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1、 专科毕业设计（论文） 设计题目： 船舶火警船舶火警报报警系警系统统 PLC 控制控制设计设计 系 部： 电电气工程系气工程系 专 业： 电电气自气自动动化（工化（工业业企企业业） ） 班 级： 工企工企 091301 姓 名： 学 号： ： 093905130142 指导教师： 职 称 讲师讲师 2012 年 6 月 南京 摘 要 二十世纪九十年代以来，计算机的不断发展引发了各个领域的革命性变革。航运界也受其影 响，使得现代航运对船舶自动化程度和信息集成程度的要求也越来越高。为了适应现代火警报警 自动化的要求，PLC 控制逐渐取代继电接触器控制成为船舶控制的主要环节，使控制系统更加安 全、迅
2、速、可靠。 船舶在正常航行过程中，如果发生火灾，传统的继电器控制的火警报警器，虽 然能够提供报警但是其容易发生故障而且不易察觉。然而采用 PLC 控制，当探测回路探测到火灾 时，将火灾信号转变为电信号，输入到主机的输入回路，输入回路把模拟量的电信号转变为数字 信号，能够排除各种干扰， ，得到的结果有更好的灵敏性和正确性，从而更加安全可靠。上述设计 满足了2006 钢质海船建造入级规范的迅速、实时、可靠、直观等要求。所以用 PLC 控制火警 报警器就能够使全船安全系数得到大大的提高。 关键词 ：火警 探测器 PLC Abstract Since the 1990s, the continuous
3、 development of the computer triggered a revolutionary change in all fields. The shipping industry is also affected by the requirements of modern shipping ship automation and the degree of information integration are increasingly high. In order to meet the requirements of modern fire alarm automatio
4、n, PLC control, gradually replacing the relay contactor control the main part of ship control, the control system more secure, fast and reliable. The process of normal navigation of the ship, fire, traditional relay control, fire alarm, even though it can provide an alarm but it is prone to failure
5、and difficult to detect. However, PLC control, when the detection circuit to detect the fire, the fire signals into electrical signals, the input circuit of the input to the host, the input circuit of the analog signal into digital signal, to remove all obstacles to get the results have a better sen
6、sitivity and accuracy, and thus more secure and reliable. The above design to meet the 2006 steel ship construction of classification rules, “the rapid, real-time, reliable, intuitive requirements. PLC control a fire alarm will be able to make the factor of safety of the ship were significantly enha
