基于PLC的消防给水泵控制系统设计
1 绪论
1.1 本课题研究设计背景和目的
在我国目前的经济、技术条件下,消火栓系统仍是高层民用建筑最基本的灭火设备。发生火灾时,消防水泵及时启动加压是保证消火栓系统正常运行的重要步骤。为此,有相关规定:临时高压给水系统的每个消火栓处应设置直接启动消防水泵的按钮,并应设有保护按钮的设施,以便迅速远距离启动消防泵(设计中较常采用破玻按钮)。在高层民用建筑自动消防系统设计中(电气专业),消防水泵的启动依据就是破玻按钮的动作。倘若在消防系统运转过程中出现下列情况(1)有人出于好奇或恶作剧在无火灾时启动按钮；(2)发生火灾时,慌乱中人可能先击碎破玻按钮,然后才动用水枪灭火,由于不熟练,在展开水带、连接搭扣、开启阀门等步骤中就会延误一些时间, 或者由于火情危急, 现场中人仅击碎破玻按钮而来不及动用水枪灭火。这两种情况都会导致整个消防管网在没有投入运行前(无枪出水灭火)消防水泵已经启动，这必然造成消防管网压力剧增，产生严重超压现象, 极有可能引起管网爆裂。火灾时若发生管网爆裂, 整个消火栓系统就会瘫痪, 后果不堪设想。
随着技术的发展，很多设备需要改造，如启动方式和元件的升级换代，很多设备的远程操作和使用方法需要调整，如就地控制改为远动控制或计算机控制等。对于这些技术的更新，传统控制回路设计方式所存在的元件数量多、元件使用寿命较短、接线复杂、通用性差等缺点给设备的改造、维护带来了较多的困难。另外，尽管规范、规章明确要求消防设施，器材应定期维护保养，但是目前消防水泵都不能做到定期试机运行，天长日久就会导致泵体、底阀和单向阀卡死、锈死，所以经常会出现在发生火灾时设备不能充分发挥作用，造成不应有的损失。为此，《民用建筑水灭火系统设计规程》规定超高建筑、一类高层公共建筑的消防泵宜设定时自检装置。可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，综合了微电子技术、计算机技术、自动化技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置，具有结构简单、性能优越、可靠性高、
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灵活通用、易于编程、使用方便等优点，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到了广泛的应用。目前，世界上许多工业国家把PLC 的使用作为衡量电气控制水平的标志。因此，本系统采用可编程控制器（PLC）对消防泵组进行控制，实现泵组在备用时定期试运行，扑救火灾时自动启动，从而有效地杜绝消防水泵关键时刻不能用的情况。
目前，一旦遇到火灾都会出现大量的人员伤亡和财产损失，为什么会出现这样的状况呢。因为现在一旦火灾发生就很难控制，无法及时的扑救和报警。本课题研究的基于PLC的消防给水泵控制系统将在自动扑救火灾的环节起到重要的作用。本课题的研究将会给人们的生产生活安全带来更加强力的保障。
采用PLC控制的消防给水泵，有利于及时了解消防泵的实际性能，能解决消防泵的锈蚀卡死问题、保持消防泵良好的工作状况，也有利于消防管理系统的智能化。它对提高消防给水系统的可靠性具有划时代的意义。极大的提高了在发生火灾时人的生命财产安全。
1.2 设计任务及内容 1.2.1 设计任务
用西门子S7-200型PLC实现对消防水泵知道控制的方法。用PLC实现对消防水泵的控制，简化系统的结构和配线，提高了系统的可靠性，并且增加了传统继电器控制系统无法实现的定期主备互投和自动测试功能。
1.2.2 设计内容
通过对现有给水系统的调研和分析，确定以工作可靠、性能稳定、价格合理等特点的西门子S7-200型PLC和西门子变频器构成的控制核心来设计消防给水系统，确定控制要求，设计控制软件，并在工程项目实践中考验与使用，保证整个系统运行可靠，安全节能，获得最佳的技术经济性能。具体的研究内容主要包括以下几个方面：
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1、分析给水系统特性和原理，分析和论证变频调速方式在消防给水系统中的节能原理和效果。通过对比异步电动机的调速方法后,给水系统中采用的变频调速节能效果显著。最后列举消防给水系统的主要特点。
2、本文就最简的给水泵组控制系统的设计做了详细的叙述，包括硬件电路设计，控制软件的总体方案及程序结构设计，以及相关的控制程序实际。阐述设备的调试及变频器参数设定。最后还提出了保障系统可靠性的一些措施。
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2 可编程序控制器（PLC）的概述
2.1 PLC的定义
1987年2月，国际电工委员会（IEC）对可编程序控制器的定义是：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的。它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向消防的指令，并通过数字式或模拟式输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充功能的原则设计。
2.2 PLC的特点
（1）抗干扰能力强，可靠性好
PLC在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。
（2）控制系统结构简单，通用性强
PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。
（3）编程方便，易于使用 PLC是面向消防的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺的知识的人员都可在短时间内学会。
（4）功能完善
PLC的输出/输入功能完善，性能可靠，能够适应与任何形式和性质的开关量和模拟量的输入/输出。在PLC内部具有许多控制功能，诸
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如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转、和强制I/O等诸多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换、以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印、及报表生成等功能。
（5）设计、施工、调试的周期短
用继电接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用PLC控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。
（6）体积小，维护操作方便
PLC体积小，质量轻，便于安装。PLC的输入/输出系统能够直观的反映现场总线信号的变化状态，还能通过各种方式直观的反映控制系统的运行状态。
（7）易于实现网络化
PLC可连成功能很强的网络系统。 （8）可实现三电一体化 PLC将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。
2.3 PLC的一般组成和基本工作原理 2.3.1 PLC的一般组成
目前PLC种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。
一般地PLC主要由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM和ROM）、输入输出接口（I/O）电路、电源及其他可选组件构成。前三大部分是PLC
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