專利名稱：消防員煙熱模擬訓(xùn)練系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種消防煙熱訓(xùn)練系統(tǒng)的自動(dòng)控制裝置。
二背景技術(shù)：
用于消防官兵訓(xùn)練的煙熱模擬訓(xùn)練系統(tǒng)在使用過程中需要進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。目 前的控制方式基本上采用電氣控制方式，執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用常規(guī)的繼電器控制回路， 缺點(diǎn)是采用大量的繼電器和接觸器，消耗了大量的電能，控制精度差，維護(hù)困難， 只能依靠人工實(shí)現(xiàn)控制過程，操作復(fù)雜，對操作人員的素質(zhì)要求高。針對以上弊 端，需要一種功能齊全，控制精度高，穩(wěn)定可靠，操作簡便的消防員煙熱模擬訓(xùn) 練系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置。
三、 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型采用可編程序邏輯控制器為控制核心，無觸點(diǎn)開關(guān)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 提供了一種自動(dòng)控制方式的消防員煙熱模擬訓(xùn)練系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置，達(dá)到了功能 齊全、控制精度高、穩(wěn)定可靠，操作簡便的目的。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下
消防員煙熱模擬訓(xùn)練系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置包括基于OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)的與PLC 進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊的上位機(jī)；寫入控制程序的可編程序邏輯控制器PLC;用于打 印消防訓(xùn)練人員基本信息、訓(xùn)練時(shí)間、訓(xùn)練成績的打印機(jī)；由空氣開關(guān)、無觸點(diǎn) 開關(guān)、熱繼電器、 一體化溫度變送器、背景音源播放系統(tǒng)、開關(guān)電源和可編程序 邏輯控制器PLC組成的操作臺；由熱繼電器、無觸點(diǎn)開關(guān)組成控制發(fā)煙機(jī)、熱 風(fēng)機(jī)、頻閃燈和彩燈的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。上位機(jī)、可編程序控制器PLC、打印機(jī)、操作 臺、執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的連接關(guān)系如下上位機(jī)通過串行通信接口，利用編程電纜，基于OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)與可編程序邏輯控制器PLC的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信，同時(shí)，通過并 行通信接口通過打印電纜與打印機(jī)相連，采用并行通訊交換數(shù)據(jù)；可編程序控制 器PLC采用開關(guān)量輸入輸出口與操作臺相連，并控制操作臺內(nèi)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；同 時(shí)，可編程序控制器PLC通過模擬量口與一體化溫度變送器相連，實(shí)時(shí)監(jiān)測訓(xùn) 練室內(nèi)溫度。
本實(shí)用新型與現(xiàn)存消防煙熱訓(xùn)練系統(tǒng)控制方式相比較，其顯著的效果在于
本裝置具有遠(yuǎn)程監(jiān)控、手動(dòng)/自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換、訓(xùn)練室內(nèi)溫度設(shè)定、訓(xùn)練室內(nèi) 溫度實(shí)時(shí)顯示和歷史曲線、各訓(xùn)練人員的基本信息、訓(xùn)練過程情況匯總、訓(xùn)練成 績統(tǒng)計(jì)等；
