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基于PLC的建筑配電火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文檔作者：魏立明１２田益名１楊坤１郭秀娟１２文檔來(lái)源：１．吉林建筑大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)學(xué)院２．吉林建筑大學(xué)藝科建創(chuàng)意中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年08月29日
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第３０ 卷 第３ 期
２０１８ 年６ 月
浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)
Ｊ．Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖ ｏｆ Ｗａｔ．Ｒｅｓ ＆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗ． ＶｏｌＪ．ｕ３ｎ０． ２０１Ｎ８ｏ．３
ＤＯＩ： １０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５-７０９２．２０１８．０３．０１４
基于ＰＬＣ 的建筑配電火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)
魏立明１，２ ，田益名１ ，楊 坤１ ，郭秀娟１，２
（１．吉林建筑大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 １３０１１８；２．吉林建筑大學(xué)藝科建創(chuàng)意中心，吉林長(zhǎng)春 １３０１１８）
摘 要：以解決建筑電氣火災(zāi)安全事故為目的，設(shè)計(jì)了火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，采用ＰＬＣ 和組態(tài)王軟件相結(jié)合方法對(duì)總體方
案進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)詳細(xì)地闡述了下位機(jī)硬件選型和上位機(jī)仿真過(guò)程，給出系統(tǒng)運(yùn)行框架、下位機(jī)程序以及上位機(jī)運(yùn)
行界面，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)為火災(zāi)初期起到預(yù)防作用，同時(shí)從源頭上控制電氣火災(zāi)隱患，為人員疏散、財(cái)產(chǎn)搶救等提供了
保障．
關(guān)鍵詞：電氣火災(zāi)預(yù)警；ＰＬＣ；上位機(jī)設(shè)計(jì)；下位機(jī)設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：ＴＭ９２２ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ 文章編號(hào)：１００８ -５３６Ｘ（２０１８）０３-００７１-０５
Design of Low Voltage Electrical Fire Warning System
Based on Improved BP Neural Network Algorithm
ＷＥＩ Ｌｉ-ｍｉｎｇ１，２ ， ＴＩＡＮ Ｙｉ-ｍｉｎｇ１ ， ＹＡＮＧ Ｋｕｎ１ ， ＧＵＯ Ｘｉｕ-ｊｕａｎ１，２
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ， Ｊｉｌｉｎ Ｊｉａｎｚｈｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３０１１８， Ｃｈｉｎａ；
２．Ａｒｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｃｒｅａｔｉｖｅ Ｃｅｎｔｅｒ， Ｊｉｌｉｎ Ｊｉａｎｚｈｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３０１１８， Ｃｈｉｎａ）
Abstract：Ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｆｉｒｅ ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｆｉｒｅ ｓａｆｅｔｙ ｉｎ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ， ｃｏｍｂｉｎｅｄ
ｗｉｔｈ ＰＬＣ ａｎｄ Ｋｉｎｇｖｉｅｗ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｈａｒｄｗａｒｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｕｐｐｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｒｅ
ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ， ｌｏｗｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｐｒｏｇｒａｍ ａｎｄ ｕｐｐｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ
