基于PLC和WINCC的大學(xué)校園安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

張鵬程　嚴陳　季惠

【摘 要】近幾年來，伴隨著校園內(nèi)火災(zāi)事故的頻發(fā)，與校園相關(guān)的消防安全也越來越引起消防相關(guān)部門的關(guān)注。作為國家重點消防單位的大學(xué)校園，也必須提加強對消防安全的重視。按照國家消防工作“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的方針，對于校園內(nèi)火災(zāi)事故的預(yù)防是第一位的。但是，伴隨著大學(xué)生校園內(nèi)夜間活動的日漸頻繁以及寢室“不統(tǒng)一熄燈”等的實行，如此一來也加劇了校園內(nèi)消防安全管理工作的強度?，F(xiàn)在大多數(shù)的大學(xué)校園仍然采用通過值班人員在消防控制室盯著各個場所的攝像屏幕的方式進行24小時監(jiān)控，這種方式很容易令人疲憊以至于疏忽造成監(jiān)控不力。針對以上情況，提出了一種利用PLC系統(tǒng)對大學(xué)校園內(nèi)的各種消防設(shè)施進行控制并借助于WINCC軟件輔助監(jiān)控的方法。本文詳細分析了其控制系統(tǒng)的組成、監(jiān)控程序的設(shè)計，以及將該系統(tǒng)應(yīng)用于校園內(nèi)某一局部場所的效果。實踐證明，該控制系統(tǒng)與監(jiān)控程序能夠幫助實現(xiàn)對該局部場所內(nèi)的消防監(jiān)控以及預(yù)警，具有一定的推廣意義。

【關(guān)鍵詞】消防安全；校園火災(zāi)；人工監(jiān)控；自動化輔助監(jiān)控

1 場所概述及消防設(shè)計狀況

（1）場所概述：用來進行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計模擬實驗的場所為大學(xué)校園內(nèi)的一座兼辦公的教學(xué)實驗樓，高約20m，建筑面積近4000m2 ，呈回字形布置，長邊南北方向布置，共4層。其中1層主要為包含金工實習車間、汽車檢修車間、數(shù)控加工車間等在內(nèi)的學(xué)生實驗場所，2，3層北側(cè)主要為信息機房，南側(cè)主要為酒旅系學(xué)生實習布置的仿酒店客房的實習場所。4層北側(cè)也為信息機房，南側(cè)為包含電動機、電器柜、控制柜等各種器材的實驗實訓(xùn)室。1至4層每層都設(shè)有教師辦公場所、存放資料的場所以及教職工娛樂活動場所等。通過以上分析可見，該實驗樓內(nèi)屬于可燃物含量較多、電氣設(shè)備眾多、實驗場所復(fù)雜，發(fā)生火災(zāi)的危害性比較大，起火后蔓延較迅速，撲救較難的中高危險級均含的場所。

（2）消防設(shè)計：本教學(xué)實驗樓的消防設(shè)計是由專人設(shè)計的，情況如下。

根據(jù)使用性質(zhì)和工藝要求，在教學(xué)實驗樓的每一個實驗實訓(xùn)場所設(shè)置嵌入式的墻式滅火器箱，在辦公室等辦公場所設(shè)置落地式的滅火器箱并按照要求配備數(shù)量足夠的滅火器。該教學(xué)實驗樓沒有設(shè)計室外消防給水系統(tǒng)，室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)按照南側(cè)、北側(cè)分為兩個控制分區(qū)，每個分區(qū)各包含一臺消火栓泵、噴淋泵以及一臺備用泵。每層樓南北側(cè)各設(shè)1個消火栓泵緊急啟動按鈕，整個教學(xué)樓一共8個，一旦探測到火情，按下緊急按鈕就可以信號輸入到PLC控制器通過繼電器自動啟動相應(yīng)區(qū)域的消防栓泵，并輸出信號啟動火災(zāi)聲光報警燈。噴淋泵的啟動是通過各保護區(qū)的管網(wǎng)噴嘴玻璃球高溫下爆碎，引起管網(wǎng)水流流動，同時聯(lián)動報警閥壓力開關(guān)動作，達到自啟動噴淋泵的目的。這里水流指示器和壓力開關(guān)動作信號同時作為輸入信號送入PLC控制器為作為火警區(qū)域指示信號，PLC控制中心能夠準確接收其動作信號，同時也應(yīng)能直接控制噴淋泵啟停。每層設(shè)置一個火災(zāi)聲光報警器以及總線制固定式消防電話分機。在教學(xué)實驗樓的每一層的走廊側(cè)墻以及安全出口、樓梯等處都按照要求設(shè)置了疏散照明以及指示裝置。在重要儀器存放場所以及火災(zāi)危險性較高的實驗場所的頂板設(shè)置了點型復(fù)合式感煙感溫火災(zāi)探測器。

