J I A N G S U U N I V E R S I T Y 成教本科毕业设计（论文）
对系外消防统设计
External fire fighting system
学院名称：江苏大学
专业班级：2013级机械设计制造及其自动化专业学生姓名：侯丽娜
指导教师姓名：樊曙天
指导教师职称：教授
函授站：
2015 年2月
对系外消防统系统设计
专业班级：13机械设计及其自动化学生姓名：侯丽娜
指导教师：樊曙天职称：
摘要为了提高人机对话功能，以及对对外消防系统有更好的监视控制功能，本系统采用了遥控、控制柜。为实现工业环境下的自动控制而专门设计开发可编程序控制器技术，它提供给用户大量的逻辑运算、顺序控制、定时、计数、通信和数学运算指令，以及用户应用程序、数据的存储空间用户能利用这些指令编写符合工艺要求的应用程序，并存储在PLC的内存中，PLC能执行用户程序，可以相应的控制消防炮的上下、左右，从而达到有效的控制对外消防系统的目的。
关键词：遥控控制柜PLC 对外消防系统
External fire fighting system
Abstract In order to improve man-machine conversation function, as well as the external fire fighting system for better monitoring and control functions, the system uses a remote control, control cabinet. To achieve automatic control of industrial environments specifically designed to develop a programmable logic controller technology, which provides the user a large number of logical operations, sequence control, timing, counting, communications and math instruction, and user applications, data storage Users can use these instructions prepared in accordance with requirements of the application process, and stored in the memory of PLC, PLC user program can run, you can control the fire monitor the corresponding upper and lower, left and right, so as to achieve effective control of external fire protection system purpose.
Key words: Remote control control cabinet PLC External fire-fighting system
目录
第一章绪论 (1)
第二章对外消防系统概述 (2)
2.1 消防系统的构成 (2)
2.1.1 消防炮 (2)
2.1.2 消防泵 (2)
2.1.3 电动蝶阀 (2)
2.1.4 系统控制柜 (2)
2.2 消防系统的控制 (2)
2.2.1 PLC接口技术 (2)
2.2.2 控制柜面板 (3)
2.2.3 系统操作系统 (3)
第三章对外消防电气系统设计 (5)
3.1 与PLC通讯线连接图 (5)
3.1.1 PLC与接触屏的连接 (5)
3.2PLC通讯地址分配表 (6)
3.3变频器参数设置 (6)
3.4PLC IO接口分配图 (7)
3.5主电路及面板控制电路图 (8)
3.5.1 泵控制电路 (8)
第四章对外消防系统流程图设计 (13)
结论 (14)
参考文献 (15)
致谢 (16)
附录：对外消防系统设计图纸清单 (17)
第一章绪论
随着微机处理器、计算机和数字通讯技术的飞速发展，计算机控制已经扩展到了几乎所有的工业领域，可编程序控制器PLC正是顺应发展要求的微处理器装置，它是一种数字电子系统，是为实现工业环境下的自动控制而专门设计开发的，它提供给用户大量的逻辑运算、顺序控制、定时、计数、通信和数学运算指令，以及用户应用程序、数据的存储空间用户能利用这些指令编写符合工艺要求的应用程序，并存储在PLC的内存中，PLC能执行用户程序，并通过数字量、模拟量输入输出控制各种类型的机械和生产过程。