ａｒｅ ａｌｓｏ ｇｉｖｅｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｐｌａｙｓ ａ ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｅａｒｌｙ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｆｉｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｈａｚａｒｄｓ ａｒｅ ｃｏｎ -
ｔｒｏｌｌｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｏｕｒｃｅ， ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｆｏｒ ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｒｅｓｃｕｅ ．
Key words：ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｆｉｒｅ ｗａｒｎｉｎｇ； ＰＬＣ； ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｕｐｐｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ； ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｌｏｗｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ
收稿日期：２０１７-１２-０５
基金項(xiàng)目：國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局科學(xué)研究項(xiàng)目（２０１２ -１２７）
作者簡(jiǎn)介：魏立明（１９７４ -），男，吉林市人，教授，博士，研究方
向?yàn)榻ㄖ姎馀c智能化．
近年來(lái)，隨著我國(guó)建筑智能化程度的發(fā)展和不
斷加深，由于電氣線路及電氣設(shè)備所造成的電氣火
災(zāi)也在逐年上升，據(jù)統(tǒng)計(jì)電氣火災(zāi)已經(jīng)成為各類火
災(zāi)發(fā)生之首［１ -２］ ．現(xiàn)有電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的信息共
享系統(tǒng)還不成熟，各系統(tǒng)彼此獨(dú)立，當(dāng)出現(xiàn)電氣火
災(zāi)險(xiǎn)情時(shí)，由于人為因素，電氣火災(zāi)預(yù)警能力就會(huì)
降低，這就可能造成電氣火災(zāi)安全事故［３］ ．本文針
對(duì)此種情況，設(shè)計(jì)了基于ＰＬＣ 的建筑配電火災(zāi)預(yù)警
系統(tǒng)．
1 方案設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)中現(xiàn)場(chǎng)主控單元采用西門子ＰＬＣ Ｓ７
３００ 系列．當(dāng)有電氣火災(zāi)信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)溫
度、煙霧等傳感器探測(cè)系統(tǒng)判斷是否有險(xiǎn)情出現(xiàn)，
一旦有險(xiǎn)情出現(xiàn)，信號(hào)將傳遞給ＰＬＣ，經(jīng)ＰＬＣ 處理
后，傳遞給上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，此時(shí)電腦會(huì)顯示
電氣火災(zāi)信號(hào)出現(xiàn)的位置．［３ -４］ 而當(dāng)火災(zāi)信號(hào)出現(xiàn)
并被檢測(cè)到以后，將立即報(bào)警，一方面蜂鳴聲、指示
燈亮等信號(hào)提醒人們有險(xiǎn)情發(fā)生；另一方面控制室
觀測(cè)到有險(xiǎn)情出現(xiàn)，立即查看是否有故障發(fā)生并做
相應(yīng)處理．此外，樓道上方也將安裝人體紅外感應(yīng)
萬(wàn)方數(shù)據(jù) 裝置，當(dāng)有電氣火災(zāi)信號(hào)時(shí)，平時(shí)處于休眠狀態(tài)人
體紅外感應(yīng)器將自啟動(dòng)，探測(cè)出人員的位置，同時(shí)
通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將顯示位置的組態(tài)界面實(shí)時(shí)傳遞到相應(yīng)
設(shè)備上．圖１ 為系統(tǒng)流程圖．在信息傳遞方面，由于
本次采用的ＰＬＣ 為西門子３１３Ｃ，雖然具有ＭＰＩ 協(xié)
議功能，但沒有現(xiàn)成的以太網(wǎng)接口．因此，本文選取
ＥＨＴ-ＭＰＩ 轉(zhuǎn)換器，將ＰＬＣ 的ＭＰＩ 協(xié)議轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)
協(xié)議，然后通過(guò)建筑網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將ＰＬＣ、觸摸屏和電腦
相連接，構(gòu)成一個(gè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息的無(wú)障礙