另外，在消防控制室設(shè)立專門的控制臺，在控制臺上可進行任一區(qū)任一臺消防水泵的啟停、報警聲光信號的啟停以及水泵發(fā)生故障自動切換至備用泵，并通過控制臺上的人機界面提示故障報警信息的功能。圖1為教學(xué)實驗樓主要樓層以及主要消防設(shè)計圖。

2 控制系統(tǒng)的組成及軟硬件設(shè)計

本系統(tǒng)只是組成整個校園消防控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的一部分，因此規(guī)模較小。選用西門子公司的S7-200系列的PLC，并對S7-200 CPU226進行擴展。選擇一個EM223（16×I，8×O）和一個EM221（8×I）擴展模塊，總共計有32個輸入和16個輸出，其具有速度快、精度高、穩(wěn)定性好等特點，可滿足控制系統(tǒng)的要求。圖2為該教學(xué)實驗樓PLC控制系統(tǒng)組成圖。

根據(jù)以上控制要求將輸入信號，輸出信號按各自的功能類型分好，并與PLC的I/O端一一對應(yīng)，編好地址。各個執(zhí)行機構(gòu)的啟動按鈕用綠色按鈕，急停按鈕用紅色按鈕，故障信號用黃色按鈕。列出各種控制元件和執(zhí)行元件的輸入輸出的I/O分配表，如表1所示。

編制好I/O分配表，設(shè)計硬件接線圖，然后利用？西門子PLC S7-200編程軟件 STEP7 MicWIN_V4SP9進行PLC程序編制，該控制程序的控制流程圖以及利用西門子WINCC軟件編制的上位機控制界面。

借助位于消防控制室以及實驗教學(xué)樓值班室內(nèi)的上位機監(jiān)控畫面，可以同時實現(xiàn)對于該樓內(nèi)各個樓層的防火監(jiān)控。值班室內(nèi)人員每天可以根據(jù)界面提示內(nèi)容在主界面上輸入相關(guān)信息以及進行消防安全檢查確認、可以通過主界面來查看各個樓層的消防器材布置情況以及完好情況、更可以在收到火災(zāi)報警信息后，進行火災(zāi)確認，并按照界面提示相關(guān)步驟找到相關(guān)人員進行滅火救援、報警求助等一系列行動。

3 結(jié)論

針對大學(xué)校園內(nèi)一棟典型的集教學(xué)、辦公以及實驗等功能在一起的教學(xué)實驗樓，在已有消防設(shè)計的基礎(chǔ)上，完成了針對該棟樓內(nèi)消防設(shè)施的PLC現(xiàn)場控制軟硬件設(shè)計和上位機監(jiān)控程序設(shè)計，應(yīng)用自動化控制實現(xiàn)了大學(xué)校園內(nèi)對消防安全隱患的輔助監(jiān)控。實踐證明，該控制系統(tǒng)與監(jiān)控程序能夠幫助實現(xiàn)對該局部場所內(nèi)的消防監(jiān)控以及預(yù)警，系統(tǒng)試運行期間取得了良好的控制及監(jiān)控效果，為下一步實現(xiàn)整個校園區(qū)域的消防監(jiān)控奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

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