7、nced. KeywordsKeywords fire alarm detector PLC 目 录 1 1 引言引言 1 1 2 2 船舶火警报警系统简介船舶火警报警系统简介 2 2 2.1 船舶火警系统的基本组成 2 2.2 船舶火警系统的功能 2 2.3 船舶火警报警系统的一般要求 3 3 3 船舶火警报警系统的硬件设计船舶火警报警系统的硬件设计 3 3 3.1 火警报警系统元件选择 3 3.2 火警探测回路示意图 5 4 4 船舶火警报警系统的软件设计船舶火警报警系统的软件设计8 4.1 火警报警系统框图 10 4.2 I/O 地址表 .11 4.3 PLC 外围接线图 .11 4.4
8、 PLC 控制的火警报警系统程序 .11 结结 论论 1414 致致 谢谢 1515 江苏海事职业技术学院 2012 届毕业论文设计 1 1 1 引言引言 火警报警系统是在火灾发生时或火灾初起时，通过各种火警探头探测火灾，及时地发出火灾 声光报警信号和控制防火设备信号，引起值班员的注意，指出火灾发生的地点，迅速有效地扑灭 火灾，保证船舶安全的重要装置。 目前，船舶上使用的各种类型火警报警产品都是经过不断完善发展而来的，根据规范规定， 客船和大于 500 总吨的货船，应在游客和船员起居处所及机器处所装设手动报警器。此外，载客 超过 36 人的客船起居处所及服务处所和国际航行的干货船上装有爆炸物品
9、或易燃物品的舱室及其 相临近的装货舱室内设置失火自动报警系统。船上常用的失火自动报警装置有测温式和测烟式两 种，完全满足船舶行业规范中的要求。这些产品的主机有的是采用逻辑回路控制，有的则是采用 可变程序控制器来实现控制的，还有就是采用微型计算机控制。它们在系统构成上大同小异，主 要有主机、遥控显示器、探测回路、报警控制单元、防火设备回路和电源回路。 根据船舶建造规范中的相关规定，船舶火警报警系统适用于以下船舶： 1.所有航行于国内及国外的海上客船 2.总吨位大于 1000 登记吨的海上机动货船 3.油船 4.用以装载棉花、麻、亚麻、火柴以及其他易燃物品的干货船 江苏海事职业技术学院 2012
10、届毕业论文设计 2 2 2 船舶火警报警系统简介船舶火警报警系统简介 2.12.1 船舶火警系统的基本组成船舶火警系统的基本组成 火警报警系统是通过各种探测器检测火灾前兆所产生的烟雾、不正常的温度、温升和火光， 并将其转换为电信号汇集到报警指示器，发出火灾报警信号。其系统的组成：由火灾探测器、手 动报警按钮和报警指示器以及声光报警器等组成，如图 1 所示。火警探测器分布于被保护的舱室 内。报警指示器安装于有人值班的驾驶室或消防控制站内，手动报警按钮装设在人员经常出入的 过道、走廊、控制站、公共舱室等场所的明显之处。 9 10 1 11 12 13 14 15 8 16 7 6 5 4 3 2I
11、N.COKKD.SYS T T F T S T 图 1 火警报警系统基本组成 (1)主机 (2)电源回路 (3)蓄电池 (4)遥控显示板 (5)感温探头 (6)感烟探头 (7)报警按钮 (8)感火焰探头 (9) 24V 报警铃 (10)220V 报警笛 (11)故障报警器 (12)自动停止风机 (13)防火 闸电磁阀 (14)自动灭火装置 (15)报警输出继电器 (16)终端电阻 2.22.2 船舶火警系统的功能船舶火警系统的功能 1.失火自动报警功能。根据自动探测器或手动报警按钮从监护现场发来的火灾信号，发出火 警声（间断警铃：7 短 1 长） 、光（红色闪光）报警，并显示火警部位。 2.故
12、障报警功能。对主、副电源故障可以自动切换，对他的输入输出线路的断线故障进行监 控。故障时发出故障声（蜂鸣器） 、光（黄色）报警，并显示故障的部位。 3.火警和故障报警的记忆功能。只有在火警或故障已消除后才能人工复位。 4.手动测试功能。用控制面板上的各报警分路的自检按键随时对系统功能进行检验，同时也 利用该按键迅速确定断线故障所在回路。 江苏海事职业技术学院 2012 届毕业论文设计 3 5.火警优先功能。同时发生断线故障和火警报警时，真的切换为火灾报警。 6.其他联动控制功能。如：可以控制关闭风机，防火门；释放真的灭火剂；发出火灾报警后 两分钟内若为引起值班人员的注意，则能向船员住所、服务处