傳遞．而電腦則通過(guò)組態(tài)軟件則更好的監(jiān)控整個(gè)系
統(tǒng)，觸摸屏有助于安裝調(diào)試和定期維護(hù)設(shè)備，能很
好預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生．圖２ 為系統(tǒng)總體框圖．該
系統(tǒng)還可以根據(jù)實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，若溫度變
化異常，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行預(yù)報(bào)警，提前提醒觀測(cè)人員，觀
測(cè)人員可調(diào)出預(yù)報(bào)警處監(jiān)控系統(tǒng)，檢測(cè)是否有異常
狀況發(fā)生． 圖１ 系統(tǒng)總體流程圖
圖２ 系統(tǒng)總體框圖
2 下位機(jī)系統(tǒng)硬件選型及程序設(shè)計(jì)
硬件是系統(tǒng)控制的重要組成部分，本設(shè)計(jì)的現(xiàn)
場(chǎng)主控采用西門子Ｓ７-３００ ＰＬＣ．包括機(jī)架、電源
（ＰＳ）、中央處理器（ ＣＰＵ）、數(shù)字量擴(kuò)展模塊
（ＳＭ３２１／ＳＭ３２２）、觸摸屏、ＭＰＩ 編程線纜、ＭＰＩ 轉(zhuǎn)以
太網(wǎng)模塊、溫度傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器等
硬件的選型和參數(shù)介紹．表１ 為電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)
硬件選型清單．本文在下位機(jī)及編程軟件方面，采
用ｓｔｅｐ７ 作為編程軟件［５ -１２］ ．圖３ 為ＰＬＣ 的所有程
序塊，其中ＯＢ１ 塊為主程序，下面嵌套了三層：第一
層是ＦＣ１，為監(jiān)控模塊，上面顯示了所有ＩＯ 點(diǎn)．當(dāng)程
序發(fā)生故障時(shí)，可以通過(guò)監(jiān)控ＦＣ１ 塊來(lái)迅速判斷是
哪個(gè)ＩＯ 點(diǎn)出了問(wèn)題，并到對(duì)應(yīng)的程序塊進(jìn)行查找
并修復(fù)．第二層為ＦＣ２，塊里放置了啟動(dòng)與停止程序
及ＦＢ１ 塊到ＦＢ５ 塊，同時(shí)還有啟動(dòng)與停止程序．第
三層為ＦＢ１ 到ＦＢ５，其中ＦＢ１ 塊為電氣火災(zāi)預(yù)警系
統(tǒng)；ＦＢ２ 塊為溫度、煙霧等測(cè)量，用ＦＣ１０５ 來(lái)測(cè)量溫
７２ 浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào) 第３０ 卷
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
度；ＦＢ３ 塊為一樓指示燈系統(tǒng)；ＦＢ４ 塊為紅外探測(cè)系
統(tǒng)；ＦＢ５ 塊為溫度等歷史數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)．ＤＢ１ 塊到
ＤＢ５ 塊分別為ＦＢ１ 塊到ＦＢ５ 塊所對(duì)應(yīng)的背景數(shù)
據(jù)塊．
表１ 電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)硬件選型清單
序號(hào)硬件名稱型號(hào)
１ 機(jī)架 ＲＡＣＫ-３００ ２ 電源 ＰＳ ３０７ ５Ａ ３ 中央處理器 ＣＰＵ ３１３Ｃ ４ 數(shù)字量模塊 ＳＭ３２１／ＳＭ３２２ ５ 觸摸屏 ＴＰ７００ ８ 溫度傳感器 Ｐｔ１００ ９ 煙霧傳感器 ＭＱ-２ １０ 紅外傳感器 ＨＣ-ＳＲ５０１ 圖３ ＰＬＣ 程序塊
為達(dá)到預(yù)防電氣火災(zāi)的目的，本文針對(duì)電氣火
災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)溫度、煙霧、漏電流等故障點(diǎn)
進(jìn)行監(jiān)測(cè)和程序編寫．以溫度監(jiān)測(cè)為例，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)
行時(shí)，把溫度所設(shè)定的報(bào)警值傳給上位機(jī)，ＰＬＣ 設(shè)
定初始溫度，放在ＯＢ１００ 里，并且可以通過(guò)上位機(jī)
來(lái)進(jìn)行修改，當(dāng)ＰＬＣ 重新上電時(shí)溫度報(bào)警值會(huì)重新
恢復(fù)到ＰＬＣ 的初始溫度報(bào)警值．同時(shí)通過(guò)變送器把
４ ～２０ ｍＡ 電流信號(hào)給ＰＬＣ 通過(guò)ＦＣ１０５ 轉(zhuǎn)換成實(shí)數(shù)
再轉(zhuǎn)換成雙整數(shù)傳送到組態(tài)和觸摸屏上進(jìn)行顯示
和監(jiān)控．圖４ 為溫度值監(jiān)測(cè)程序，圖５ 所示為故障點(diǎn)
的部分程序設(shè)計(jì)．
圖４ 溫度值監(jiān)測(cè)程序
圖５ 故障點(diǎn)部分報(bào)警程序
3 上位機(jī)仿真設(shè)計(jì)
本文選用組態(tài)王６．５５ 軟件完成對(duì)電氣火災(zāi)預(yù)警
系統(tǒng)上位機(jī)的仿真設(shè)計(jì)．由于該軟件自帶圖庫(kù)，并且
根據(jù)不同用戶需求能加載更多的圖形，所以在圖形調(diào)
用、函數(shù)選取和畫面設(shè)計(jì)方面相對(duì)快捷．本設(shè)計(jì)對(duì)上