可編程序邏輯控制器PLC利用模擬量模塊通過一體化熱電阻實(shí)時(shí)采集訓(xùn)練 室內(nèi)溫度，并根據(jù)當(dāng)前訓(xùn)練人員所處的位置實(shí)時(shí)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，自動(dòng)完成訓(xùn)練過 程中熱風(fēng)機(jī)、發(fā)煙機(jī)、彩燈、頻閃燈和背景音源播放系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止，以更加 形象地模擬火災(zāi)現(xiàn)場，增加消防訓(xùn)練的真實(shí)感。
訓(xùn)練室內(nèi)溫度檢測采用一體化熱電阻，在檢測點(diǎn)處直接將電阻信號轉(zhuǎn)換成 4~20ma標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，減少了信號傳輸帶來的衰減和干擾，提高了 測量精度。同時(shí)，該裝置在通信軟件上采用了 0PC軟件，減低了裝置的硬件投資， 減少了開發(fā)成本。
消防員煙熱模擬訓(xùn)練系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置與電氣控制相比，現(xiàn)場運(yùn)行穩(wěn)定可 靠、響應(yīng)速度快、壽命長、維護(hù)量小、運(yùn)行成本低、操作簡便。 該裝置具有故障自診斷功能，系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，有聲光報(bào)警。 四

圖1為消防員煙熱模擬訓(xùn)練系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為可編程序邏輯控制器PLC控制原理圖； 圖3為控制程序流程圖。五具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型中的上位機(jī)用于遠(yuǎn)程監(jiān)視，通過計(jì)算機(jī)的串行通信接口，利用 PPI協(xié)議與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，提供訓(xùn)練過程的操作界面，完成訓(xùn)練過程啟動(dòng)/停 止控制、手動(dòng)/自動(dòng)控制方式轉(zhuǎn)換、訓(xùn)練室內(nèi)溫度設(shè)定、訓(xùn)練室內(nèi)溫度實(shí)時(shí)顯示、 訓(xùn)練人員基本信息顯示、訓(xùn)練過程中各設(shè)備狀態(tài)顯示、訓(xùn)練成績統(tǒng)計(jì)等功能；打 印機(jī)主要用于打印訓(xùn)練人員基本信息、訓(xùn)練室內(nèi)溫度、訓(xùn)練過程信息、訓(xùn)練成績 等數(shù)據(jù)；可編程序邏輯控制器PLC主要完成消防訓(xùn)練室溫度信號的實(shí)時(shí)采集和濾 波、根據(jù)內(nèi)存預(yù)制程序?qū)崿F(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和遠(yuǎn)程控制、管理與上位 機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。
在操作臺內(nèi)，設(shè)置了六個(gè)空氣開關(guān)、 一個(gè)穩(wěn)壓電源、二個(gè)開關(guān)電源、二十五 個(gè)無觸點(diǎn)開關(guān)、 一個(gè)蜂鳴器、三個(gè)接觸器和一組可編程序邏輯控制器PLC。根據(jù) 現(xiàn)場控制的需要，還有三組一體化溫度傳感器和變送器均安裝在訓(xùn)練現(xiàn)場。
可編程序邏輯控制器PLC控制原理為
訓(xùn)練室內(nèi)溫度采用使用高精度的一體化熱電阻ptioo，測量精度在土o. rc，
同時(shí)，保證傳感器與變送器之間的距離盡量短，用電阻值非常小的銀線進(jìn)行連接。 傳感器輸出的電阻信號經(jīng)過變送器以后轉(zhuǎn)換成4~20ma的電流信號進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳 輸，以減少信號衰減，同時(shí)提高信號的抗干擾能力。