13、所、消防控制站和机器处所等发出 显著的二次声光报警等。 2.32.3 船舶火警报警系统的一般要求船舶火警报警系统的一般要求 1.任何要求的带手动按钮的固定探测器和报警系统都要能在任何时间立即动作。 2.系统中探测器和手动报警按钮数量注册后自动录入。 3.用于系统操作的电源和电路要有合适的失电保护和故障监测，一个故障信号的发出要能激 发主板上声光故障信号，且区别报警信号。 4.用于火灾探测报警系统的电气设备的电源至少要有两路，当其中失电另一路能自动转换上 去。 5.探测器和手动按钮要成组分区，任何探测器或手动按钮的动作都要能激发主板和复试单元 的声光报警。 6.当火灾探测系统不包括远距离鉴别单个
14、探测器的方法时，布置在居住、服务和控制区域的 探测器回来不允许涵盖超过一层甲板，除非该探测器涵盖的是一个封闭的楼梯。 7.火灾探测系统应能发出声光报警信号，而这两种信号均应不同于非火灾系统的报警信号， 并且这些报警信号的设置点应足够的多，以保证驾驶桥楼和轮机员听到和看到报警信号，当驾驶 桥楼无人值班时，应能在负责船员的值班处所发出报警。 8.第一个被激发的火警不可以抑制任何其他探测器所激发的进一步报警。 3 3 船舶火警船舶火警报警系统的硬件设计报警系统的硬件设计 3.13.1 火警火警报警系统元件的选择报警系统元件的选择 3.1.1 火警探测器的选择 火警探测器是火警探测回路中最基本、最重要
15、的部件之一。它是根据火灾发生的物理现象， 通过感应元件采集到热、光、烟等信号，再将这些信号转化为电信号。 1.感温探测器 感温探测器是利用火灾前兆的热效应，选用对温度或者温升变化率敏感的元件，如双金属片、 易熔断元件、热敏电阻、热电偶等。火灾发生时机舱舱室的温度会升高，当温度达到感温探测器 的设定值时则会引起探头感温元件常开触点动作，自动发出火灾报警信号。图 2 为 JTY-ZDC-805 型温差式感温探测器。 江苏海事职业技术学院 2012 届毕业论文设计 4 图 2 JTY-ZDC-805 型温差式感温探测器 JTY-ZDC-805 型温差式感温探测器对相对湿度大于 95%、无烟火、粉尘量
16、大的环境具有较强的 适应能力，适用于在正常情况下有烟尘的场所、厨房、发电机房、烘干房、吸烟室以及其它不适 合安装感烟探测器的场所。 性能参数：供电电源：DC 9VDC28V 工作电流 ：静态电流 800uA 报警电流 :35mA 恒温报警 : 57 差温报警 : 8/MIN 工作温度： -10+50 相对湿度： 95%RH 触点容量：2A/DC24V 2.感烟探测器 感烟探测器是利用火灾发生之前所出现的烟雾浓度来监测火警，当烟雾浓度达到规定值时引 起探测器感烟元件触头动作，自动发出火灾报警信号。主要分为感烟管式、光电管式和离子式感 烟火警探头。图 3 为 RLR1-JTY-LZ-F732 型感
17、烟探测器。 图 3 RLR1-JTY-LZ-F732 型感烟探测器 江苏海事职业技术学院 2012 届毕业论文设计 5 RLR1-JTY-LZ-F732 型感烟探测器的电子线路为密封式，具有很强的防潮能力，还具有功耗低， 可靠性高的优势，对环境的适应性强，而且物美价廉，所以在驾驶室，生活区，机舱等地方选用 这种型号的探测器。 性能参数:供电电源：DC 20V 工作电流 ：静态电流100uA 报警电流 :100mA 恒温电压 :7V10V 灵敏度 : 三级可靠 工作温度： -10+50 相对湿度： 95%RH 3.1.2 火警报警按钮的选择 火警手动按钮属于手动探头，当遇到火灾时，用小锤敲碎报警
18、器表面的玻璃，使按钮复位， 便可以发出火灾报警信号。这些报警器一般安装在经常有人出现的场所，如过道、走廊、楼梯口、 逃生通道、餐厅等。手动报警按钮实物如图 4 所示： 图 4 SN-911 手动报警按钮 1.正常监测状态：手动报警按钮的正常监视状态可以通过面板外观观测到，启动部件不可以破碎， 变形或者是移位。 2.报警状态：手动报警按钮从正常监视状态进入到的报警状态过程： 1)敲碎报警器的启动部件 2)使报警器的启动部件移位 3.报警指示灯的确认：报警按钮设定为红色报警，当报警按钮启动部件动作时，报警确认灯当立 即被点亮，并一直保持到报警状态复位， 4.复位：报警按钮动作后应仅能使用工具通过下