近年来，在自动化领域发展迅速，应用越来越广泛，以应用于纺织、橡胶、化工、冶金、印刷、包装、空调、机床等行业。各PLC生产商一方面大力推广PLC在各行业的应用，另一方面加大了研发力度，不断也推出功能更强的新产品，也就是我现在所介绍的PLC在工业灭火设备中的应用。
我们所应用的PLC是施耐德电气投资有限公司作为全球领先的自动化产品生产商，旗下拥有知名的MODLCON系列。在微型PLC、中小型领域，施耐德电气投资有限公司推出了性能卓越的TWIDOPLC和ZELIOLOGIC逻辑控制器。
变频器是用于三相交流电动机调速的系列产品，由微机处理器控制。西门子MM430系列变频器采用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为功率输出器件，具有很高的运行可靠性和很强的功能。MM430的输出功率为7.5～450KW，适合于要求高、功率大的场合。尤其适应于水泵、风机和传送带装置。
为了提高人机对话功能，以及对系统有更好的监视控制功能，本系统采用了触摸屏，触摸屏选用的是台达DOP系列，本产品拥有人性化的使用界面，也有高速的硬件构架。可以呈献给用户一个使用方便与可规划输入的界面产品。
我公司是目前国内外少数几家兼具铸造型和焊接型消防炮厂家之一，我们可以向全世界的客户提供铝合金、铜合金、铸铁的铸造型消防炮，也可提供碳钢、不锈钢的焊接型消防炮。而消防炮任何流量和工作压力、常规扭矩、超轻扭矩、常规转速、超轻转速等参数，均可按照客户的要求量身定做。现公司生产规模从生产消防炮、消防枪到专业设计生产整套消防系统包括：消防泵、消防炮、消防枪、消防炮塔、控制系统、比例混合器、水幕喷头等。
第二章对外消防系统概述
该系统是由消防炮、离心泵、电动蝶阀、控制柜、变频器组成得一个独立消防系统，本系统的打水距离约为140~150米。
2.1 消防系统的构成
2.1.1 消防炮
●水平回转±135°垂直回转－70°～＋40°
●可以通过控制柜触摸屏遥控器控制其转向
●额定流量：100LS
2.1.2消防泵
本系统采用离心泵,有三相电机拖动，采用变频启动停止控制其转动，已减小由于起泵
造成对其它用电设备的影响。
2.1.3电动蝶阀
管路阀门采用电动蝶阀，可以通过控制柜控制其开关，可以通过调节电动阀的限位开关来控制阀的打开程度，同时也可以将阀门的状况通过限位开关送到可编程控制器中，通过可编程控制器控制阀门电机是否到位的通断。
2.1.4系统控制柜
控制柜采用防暴柜、面板包含系统整个操作按钮，例如：一号水炮得阀开、阀关，以及它的角度调整控制摇杆。控制柜内部有无线遥控接收机，可以通过无线遥控来控制整个的系统，但是无线遥控的优先级大于控制面板。触摸屏控制是通过和控制柜内部的PLC通过通讯模块RS485进行通讯的，所以触摸屏可以实现远程控制和监视的功能。
2.2消防系统的控制
2.2.1 PLC接口技术
本系统采用的是施耐德公司的Twido系列PLC，CPU型号采用的是20IOs TWDLMDA 20DRT,此型号的CPU最多可以扩展7个模块，12个直流24V输入通道、8个输出通道（继电器6个，晶体管2个），通讯协议支持Modbus，包含：Modbus ASCII 和Modbus RTU两种。工作电源为直流24V,由于本身没有开关电源模块，所以使用是要用外部的供电模块。程序下载电缆PLC端采用Mini-Din型8针接口，PC机端采用USB
接口。
2.2.2 控制柜面板
本系统包含三个控制柜：泵控制柜、1号炮和2号炮控制柜其中泵控制柜面板包含：开停泵、入口阀开关按钮及备用泵的开停、入口阀开关按钮和指示灯。
1＃和2#炮控制面板包含：阀开、阀关按钮以及炮的转向控制摇杆，遥控转换开关和电源开关及它们的指示灯。1号和2号炮又包含：水和泡沫，它们的操作方式相同，原理类似。
图1是炮和阀门的控制面板，其中泊位水幕的阀开阀关是1号水炮和2号水炮公用的阀，泡沫炮没有泊位水幕。而且泡沫炮也没有塔架水幕。炮的上下左右都是通过对应的摇杆进行控制的。遥控指示灯只有在系统用遥控装置时才会亮。
图1 炮和阀门的控制面板
2.2.3系统操作过程
图2 控制系统图
该消防系统（图2）可以控制4台消防炮的“上、下、左、右”回转，及阀门的“阀开、阀关”动作，该消防电气控制系统分为控制柜和遥控器两种控制方式。具体操作如下：（1）柜制控制:
将控制柜内的断路器合上，给系统供电。按钮板的电源开关是两位的旋钮开关，将电源开关打开，给按钮板供电，此时电源灯被点亮。将按钮板上的“0—开”旋钮打到“开”的位置，面板上的“开”指示灯点亮。相应的消防炮的“上、下、左、右”按钮即可控制对应消防炮的动作。操作阀门的按钮可实现相应阀门的开启和关闭操作，当阀门开到位或关到位时点亮相应的到位指示灯。
（2）遥控控制:
系统可以用遥控器操作消防炮及对应的出口阀门的动作，也能控制水幕阀门的开关动作。先把控制柜的的“0—开”旋钮打到“0”的位置，面板上的遥控指示灯点亮。打开遥控器的电源和急停按钮，就可以使用遥控器操作。首先选择所要操作炮的号码，再按相应的按钮即能操作相应的动作。塔架水幕和塔架前沿水幕也可由遥控器控制，在选择泡沫炮时，按下水幕阀门的开关为控制塔架水幕的阀门。选择水炮时，按下水幕阀门的开关为控制塔架前沿水幕的阀门。
第三章对外消防电气系统设计
3.1与PLC通讯线连接图
3.1.1 PLC与触摸屏的连接
不同型号的PLC和不同厂家的触摸屏连接时通信电缆是不同的，参考所选用的触摸屏手册，制作匹配的连接电缆。下面给出了施耐德PLC与台达DOP触摸屏的电缆制作方法。
(1)、RS232 PPI Multi-Master Cable（连接DOP 与PPI Cable）（图3）
图3 RS232 PPI Multi-Master Cable
(2)、RS-485PLC Program Port (RS-485):
直接从台达触摸屏的COM2口与PLC（RS485）连接时使用此方法。（图4）
图4 RS-485PLC Program Port
3.2 PLC通讯地址分配表（表1）
表1
触摸屏按钮及指示灯PLC IO口及内部寄存器地址触发地址
系统上电指示％s0 －
1＃水炮阀控制－％I0.8
1#海水阀开指示灯%I0.4%Q1.0
1#海水阀关指示灯%I0.5%Q1.1
1#水幕阀开指示灯%I0.6%Q1.8
1#水幕阀关指示灯%I0.7%Q1.9
2＃水炮阀控制％I1.10
2#海水阀开指示灯%I0.4%Q1.4
2#海水阀关指示灯%I0.5%Q1.5
2#水幕阀开指示灯%I0.6%Q1.10
2#水幕阀关指示灯%I0.7%Q1.11
1＃泡沫炮阀控制％I0.9
1#泡沫阀开指示灯%I0.4%Q1.2
1#泡沫阀关指示灯%I0.5%Q1.3
2＃泡沫炮阀控制%I1.11
2#泡沫阀开指示灯%I0.4%Q1.2
2#泡沫阀关指示灯%I0.5%Q1.3
1＃水炮角度控制％I0.8
上下、左右％I0.0%I0.1、％I0.2%I0.3
2＃水炮角度控制％I1.10
上下、左右％I0.0%I0.1、％I0.2%I0.3
1＃泡沫炮角度控制％I0.9
上下、左右％I0.0%I0.1、％I0.2%I0.3
2＃泡沫炮角度控制％I0.11
上下、左右％I0.0%I0.1、％I0.2%I0.3
启泵指示灯%M10%Q0.2
停泵指示灯%M11%Q0.4
3.3变频器参数设置
西门子的MICROMASTER430 是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列产品。本系列有多种型号，三相电源电压，额定功率7.5KW～250KW。
MICROMASTER430 具有缺省的工厂设置参数，它是给数量众多的简单的电动机控制系统供电的理想变频驱动装置。由于MICROMASTER430 具有全面而完善的控制功能，在设置
相关参数以后，它也可用于更高级的电动机控制系统。
MICROMASTER 430 既可用于单机驱动系统，也可集成到‘自动化系统’中。
保护特性:
1、过电压欠电压保护
2、变频器过热保护
3、接地故障保护
4、短路保护
5、电动机过热保护
3.4 PLC IO接口分配图：
PLC输入端是接的遥控器，DC24V输入，选择要操作的炮，在程序中变会做出相应，然后在按上下左右按钮。输出是带的交流接触器线圈，通过交流接触器控制电机的正反转以达到调整炮的位置，交流接触器采用线圈互锁，即通过串接对应交流接触器的常闭点。另外在线圈中还要串接电机的限位开关，当电机开到位或者关到位时线圈会自动断电，已达到保护电路、自动控制的作用。如图5。
图5 消防炮PLCIO接口分配图
3.5主电路及面板控制电路
3.5.1泵控制电路：
泵启动电路（如图6）采用双电源供电设计，当主电路通电时中间继电器线圈得电KM1闭合此时为主电路供电，一旦KM1断电中间继电器线圈失电，KA0.2闭合时间继电器线圈得电从而达到设定的时间以后就使KM2线圈得电切换到备用电源电路中去。泵也有备用泵，由于电机功率比较大，直接启动会使其他用电设备断电受影响，故采用变频器启动。
图6 泵的控制电路
泵控制主电路的控制电路（图7）及信号灯显示电路：当SA1开关闭合HR9电源指示灯亮，表明系统已经供电，当SA2闭合时选择的手动，KA1线圈得电，SB5、SB6为阀开阀关按钮SB7、SB8为备用阀开阀关按钮，SB1、SB2、为开泵、停泵按钮当按下SB1时KM3线圈得电，主泵电机得电。SB3、SB4为备用泵开泵、停泵按钮。
图7 泵控制主电路的控制电路及信号灯显示电路
炮和阀控制主电路及面板电路：
主电路主要是控制电机的正反转以实现控制炮的上下左右目的，其中一个断路器控制四台电机，控制电路主要控制交流接触器的线圈。如图8-1，8-2
图8-1 消防炮控制主电路
图8-2消防炮阀门控制主电路
当电源开关接通以后，在泵控制柜可以选择柜控和遥控：（图9）
图9泵控制方式选择电路图