執(zhí)行結(jié)構(gòu)采用無觸點(diǎn)開關(guān)，通過開關(guān)的閉合和斷開控制現(xiàn)場設(shè)備的無源接 點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。因?yàn)橛?xùn)練過程中自身的特點(diǎn)，現(xiàn)場設(shè)備的動(dòng)作 相當(dāng)頻繁，因此現(xiàn)場設(shè)備的控制采用了無觸點(diǎn)開關(guān)，延長了控制器件的壽命，同 時(shí)極大地減少了操作臺內(nèi)噪聲。
可編程序邏輯控制器PLC的選型及配置由于裝置所需的開關(guān)量輸入點(diǎn)10 個(gè)、開關(guān)量輸出點(diǎn)25個(gè)、模擬量輸入3路，PPI通信電纜一條?？刂扑惴ㄖ械哪M量運(yùn)算需要PLC具有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力，可以處理浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算，同時(shí)， 要求具有開放的數(shù)據(jù)通信接口，因此，綜合考慮，選擇了西門子公司的S7-200 系列產(chǎn)品作為主控單元。PLC系統(tǒng)的配置如下CPU模塊S7-224 —臺(集成 10*DI/16*DO) ， 16*DI/16*DO開關(guān)量輸入輸出模塊一臺、4路模擬量輸入模塊一 臺<=
可編程序邏輯控制器CPU模塊S7-224的在線程序存儲(chǔ)器為8Kbyte，非在線 程序存儲(chǔ)器可達(dá)12Kbyte，支持4個(gè)lms、 16個(gè)10ms、 236個(gè)100ms定時(shí)器，還 提供了 1個(gè)RS-485通信接口，支持9. 6~187. 5Kbps的數(shù)據(jù)通信速率，最遠(yuǎn)通信 距離可達(dá)500m，主要完成訓(xùn)練室內(nèi)溫度采集、現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控和與上位機(jī)進(jìn) 行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換等功能。在進(jìn)行控制程序編程時(shí)，如果采用常規(guī)的線性編程方式， 則用戶程序存儲(chǔ)器空間將不夠用，因此，采用了主程序調(diào)用子程序的方式。將室 溫?cái)?shù)據(jù)采集、各設(shè)備的控制算法編寫成不同的子程序，主程序根據(jù)現(xiàn)場條件調(diào)用 子程序，從而實(shí)現(xiàn)對訓(xùn)練過程的自動(dòng)控制。由于一體化溫度變送器需要提供工作 電源，在與PLC的連接方式上需要采取串聯(lián)的方式，即一體化溫度變送器、PLC 模擬量輸入通道、24V電源組成串聯(lián)電路；對于數(shù)字量的輸入，則需要將繼電器 的接點(diǎn)與24V電源串聯(lián)，然后一起接在數(shù)字量模塊的輸入通道上；而對于數(shù)字 量的輸出，則需要將24V電源與數(shù)字量的輸出通道串聯(lián)，然后一起接在無觸點(diǎn) 開關(guān)的線圈上。
具體控制過程如下所述
a) 訓(xùn)練開始之前，點(diǎn)擊監(jiān)控畫面上的"自動(dòng)"按鈕，自動(dòng)控制程序啟動(dòng)，如果 點(diǎn)擊"手動(dòng)"按鈕，則手動(dòng)控制程序啟動(dòng)。.
b) 初始化PLC控制設(shè)備參數(shù)。
c) 如果室內(nèi)溫度低于"室內(nèi)溫度上限設(shè)定"，則自動(dòng)啟動(dòng)4臺熱風(fēng)機(jī)(分為兩 組由DOl、 D02控制)和獨(dú)立的兩臺熱風(fēng)機(jī)(由D03、 D04控制)，給訓(xùn)練室加溫，同時(shí)采集3個(gè)不同位置的室內(nèi)溫度(在監(jiān)控畫面中有3個(gè)溫度顯示)， 當(dāng)3個(gè)室內(nèi)溫度的平均值第一次達(dá)到溫度上限設(shè)定(該溫度在監(jiān)控畫面中可 設(shè)置)時(shí)，停止全部的六臺熱風(fēng)機(jī)；當(dāng)3個(gè)室內(nèi)溫度的平均值小于溫度下限 設(shè)定(該溫度在監(jiān)控畫面中可設(shè)置)時(shí)，開啟四臺熱風(fēng)機(jī)(兩組)給室內(nèi)加溫； 當(dāng)3個(gè)室內(nèi)溫度的平均值再一次達(dá)到溫度上限設(shè)定，停止這四臺熱風(fēng)機(jī)(兩 組)。即獨(dú)立的兩臺熱風(fēng)機(jī)在初期給室內(nèi)加溫起作用，而3個(gè)室內(nèi)溫度的平 均值第一次達(dá)到溫度上限設(shè)定后，就不再使用獨(dú)立的兩臺熱風(fēng)機(jī)。
