人员要从以下三条原则入手，充分考虑不同阶段的设计思路，保证系统的安全可靠。（1）发现火情要及时，且可以发出简单的警报信号。（2）在接收火灾信号后，尽快对火情进行确认，且能迅速联系消防单位。（3）在确认火灾后，能根据情况制定对策，做到防止火势蔓延，并采取相关措施对火势进行控制甚至扑灭。

2消防联动报警装置组成及功能

本文设计的消防联动报警装置系统由消防泵巡检、高位消防水箱调节、火灾报警及故障提示等模块组成，其中消防泵巡检包括低频自动巡检、工频自动巡检、手动巡检等；高位消防水箱调节包括高位消防水箱流量自动调节、高位消防水箱液位自动调节、高位消防水箱手动调节；火灾报警包括声光报警开启、防火卷帘开启、疏散指示开启、激光开启、排烟风机开启、蓄电池电量监控、应急用电启动、消防泵启动、防火分区阀开启等。消防泵巡检系统主要由消防泵组成，在触摸屏设置好参数后，开启此系统，并实时在触摸屏上观看数据及曲线。高位消防水箱调节系统主要采用传感器和PLC控制，并对设置的理想值与实际值比对，控制变频器对消防泵的输出而达到PID动态控制。火灾报警系统采用声光、烟感报警，双信号确认，减少系统错误响应的情况发生。故障提示系统会在触摸屏上详细的列出故障发生时间等信息。系统采用三菱FX3U及其模拟量特殊功能模块、三菱触摸屏、三菱变频器和其他外围设备实现系统方案。通过多台PLC进行系统模块化分布式设计，相互通信实现统一控制，对系统不同区域实现就近控制，方便系统布线和提高线路安全，便于故障排查和日常维护，减少干扰因素，提高系统控制与响应的稳定性。为确保火灾发生时，消防泵能正常工作，消防泵应可实现日常的低频和工频定时自动巡检，火灾发生时自动停止巡检功能；其中低频巡检可减少对消防管网和电网的冲击。自动巡检可检测消防泵运行状态，如三相电压、电流及电机振动和泵出口水压等。当火灾未发生时，系统可对楼房高位消防水箱实现基于PID的水箱液位或流量的动态平衡调节。液位和流量传感器数据通过PLC的模拟量特殊功能模块进行AD转换后显示在触摸屏上，同时PLC控制变频器的输出频率控制给水高位水箱泵的运行，确保高位消防水箱在火灾发生初期能提供灭火用水。

3回路设计

目前，火灾自动报警及联动控制系统回路设计大部分采用二总线制方式，二总线是将供电线缆与信号线缆结合，实现了信号和供电共用线缆的技术。二总线技术可以节省线缆和施工成本。总线线缆的选型通常采用双绞线，以防止电磁干扰和线缆之间的干扰。对于火灾报警联动控制系统（联动型）总线回路连接的设备数量，每一总线回路连接设备总数不宜超过200点，联动设备（输出模块、输入输出模块、带地址编码的声光警报器等）的总数不宜超过100点，且应留有不小于额定容量的10%余量。换言之，在设计中，每回路最多不能超过180点，联动设备则最多不能超过90点。此外，任一台火灾报警控制器所连接的火灾探测器、手报按钮、模块等设备总数不应超过3200点，超过时，可以采用多台控制器联网的形式。在火灾报警系统中，每个设备通过回路位置和所在回路的地址点，在系统中具备了唯一的地址码。可能有的器件占用两个或两个以上的地址码。对于一个地址对应多个设备的情况，应按设备数量计算；对于一个设备对应两个地址的情况，应按两个地址数量计算。比如，多个非编码探测器通过输入模块共用一个地址点，此时应按探测器数量计入总数；一个双输入输出模块控制一个自动喷淋控制器，应按两个地址数量计入。

4消防水系统PLC程序设计

根据上述要求和原理图进行接线，很容易实现，但是不建议采用传统控制方法，因传统的控制回路存在很多缺点，主要有：1）需要多个硬件中间继电器进行转换控制。2）硬件个体元件多，容易出故障，并且线圈易烧毁，或触点接触不良。3）控制回路的接线复杂，不便于查找故障点，且容易在接线时出错。4）无论是制作这样的控制回路，还是查找故障，所需时间太多。基于上述缺点，利用西门子PLC模块自主编程实现该控制，将其简单化、程序化，并且用程序软件代替硬件元件，有利于控制系统稳定；同时，消防水池的液位、管网压力都引入PLC进行联锁，根据原理图进行程序设计。

5系统电气布局

通过PLC模拟量特殊功能模块实现液位和流量传感器数据的读取与显示;当高位水箱供水已不能满足灭火时，自动启动消防水泵工频运行向消防灭火系统直接供水，同时配有机械应急操作功能。系统消防泵应可实现低频和工频定时自动巡检，其中低频巡检可减少对消防管网和电网的冲击，火灾发生时自动停止巡检功能．自动巡检可检测消防泵运行状态，如三相电压、电流及电机振动、泵出口水压等;当烟雾报警器与消火栓按钮动作满足条件时进行火灾声光报警，并应能自动开启排烟风机、启动应急照明和疏散指示、降下防火卷帘及开启防火分区供水阀门等．系统对市电和蓄电池电路状态进行监控，显示市电电压、电流、蓄电池电量等参数，当市电因火灾等原因被切断时，自动切换到蓄电池电路对应急照明和疏散指示供电，在主要消防疏散通道启动激光引导疏散功能，确保疏散引导及时有效。

结语

综上所述，利用PLC来控制变频器实现电机泵的启动和调速，提升了电机泵运行的工作效率，节约了能源；通过触摸屏实时的显示数据和操作，提升了检测和操作的便捷性。本系统实现了消防给水与火灾监控等消防系统运行与维护的自动化，人机交互友好，在进一步改进后，具有一定的消防应用和市场推广价值。

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