19、述方法进行复位： 1)对于启动部件不可以重复使用的，应更换新的启动部件； 2) 对于启动部件可以重复使用的，应使启动部件复位 性能参数: 工作电压：24VDC 工作电流：8A 江苏海事职业技术学院 2012 届毕业论文设计 6 触点电阻：0.1 欧姆 外壳材料：ABS 等级 连接方式：常闭或常开 工作温度： -10+50 这种型号的手动报警按钮防护等级高，工作可靠，环境适应性强，易于紧急情况下操作，价 格适中，适合船上各个场所。 3.1.3 PLC 的选择 对于 45 吨的小型拖轮，由于它的体积小，吨位小，船体的结构设计比较简单，舱室较少，火 警报警设备安装的数量也相对较少，所以对 PLC 的
20、输入输出端口的数量要求较少，因而选用 S7 200 系列的 PLC 产品。 本次设计采用西门子 S7200 系列 CPU224 型 PLC。该型号的 PLC 属于 S7200 系列中的微型， 拥有 14 个输入、10 个输出共 24 个数字量 I/O 点。最多可连接 7 个扩展模块，最大扩展到 168 路 数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点。 该型号的 PLC 具有强大的 CPU 功能 1.脉冲捕捉功能：每个 CPU 内置的数字量输入点均可独立的设置脉冲捕捉功能 2.高速的计数功能：224 型 CPU 具有 6 个高速计数器，使用单相编码器时，CPU 最高计数频 率为 30HZ。
21、使用双相编码器时，CPU 最高计数频率为 20HZ 3.高速脉冲输出功能：224CPU 具有 2 个高速脉冲输出，输出频率为 20HZ。同时具有脉宽调 制和脉冲序列输出两种模式。 4.数字量，模拟量滤波功能：CPU 内置的数字量输入点设置 0.2ms12.8ms 的滤波时间，降 低噪音干扰。 5.数据记录功能：新一代的 S7-200PLC 提供指令在存储卡上存储数据记录，存储卡一般为 64K 或 256K 6.新一代的 S7-200PLC 具有多功能诊断 LED:诊断 LED 由操作系统控制，或者由用户程序通 过诊断指令控制，当某个值被强制或者某个 I/O 错误发生时，诊断 LED 发光。 3
22、.23.2 火警探测回路示意图火警探测回路示意图 江苏海事职业技术学院 2012 届毕业论文设计 7 图 报警回路4 报警回路3 报警回路2 报警回路1 8 7 6 5 43 21 SS S SSSSHSS 24VDC 220VAC H S S SSS 备用 T1216 火警 控制 面板 备用 切断风机 关闭 防火门 2芯电源线 一般报警信号 总报警信号 HH 报警 继电 箱 启动灭 火装置 5 火警探测回路示意图 （1）防火型感烟探测器 （2）防火型手动报警按钮 （3）普通感烟探测器 （4）通手报 警按钮 （5）防火型感温探测器 （6）终端电阻 （7）蜂鸣器 （8）报警指示灯 火警控制面板左
23、侧为输入电路，一共有 4 条回路，每条回路由各种类型的探测器和手动报警 按钮串联组成，根据实际情况的需要选择不同类型的探测器和报警按钮。如回路 3 从火警控制面 板出来第一个接左甲板仓库中的感烟探测器，因为仓库中可能会存放易燃物品，所以对探测器的 防火等级要求比较高，因而选用防火型探测器，下一个接船用休息室内安装在天花板上的探测器， 像休息室，过道，餐厅没有重要设备和易燃易爆物品，因而选用普通探测器，厨房有很多易燃物 品，对探测器的灵敏度和防火等级要求都很高，所以一般在厨房安装感温探测器。接下来的 3 个 普通探测器分别安装在楼梯，餐厅和船长休息室中，之后的两个报警按钮分别安装在餐厅和过道 中