d) 啟動(dòng)熱風(fēng)機(jī)的同時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)兩臺發(fā)煙機(jī)(由D05、 D06控制)，當(dāng)熱風(fēng)機(jī) 第一次加熱達(dá)到溫度上限設(shè)定(該溫度在監(jiān)控畫面中可設(shè)置)時(shí)，或者當(dāng)熱風(fēng) 機(jī)第一次加熱達(dá)到溫度上限設(shè)定(該溫度在監(jiān)控畫面中可設(shè)置)停止時(shí)，兩臺 煙機(jī)放煙(由D07， DO8)20秒后停止。
e) 啟動(dòng)熱風(fēng)機(jī)的同時(shí)，自動(dòng)開啟訓(xùn)練室的室燈(由D09控制)。
f) 當(dāng)兩臺煙機(jī)放煙(由D07， D08)開啟20秒后停止后，控制操作面板上的訓(xùn)練 指示燈亮起(為DOIO)，提示訓(xùn)練人員和觀察室中的人員訓(xùn)練可以開始。
g) 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)人員踩塌在第一塊地板(為DIl)上時(shí)，指示訓(xùn)練開始，同時(shí)訓(xùn)練 室的室燈(由D09控制)關(guān)閉，同時(shí)啟動(dòng)音響系統(tǒng)，播放現(xiàn)場模擬聲音。
h) 訓(xùn)練人員在訓(xùn)練過程中，當(dāng)?shù)竭_(dá)位置1時(shí)，開啟兩臺熱風(fēng)機(jī)(由D03， D04 控制)，5分鐘(該時(shí)間在監(jiān)控畫面中可設(shè)置)后自動(dòng)關(guān)閉，如多人進(jìn)行訓(xùn)練， 在整個(gè)訓(xùn)練中兩臺熱風(fēng)機(jī)只開啟一次。
i) 訓(xùn)練人員在訓(xùn)練中時(shí)，當(dāng)?shù)竭_(dá)位置2時(shí)，兩臺煙機(jī)開始放煙(由D07， D08)， 3分鐘(3分鐘是范例，這個(gè)時(shí)間在組態(tài)中可設(shè)置)后自動(dòng)停止放煙，如多 人進(jìn)行訓(xùn)練，在整個(gè)訓(xùn)練過程中兩臺發(fā)煙機(jī)可以重復(fù)放煙。
j)訓(xùn)練人員在訓(xùn)練過程中，當(dāng)?shù)竭_(dá)位置3時(shí)，開啟彩燈和頻閃燈控制程序，如 多人進(jìn)行訓(xùn)練，在整個(gè)訓(xùn)練中彩燈和頻閃燈控制程序一直運(yùn)行，在自動(dòng)程序結(jié)束后關(guān)閉。(詳情參見表l)
k) 六扇電磁門由D020、 D021、 D022、 D023、 D024、 D025控制，這六個(gè)在 監(jiān)控畫面中可以通過鼠標(biāo)或鍵盤選擇開啟和關(guān)閉。同時(shí)，在手動(dòng)控制方式下， 所有熱風(fēng)機(jī)、煙機(jī)、頻閃燈、彩燈和訓(xùn)練指示燈等這些設(shè)備都可以單獨(dú)使用 鼠標(biāo)或鍵盤選擇開啟和關(guān)閉。
1)在監(jiān)控畫面中應(yīng)可以輸入訓(xùn)練人員的數(shù)量最大為8人。根據(jù)輸入的訓(xùn)練人員 的數(shù)量，設(shè)置在訓(xùn)練人員到達(dá)位置4 (DI7)的次數(shù)大于等于訓(xùn)練人員的數(shù)量 時(shí)，訓(xùn)練停止，自動(dòng)關(guān)閉煙機(jī)、熱風(fēng)機(jī)、頻閃燈、彩燈和訓(xùn)練指示燈，開啟 訓(xùn)練室的室燈，并提示訓(xùn)練結(jié)束。
表1彩燈和頻閃燈的控制邏輯
<formula>formula see original document page 8</formula>注在a程序中頻閃和彩燈同時(shí)啟動(dòng)，在一分半鐘完成頻閃循環(huán)一次和彩燈循環(huán) 三次，然后靜默一分后進(jìn)行b程序。
