基于PLC和組態(tài)軟件的二氧化碳自動滅火系統(tǒng)軟件設(shè)計

蘆志強，王凌睿

（合肥水泥研究設(shè)計院合肥固泰自動化有限公司，安徽 合肥 230051）

在新型干法水泥和生石灰生產(chǎn)過程中，煤粉制備是重要的一個環(huán)節(jié)，盡管采用了一系列的先進技術(shù)，但該環(huán)節(jié)仍然是事故多發(fā)點，輕則延誤生產(chǎn)，重則危害生命。其中煤粉倉和袋收塵器是發(fā)生火災(zāi)爆炸的高危位置，所以需要通過監(jiān)測其內(nèi)部環(huán)境，聯(lián)合二氧化碳滅火裝置使用，以保證企業(yè)生產(chǎn)安全。鑒于以上分析提出一種二氧化碳自動滅火系統(tǒng)，實現(xiàn)高危位置實時在線監(jiān)控與保護。該系統(tǒng)采用PC機+PLC的雙機控制模式，將先進的計算機技術(shù)和組態(tài)監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)高危位置的火災(zāi)預(yù)警和自動滅火。

1 自動滅火系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)具有三種控制方式：自動滅火，應(yīng)急手動滅火、現(xiàn)場應(yīng)急機械施放滅火。一般情況下，系統(tǒng)處于自動滅火控制方式，自動控制流程見圖1。

控制器上有控制方式選擇鎖，當(dāng)將其置于“自動”位置時，滅火控制系統(tǒng)處于自動控制狀態(tài)。通過CO成分檢測裝置、氧氣檢測器和溫度探測器獲取現(xiàn)場環(huán)境信號，當(dāng)探測信號超過報警限值時，控制器即發(fā)出火警聲光信號，通知有異常情況發(fā)生，而不啟動滅火裝置釋放滅火劑。如確需啟動滅火裝置滅火時，可按下現(xiàn)場“緊急啟動按鈕”，即可啟動滅火裝置釋放滅火劑，實施滅火。當(dāng)探測器超過臨界限值時，控制器發(fā)出火災(zāi)聲、光信號，通知有火災(zāi)發(fā)生，有關(guān)人員應(yīng)撤離現(xiàn)場，工作人員關(guān)閉風(fēng)機、防火閥等設(shè)備，系統(tǒng)發(fā)出滅火指令，打開電磁閥，啟動氣體打開容器閥，釋放滅火劑，實施滅火。

整套控制系統(tǒng)由上位機監(jiān)控系統(tǒng)、下位機控制系統(tǒng)以及通訊模塊組成的二級集散控制系統(tǒng)。上位機監(jiān)控層，安裝相應(yīng)的WINCC組態(tài)軟件，便于操作人員進行操作。下位機為現(xiàn)場控制層，采用西門子S7-200系列PLC作為控制系統(tǒng)核心對滅火系統(tǒng)進行控制。上位機與下位機PLC的通信通過自由口通信技術(shù)實現(xiàn)。

圖1 自動控制流程圖

2 下位機系統(tǒng)組成

下位機PLC利用自由口通信，將多傳感信號（CO、O2、溫度等）發(fā)送到上位機相應(yīng)的數(shù)據(jù)變量中，由上位機進行控制和處理。其中下位機PLC的硬件設(shè)計接線見圖2，軟件控制邏輯關(guān)系見表1，其中EV表示電磁閥，SB為按鈕，KA為繼電器，“1”表示電磁閥動作，“0”表示電磁閥不動作。

報警及噴吹的邏輯關(guān)系，如下所示，其中KA16控制煤粉倉噴吹電磁閥，KA17控制收塵器噴吹電磁閥，KA18控制報警信號輸出電磁閥，EM231為模擬量輸入模塊，EM221數(shù)字量輸入模塊。

①CO含量在400～500ppm，同時1#EM231，A/B中的溫度值最大值大于70度。KA18動作。

②CO含量在400～500ppm，同時1#EM231，C/D和2#EM231，A/B/C/D中的溫度值最大值大于70℃。KA18動作。

③任何一個溫度大于80℃，KA18動作。

④CO濃度大于500PPM，KA18動作

⑤CO含量在大于500ppm，同時1#EM231，A/B中的溫度值最大值大于80℃。KA16，KA17，KA18動作。

⑥CO含量在大于500ppm，同時1#EM231，C/D和2#EM231，A/B/C/D中的溫度值最大值大于80℃。KA16，KA17，KA18動作。

⑦任一溫度達到120℃，KA16，KA17，KA18動作。

⑧任一濃度達到600PPM，KA16，KA17，KA18動作。

⑨DI 2.0和DI2.1是備妥信號。

⑩EM221和DI 2.2～2.7是氣瓶輸入反饋信號。

圖2 接線端子圖

3 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要是對上位機組態(tài)畫面進行軟件設(shè)計，還有對整個系統(tǒng)程序運行過程中流程進行設(shè)計?？紤]到系統(tǒng)所需監(jiān)控的過程變量和實際功能，設(shè)計了主界面、實時曲線、歷史曲線、報警窗口4個功能窗口。

3.1 主界面

主界面可以實時顯示煤粉倉和收塵器內(nèi)的CO濃度、O2濃度與溫度，根據(jù)這些數(shù)據(jù)自動判斷煤粉倉和收塵器內(nèi)的環(huán)境狀況，繼而報警或者噴吹CO2藥劑，并給出相應(yīng)的調(diào)整建議。操作員通過畫面中各個監(jiān)測點亮燈的狀態(tài)，判斷內(nèi)部狀況。為了防止CO過量，當(dāng)倉內(nèi)CO濃度和溫度超出警戒值，主界面中氣體報警燈會閃爍，并現(xiàn)場發(fā)出聲光報警。當(dāng)CO濃度和溫度超過臨界限值，則會自動對煤粉倉內(nèi)和收塵內(nèi)進行CO2噴吹，噴吹過后會顯示瓶內(nèi)藥劑狀態(tài)，以提示操作人員更換氣瓶。在主界面上，操作人員還可以根據(jù)實際狀況自行判斷，對煤粉倉和收塵器進行人工主動噴吹。主界面見圖3。

3.2 實時曲線

實時曲線界面，此功能界面具有實時顯示內(nèi)部溫度、CO濃度和O2濃度的實時曲線功能，可供操作人員實時進行趨勢判斷。

3.3 歷史曲線

歷史曲線界面，此界面具有顯示CO、O2與溫度數(shù)據(jù)的歷史曲線的功能，并可以將所顯示的歷史曲線保存與打印，以供參考。

3.4 報警窗口

報警窗口，對所有監(jiān)測數(shù)據(jù)報警信號加以顯示，以供操作人員查詢。

4 結(jié) 論

經(jīng)試驗調(diào)試，該系統(tǒng)運行可靠，性能穩(wěn)定．利用PLC對煤粉倉和收塵器進行預(yù)警滅火控制，可以很方便地在程序中調(diào)整報警及噴吹執(zhí)行參數(shù)，并且設(shè)置各種保護環(huán)節(jié)。通過在上位機中使用組態(tài)軟件與PLC通信連接，可以直接在中央控制室對煤粉倉和收塵器的運行情況進行實時監(jiān)控，提高消防系統(tǒng)的可靠性以及網(wǎng)絡(luò)化水平。

表1 邏輯關(guān)系圖

圖3 主界面圖