24、，最后一个是安装在右甲板仓库的防火型探测器。火警控制面板右侧为继电输出，接声光报警 设备，并且要即时切断风机，关闭防火门，启动灭火装置，这里的灭火装置选择 CO2。 4 4 船舶火警报警系统的软件设计船舶火警报警系统的软件设计 4.14.1 火警报警系统框图火警报警系统框图 火警报警系统功能如图 6 所示： 江苏海事职业技术学院 2012 届毕业论文设计 8 20S延时 CO2灭 火装置 声光报 警复位 故障报 警复位 关闭防火门 切断风机声光报警 故障报警 指示灯亮 探测器或按钮动作 图 6 火警报警系统框图 当探测器探测到烟（报警按钮动作）时，将火灾信号传送到火警控制装置中，火警控制面板
25、上将会显示出现故障的回路，并会发出蜂鸣声，同时将火警信号传送到各个继电器中，使继电器 触点动作，发出声光报警，并且切断风机电源，关闭防火门，这些动作同时发生，经过 20S 延时， 启动 CO2灭火装置。按下火警面板上的声光报警复位按钮，声光消失，故障回路指示灯依然亮。 当火灾消除后，按下故障报警复位按钮，故障报警指示灯灭（如果是误报警，直接按复位按钮， 如果不是误报警，按故障报警复位按钮，故障回路指示灯不会灭，除非火灾消除） ，恢复正常状态。 4.24.2 I/OI/O 地址表地址表 表 1 火警报警系统 I/O 地址表 I0.0 SB1 火警按钮 I0.1 声光复位按钮 输入 S 探测器 I
26、0.2 故障复位按钮 Q0.0 声光报警回路 1 继电器 KM1 Q0.4 防火门 继电器 KM5 Q0.1 声光报警回路 2 继电器 KM2 Q0.5 CO2 灭火装置 继电器 KM6 Q0.2 声光报警回路 3 继电器 KM3 Q0.6 故障回路 指示灯 H1 输出 Q0.3 风机继电器 KM4 Q0.7 蜂鸣器 BZ PLC 的输入侧有火警按钮，各种探测器，根据现场条件将它们分为四路输入回路，这里仅介 绍其中的一路，火警按钮，探测器，声光复位按钮，故障复位按钮分别占四个输入端口。输出端 江苏海事职业技术学院 2012 届毕业论文设计 9 口有 8 个，它们是接各个报警输出回路的继电器线圈
27、，以及风机、防火门和灭火装置的继电器线 圈，最后两个输出端口接故障回路指示灯和蜂鸣器。 4.34.3 PLCPLC 外围接线图外围接线图 图 7 是火警报警系统的 PLC 外围接线图，采用 S7-200 型 PLC,本次设计共使用了 4 个输入、8 个输出。 S7-200 CPU224 I0.0 I0.1 I0.2 1M M L+ Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.6 Q0.7 Q0.5 S KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6 H1 BZ 220VAC1L SB1 SB2 SB3 图 7 基于 PLC 的火警报警系统 PLC 接线图 4.44.4 PLCPLC
28、 控制的火警报警系统程序控制的火警报警系统程序 图 8 基于 PLC 的船舶火警控制程序图。本次设计主要运用了中间继电器 M0.0 和 3 个定时器 T37，T38，T39。T37 和 T38 两个定时器实现了故障回路指示灯的闪烁，T39 实现了声光报警 20 秒后自动启动灭火装置。 当报警按钮或探测器动作时 M0.0 得电，触点闭合： Q0.0 声光报警回路继电器 1 动作，发出声光报警； Q0.1 声光报警回路继电器 2 动作，发出声光报警； 江苏海事职业技术学院 2012 届毕业论文设计 10 Q0.2 声光报警回路继电器 3 动作，发出声光报警； Q0.5 故障回路指示灯闪烁，间隔 0
29、.5 秒（只有火灾消失后才能将其复位） Q0.6 蜂鸣器响（复位按钮 I0.2 将其复位） Q0.3 风机继电器 4 动作，切断风机电源； Q0.4 防火门继电器 5 动作，关闭防火门 以上 2 动作完成后经 20 秒延时，CO2 灭火装置继电器 KM6 动作，启动灭火装置，准备救火。 I0.2 S I0.1 5 5 200 T39 100MSPT TONIN T39 INTON PT100MS 100MS TON PT IN T38 T37 T38 T37 Q0.7 Q0.6 Q0.5 Q0.4 Q0.3 Q0.2 Q0.1 Q0.0 M0.0 M0.0 M0.0 M0.0 M0.0 S I