權(quán)利要求1、一種消防員煙熱模擬訓(xùn)練系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置，其特征在于裝置包括上位機(jī)、可編程序邏輯控制器、打印機(jī)、操作臺、一體化溫度傳感器和變送器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，上位機(jī)通過串行通信接口，利用編程電纜與可編程序邏輯控制器PLC連接，同時(shí)，通過并行接口和打印電纜與打印機(jī)相連；可編程序邏輯控制器PLC采用開關(guān)量輸入輸出口與操作臺相連，并控制操作臺內(nèi)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；同時(shí)，可編程序控制器PLC通過模擬量輸入口與一體化溫度變送器相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的消防員煙熱模擬訓(xùn)練系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置，其特征 在于在操作臺及裝置控制柜中，設(shè)置了六個(gè)空氣開關(guān)、二十五個(gè)無觸點(diǎn)開關(guān)、六 個(gè)熱繼電器、三個(gè)接觸器、二個(gè)開關(guān)電源、三個(gè)一體化溫度變送器、可編程序控 制器PLC—組。
3、 權(quán)利要求1所述的消防員煙熱模擬訓(xùn)練系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置，其特征在于 PLC的配置如下CPU模塊S7-224—臺、四路模擬量輸入模塊一臺、十六路輸 入十六路輸出數(shù)字量模塊一臺。
4、 權(quán)利要求1所述的消防員煙熱模擬訓(xùn)練系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置，其特征在于 執(zhí)行結(jié)構(gòu)采用無觸點(diǎn)開關(guān)。
5、 權(quán)利要求1所述的消防員煙熱模擬訓(xùn)練系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置，其特征在于 一體化溫度變送器安裝在傳感器附近，變送器的輸出采用適宜遠(yuǎn)傳和抗干擾能力 比較強(qiáng)的4 20ma信號。
6、 權(quán)利要求1所述的消防員煙熱模擬訓(xùn)練系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置，其特征在于 一體化溫度變送器與PLC模擬量輸入通道、24V電源組成串聯(lián)電路；對于數(shù)字 量的輸入，將繼電器的接點(diǎn)與24V電源串聯(lián)后一起接在數(shù)字量模塊的輸入通道 上；對于數(shù)字量的輸出，將24V電源與數(shù)字量的輸出通道串聯(lián)后一起接在無觸 點(diǎn)開關(guān)的線圈上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種消防員煙熱模擬訓(xùn)練系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置，采用可編程序控制器作為主控單元，無觸點(diǎn)開關(guān)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了消防煙熱訓(xùn)練系統(tǒng)的多方面、可靠的自動(dòng)控制。消防員煙熱模擬訓(xùn)練系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置包括上位機(jī)、打印機(jī)、可編程序控制器PLC、操作臺、一體化溫度變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該裝置具有遠(yuǎn)程監(jiān)控、手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換、訓(xùn)練室溫度上下限設(shè)置、訓(xùn)練過程中訓(xùn)練室溫度記錄、訓(xùn)練人員基本信息記錄、訓(xùn)練持續(xù)時(shí)間、訓(xùn)練成績等功能。現(xiàn)場運(yùn)行穩(wěn)定可靠、響應(yīng)速度快、壽命長、無噪聲、現(xiàn)場維護(hù)量小、運(yùn)行成本低。
文檔編號G09B25/00GK201130465SQ20072018512
公開日2008年10月8日 申請日期2007年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者鏑 吳, 吳永健, 偉 計(jì) 申請人:撫順撫運(yùn)安儀救生裝備有限公司