当选择柜控时Y4得电按下SB1时1＃水炮电机得电，此时电机可以运动，按下上下左右不同的按钮，炮可以自由旋转，但是上下或者左右按钮不能同时按下，它们之间有互锁关系，即，上的过程中向下的按钮不起作用，但是左或者右可以运动，左右也是类似原理。
图10-1 消防炮动作电路图
图10-2 消防炮入口阀门限位电路图
炮阀门到位指示灯图，电路中串了电机的开到位和关到位的常开触点，当电机开关到位后触点会变成常闭，指示灯就被点亮，表明电机已经开关到位。图中01、02表示接线线号。
图10-3 炮阀门到位指示灯图
第四章对外消防系统流程图设计
根据面板按钮选择，当选择遥控时，PLC会被供电，此时遥控优先，选择要操作的炮然后按下对应的按钮就可以控制炮的转向和阀门的开关。泡沫炮没有塔前水幕，只有水炮有。如图11。
图11 对外消防系统流程图设计
结论
这次做论文的经历也让我感受到做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，在工作中我把自己的设计和自己的实际工作过程联系起来，在实际的工程可以发现自己设计的不足同时也积累了设计需要注意的问题，为以后的设计奠定很好的基础。尤其软件的编写调试，编写的时候可能很多逻辑关系不能协调但是通过现场调试可以根据系统要求查找错误，进而修改其中的不足。由于自己很想往系统设计这一方面发展，所以在工作中也很用心的去学习，比如关于元器件的选型以及一些电气常识和消防工艺等，虽然本次系统的设计没有涉及到元件的选型和一些工作中遇到的问题及解决方法但是自己在设计的过程中却是注意了。此次系统设计涉及的知识面较小，不过给确有很大的收获。另外在工作的实际情况中我初步学会了怎么去判断故障的所在，进而想办法去解决故障。比如一个中间继电器，如果用了它的常开触点而接线的时候不注意接成了常闭触点那么从该触点以下的电路将会无法动作，所以要首先判断出问题的缘由。再有由于系统在没有整个完工之前不可能进行连调，故我们的电气系统只能模拟调试一下，由于系统中采用了电机的限位开关，调试时不可能连接，所以我们必须要对限位开关进行短接已达到模拟调试的目的。没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫论文了。希望这次的设计经历能让我在以后学习和工作中激励我继续进步。
参考文献：
[1] 廖常初著《PLC编程及应用》，北京：机械出版社， 2002年，P87~92
[2] 台方主编《可编程序控制器应用教程》，北京，中国水利水电出版社，2001年
[3] GB4728.1~4728.13—85《电气图用图形符号》，北京，中国标准出版社，1986
[4] 施耐德电气可编程控制器原理及应用储云峰主编.—北京：机械工业出版社，2006.8
[5] PLC、变频器和触摸屏实践教程陈亚林主编.—南京：南京大学出版社，2008.1
[6] 中达电通.台达DOP-HMI手册.2006
[7] 西门子（中国）有限公司.MicroMaster 430 通用型变频器使用大全.2003
致谢
本论文是在樊曙天老师的殷切关心与悉心指导下完成的，在写论文过程中，樊老师多次询问进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。樊老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，给我以终生受益无穷之道。对樊老师的感激之情是无法用言语表达的，感谢樊老师对我的教育培养，她细心指导我论文的写作，在此，我要向樊师深深地鞠上一躬。
当然，论文的写作过程中离不开同学们的热情帮助，感谢我的同学三年来对我学习、生活的关心和帮助。最后，向我的父母以及所有家人表示感谢，感谢他们对我的理解与支持。
附录：对外消防系统设计图纸清单
序号图名图号
图
幅
备注
1 炮和阀门的控制面板图JD08-01 A4 CAD图
2 控制系统图图JD08-02 A4 CAD图
3 RS232 PPI Multi-Master Cable JD08-03 A4CAD图
4 RS-485PLC Program Port JD08-04 A4 CAD图
5 消防炮PLCIO接口分配图JD08-05 A4 CAD图
6 泵的控制电路JD08-06 A4 CAD图
7 泵控制主电路的控制电路及信号灯显示电路JD08-07 A4 CAD图8-1 消防炮控制主电路JD08-08A4 CAD图8-2 消防炮阀门控制主电路JD08-08A4 CAD图9 泵控制方式选择电路图JD08-09A4 CAD图10-1 消防炮动作电路图JD08-10A4 CAD图10-2 消防炮入口阀门限位电路图JD08-10A4 CAD图10-3 炮阀门到位指示灯图JD08-10A4 CAD图11 对外消防系统流程图设计JD08-11A4 CAD图