位機(jī)組態(tài)界面的設(shè)計(jì)主要分為９ 個(gè)主要界面的設(shè)計(jì)．
圖６ 為菜單主界面，該頁(yè)面包括：火災(zāi)預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)、
第３ 期 魏立明，等：基于 ＰＬＣ 的建筑配電火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) ７３
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
房間監(jiān)控、環(huán)境控制界面、電源控制界面、供電監(jiān)視界
面、報(bào)表界面、報(bào)警信息窗口、歷史監(jiān)控曲線、連接數(shù)
據(jù)庫(kù)界面和退出等１０ 個(gè)界面．系統(tǒng)登錄后，點(diǎn)擊不同
按鈕，會(huì)轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的頁(yè)面．
圖６ 菜單主界面
本設(shè)計(jì)以吉林建筑大學(xué)學(xué)校實(shí)驗(yàn)樓一層為模
型，根據(jù)數(shù)據(jù)分析當(dāng)線路或用電設(shè)備的溫度在一段
時(shí)間內(nèi)連續(xù)上升與以往正常數(shù)據(jù)不符時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)
生預(yù)報(bào)警，藍(lán)色指示燈進(jìn)行閃爍．頁(yè)面自動(dòng)切換到
報(bào)警房間所在樓層的平面圖，以便觀察哪個(gè)房間產(chǎn)
生報(bào)警．同時(shí)產(chǎn)生報(bào)警聲提示控制室觀測(cè)人員，直
到點(diǎn)擊停止報(bào)警．此時(shí)觀測(cè)人員可調(diào)出該房間的監(jiān)
控系統(tǒng)，觀測(cè)是否有火災(zāi)發(fā)生．圖７ 為一樓平面預(yù)
報(bào)警圖，當(dāng)樓層預(yù)報(bào)警后，藍(lán)色燈閃爍．此時(shí)，觀測(cè)
人員點(diǎn)擊房間Ｂ１１１，就會(huì)直接進(jìn)入環(huán)境監(jiān)控界面，
進(jìn)而查看房間Ｂ１１１ 的各參數(shù)報(bào)警指標(biāo)是否異常．
當(dāng)ＰＬＣ 上電后，啟動(dòng)主電源（只有在應(yīng)急電源
啟動(dòng)后主電源才會(huì)關(guān)閉）．系統(tǒng)運(yùn)行，這時(shí)會(huì)進(jìn)行溫
度等測(cè)量，并傳到組態(tài)和觸摸屏上進(jìn)行顯示，通過(guò)
組態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，圖８ 為環(huán)境監(jiān)控界面．當(dāng)線路或用
電設(shè)備的溫度等值在額定值工作時(shí)，系統(tǒng)正常監(jiān)
控，不進(jìn)行報(bào)警．此時(shí)的系統(tǒng)正常，綠燈亮；當(dāng)系統(tǒng)
的煙霧濃度值異常，紅色燈亮，提醒控制室人員煙
霧濃度異常．此外，對(duì)房間變電箱漏電流進(jìn)行監(jiān)控
報(bào)警設(shè)計(jì)，圖９ 為供電監(jiān)視界面．
圖７ 一樓預(yù)報(bào)警平面圖
７４ 浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào) 第３０ 卷
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
圖８ 環(huán)境監(jiān)控界面
圖９ 供電監(jiān)視界面
模擬真實(shí)環(huán)境漏電流漏電現(xiàn)象，紅燈亮起，表
示漏電流異常，監(jiān)控界面自動(dòng)跳入報(bào)警房間電源監(jiān)
控界面并報(bào)警．通過(guò)以上實(shí)測(cè)，進(jìn)一步驗(yàn)證了本文
設(shè)計(jì)的電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)在火災(zāi)沒發(fā)生或火災(zāi)初
期具有針對(duì)性的預(yù)防作用，而且能從源頭上控制電
氣火災(zāi)隱患，為人員疏散、財(cái)產(chǎn)搶救和避免重特大
火災(zāi)事故的發(fā)生提供了保障，真正做到從“消”到
“防”的轉(zhuǎn)變．
4 結(jié) 論
本文以建筑電氣配電電氣火災(zāi)預(yù)警問(wèn)題為對(duì)
象，設(shè)計(jì)了基于ＰＬＣ 的建筑電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，詳
細(xì)地說(shuō)明了系統(tǒng)的總體方案，對(duì)下位機(jī)和上位機(jī)從
軟件程序到硬件選型進(jìn)行了詳細(xì)地闡述，為建筑電
氣行業(yè)中的火災(zāi)預(yù)警提供了理論參考和實(shí)用借鑒．
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第３ 期 魏立明，等：基于 ＰＬＣ 的建筑配電火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) ７５

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