30、0.0 江苏海事职业技术学院 2012 届毕业论文设计 11 图 8 基于 PLC 的船舶火警控制程序图 结结 论论 本系统主控制器采用了西门子 S7-200 PLC，其紧凑的结构，良好的扩展性能，强大的指令功 能， 并自行设计相应接口而组成的船舶火警报警系统充分应用了该微型 PLC 的硬件资源，发挥了 其软件优势。输入输出采用差动方式，提高了抗干扰能力，同时，主机和多台终端可以全部并联 在一对双绞线上进行多机通讯，节省了传输线，所以本系统小但功能齐全，稳定性好。为用户带 来极大的方便;在近两年的实际运行中未出现故障，为船舶的安全、可靠的航运起到了非常重要的 作用，同时也为航运公司带来了巨大经
31、济效益。通过 PLC 程序的控制使得火警报警器的工作过程 更加的可靠。同时利用 PLC 程序的控制能够大大的节约机械继电装置的应用，从而使的火警报警 器的形状更加小继而节约船舶的空间。 采用 PLC 控制则 PLC 采用了计算机技术，其控制逻辑是以程序的方式存放在存储器中，要改 变控制逻辑只需改变程序，因而很容易改变或增加系统功能。系统连线少、体积小、功耗小，而 且 PLC 所谓“软继电器”实质上是存储器单元的状态，所以“软继电器”的触点数量是无限的， PLC 系统的灵活性和可扩展性好,PLC 的用户程序是按一定顺序循环执行，所以各软继电器都处于 周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电
32、器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工 作方式称为串行工作。 PLC 采用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围宽，用 户可根据需要在程序中设定定时值，修改方便，不受环境的影响，且 PLC 具有计数功能，而电器 控制系统一般不具备计数功能。PLC 大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其寿命长、 可靠性高，PLC 还具有自诊断功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视 控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。 江苏海事职业技术学院 2012 届毕业论文设计 12 致致 谢谢 当我以学子的身份踏入大学校门的那天起，便已注定我将在这所大学里度
33、过我人生中最美丽 的三年。当我写这篇论文时突然意识到我即将毕业了，也就意味着我马上要离开了。心里有万分 的不舍，这里有我无数的回忆。尽管不舍，却更珍惜，因为我的生命中还有那么多可爱可敬的人 值得我感激，还有那么多知心的朋友值得我一生去珍惜。 这次毕业论文能够得以顺利完成，并非我一人之劳，是所有指导过我的老师，帮助过我的同 学及同事和一直关心支持着我的家人对我的教诲、帮助和鼓励的结果。我要在这里对他们表示深 深的谢意！ 感谢我的指导老师姚苏华老师，没有您的悉心指导就没有这篇论文的顺利完成。 感谢班 主任季明丽老师三年的生活相处，从您身上学到了太多，必将终身受益。感谢所有教授过我基础 和专业课程的
34、海事学院电气工程系及外系的老师们，是你们诲人不倦的教导才有了现在的我。感 谢我的父母，没有你们，就没有我的今天，你们的支持与鼓励，永远是支撑我前进的最大动力。 感谢身边所有的朋友与同学，在我遇到挫折时，是你们不断的鼓励我，安慰我，给我战胜挫折的 动力，在我遇到难事，心里委屈的时候，是你们真诚地安慰我，让我心情逐渐地好起来，是你们 陪我共同度过那些欢乐时刻，是你们让我找到了家的感觉，让我感觉到温馨；谢谢你们三年来的 关照与宽容，与你们一起走过的缤纷时代，将会是我一生最珍贵的回忆。 在即将走出校门之际，衷心的祝愿海事学院的老师们永远年轻，幸福，快乐，也祝愿江苏海 事职业技术学院的未来更加灿烂辉煌。 江苏海事职业技术学院 2012 届毕业论文设计 13 参考文献 1周占怀 .PLC 技术及应用项目化教程.青岛：中国海洋大学出版社,2010 年 2史际昌.船舶电气.大连：大连海事大学出版社,1999 年 3孙季宽.船舶自动化仪表与系统.上海：上海海运学院, 1990 年