基于PLC和WINCC的大學校園安全監控系統設計

張鵬程　嚴陳　季惠

【摘 要】近幾年來，伴隨著校園內火災事故的頻發，與校園相關的消防安全也越來越引起消防相關部門的關注。作為國家重點消防單位的大學校園，也必須提加強對消防安全的重視。按照國家消防工作“預防為主，防消結合”的方針，對于校園內火災事故的預防是第一位的。但是，伴隨著大學生校園內夜間活動的日漸頻繁以及寢室“不統一熄燈”等的實行，如此一來也加劇了校園內消防安全管理工作的強度。現在大多數的大學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小時監控，這種方式很容易令人疲憊以至于疏忽造成監控不力。針對以上情況，提出了一種利用PLC系統對大學校園內的各種消防設施進行控制并借助于WINCC軟件輔助監控的方法。本文詳細分析了其控制系統的組成、監控程序的設計，以及將該系統應用于校園內某一局部場所的效果。實踐證明，該控制系統與監控程序能夠幫助實現對該局部場所內的消防監控以及預警，具有一定的推廣意義。

【關鍵詞】消防安全；校園火災；人工監控；自動化輔助監控

1 場所概述及消防設計狀況

（1）場所概述：用來進行PLC控制系統設計模擬實驗的場所為大學校園內的一座兼辦公的教學實驗樓，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、數控加工車間等在內的學生實驗場所，2，3層北側主要為信息機房，南側主要為酒旅系學生實習布置的仿酒店客房的實習場所。4層北側也為信息機房，南側為包含電動機、電器柜、控制柜等各種器材的實驗實訓室。1至4層每層都設有教師辦公場所、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，該實驗樓內屬于可燃物含量較多、電氣設備眾多、實驗場所復雜，發生火災的危害性比較大，起火后蔓延較迅速，撲救較難的中高危險級均含的場所。

（2）消防設計：本教學實驗樓的消防設計是由專人設計的，情況如下。

根據使用性質和工藝要求，在教學實驗樓的每一個實驗實訓場所設置嵌入式的墻式滅火器箱，在辦公室等辦公場所設置落地式的滅火器箱并按照要求配備數量足夠的滅火器。該教學實驗樓沒有設計室外消防給水系統，室內消火栓給水系統按照南側、北側分為兩個控制分區，每個分區各包含一臺消火栓泵、噴淋泵以及一臺備用泵。每層樓南北側各設1個消火栓泵緊急啟動按鈕，整個教學樓一共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區域的消防栓泵，并輸出信號啟動火災聲光報警燈。噴淋泵的啟動是通過各保護區的管網噴嘴玻璃球高溫下爆碎，引起管網水流流動，同時聯動報警閥壓力開關動作，達到自啟動噴淋泵的目的。這里水流指示器和壓力開關動作信號同時作為輸入信號送入PLC控制器為作為火警區域指示信號，PLC控制中心能夠準確接收其動作信號，同時也應能直接控制噴淋泵啟停。每層設置一個火災聲光報警器以及總線制固定式消防電話分機。在教學實驗樓的每一層的走廊側墻以及安全出口、樓梯等處都按照要求設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危險性較高的實驗場所的頂板設置了點型復合式感煙感溫火災探測器。

另外，在消防控制室設立專門的控制臺，在控制臺上可進行任一區任一臺消防水泵的啟停、報警聲光信號的啟停以及水泵發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為教學實驗樓主要樓層以及主要消防設計圖。

2 控制系統的組成及軟硬件設計

本系統只是組成整個校園消防控制系統網絡的一部分，因此規模較小。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、穩定性好等特點，可滿足控制系統的要求。圖2為該教學實驗樓PLC控制系統組成圖。

根據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，編好地址。各個執行機構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樓值班室內的上位機監控畫面，可以同時實現對于該樓內各個樓層的防火監控。值班室內人員每天可以根據界面提示內容在主界面上輸入相關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、更可以在收到火災報警信息后，進行火災確認，并按照界面提示相關步驟找到相關人員進行滅火救援、報警求助等一系列行動。

3 結論

針對大學校園內一棟典型的集教學、辦公以及實驗等功能在一起的教學實驗樓，在已有消防設計的基礎上，完成了針對該棟樓內消防設施的PLC現場控制軟硬件設計和上位機監控程序設計，應用自動化控制實現了大學校園內對消防安全隱患的輔助監控。實踐證明，該控制系統與監控程序能夠幫助實現對該局部場所內的消防監控以及預警，系統試運行期間取得了良好的控制及監控效果，為下一步實現整個校園區域的消防監控奠定了技術基礎。

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