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基于PLC的建筑配電火災預警系統設計

文檔作者：魏立明１２田益名１楊坤１郭秀娟１２文檔來源：１．吉林建筑大學電氣與計算機學院２．吉林建筑大學藝科建創意中心		點擊數：	更新時間： 2025年08月29日
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第３０ 卷 第３ 期
２０１８ 年６ 月
浙江水利水電學院學報
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 的建筑配電火災預警系統設計
魏立明１，２ ，田益名１ ，楊 坤１ ，郭秀娟１，２
（１．吉林建筑大學電氣與計算機學院，吉林長春 １３０１１８；２．吉林建筑大學藝科建創意中心，吉林長春 １３０１１８）
摘 要：以解決建筑電氣火災安全事故為目的，設計了火災預警系統，采用ＰＬＣ 和組態王軟件相結合方法對總體方
案進行設計，同時詳細地闡述了下位機硬件選型和上位機仿真過程，給出系統運行框架、下位機程序以及上位機運
行界面，所設計系統為火災初期起到預防作用，同時從源頭上控制電氣火災隱患，為人員疏散、財產搶救等提供了
保障．
關鍵詞：電氣火災預警；ＰＬＣ；上位機設計；下位機設計
中圖分類號：ＴＭ９２２ 文獻標志碼：Ａ 文章編號：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
基金項目：國家安全生產監督管理總局科學研究項目（２０１２ -１２７）
作者簡介：魏立明（１９７４ -），男，吉林市人，教授，博士，研究方
向為建筑電氣與智能化．
近年來，隨著我國建筑智能化程度的發展和不
斷加深，由于電氣線路及電氣設備所造成的電氣火
災也在逐年上升，據統計電氣火災已經成為各類火
災發生之首［１ -２］ ．現有電氣火災預警系統的信息共
享系統還不成熟，各系統彼此獨立，當出現電氣火
災險情時，由于人為因素，電氣火災預警能力就會
降低，這就可能造成電氣火災安全事故［３］ ．本文針
對此種情況，設計了基于ＰＬＣ 的建筑配電火災預警
系統．
1 方案設計
本設計中現場主控單元采用西門子ＰＬＣ Ｓ７
３００ 系列．當有電氣火災信號出現時，系統通過溫
度、煙霧等傳感器探測系統判斷是否有險情出現，
一旦有險情出現，信號將傳遞給ＰＬＣ，經ＰＬＣ 處理
后，傳遞給上位機組態監控系統，此時電腦會顯示
電氣火災信號出現的位置．［３ -４］ 而當火災信號出現
并被檢測到以后，將立即報警，一方面蜂鳴聲、指示
燈亮等信號提醒人們有險情發生；另一方面控制室
觀測到有險情出現，立即查看是否有故障發生并做
相應處理．此外，樓道上方也將安裝人體紅外感應
萬方數據 裝置，當有電氣火災信號時，平時處于休眠狀態人
體紅外感應器將自啟動，探測出人員的位置，同時
通過網絡將顯示位置的組態界面實時傳遞到相應
設備上．圖１ 為系統流程圖．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
議功能，但沒有現成的以太網接口．因此，本文選取
ＥＨＴ-ＭＰＩ 轉換器，將ＰＬＣ 的ＭＰＩ 協議轉換成以太網
協議，然后通過建筑網絡系統將ＰＬＣ、觸摸屏和電腦
相連接，構成一個以太網網絡，實現信息的無障礙
傳遞．而電腦則通過組態軟件則更好的監控整個系
統，觸摸屏有助于安裝調試和定期維護設備，能很
好預防電氣火災的發生．圖２ 為系統總體框圖．該
系統還可以根據實時溫度進行數據分析，若溫度變
化異常，系統會進行預報警，提前提醒觀測人員，觀
測人員可調出預報警處監控系統，檢測是否有異常
狀況發生． 圖１ 系統總體流程圖
圖２ 系統總體框圖
2 下位機系統硬件選型及程序設計
硬件是系統控制的重要組成部分，本設計的現
場主控采用西門子Ｓ７-３００ ＰＬＣ．包括機架、電源
（ＰＳ）、中央處理器（ ＣＰＵ）、數字量擴展模塊
（ＳＭ３２１／ＳＭ３２２）、觸摸屏、ＭＰＩ 編程線纜、ＭＰＩ 轉以
太網模塊、溫度傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器等
硬件的選型和參數介紹．表１ 為電氣火災預警系統
硬件選型清單．本文在下位機及編程軟件方面，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，為監控模塊，上面顯示了所有ＩＯ 點．當程
序發生故障時，可以通過監控ＦＣ１ 塊來迅速判斷是
哪個ＩＯ 點出了問題，并到對應的程序塊進行查找
并修復．第二層為ＦＣ２，塊里放置了啟動與停止程序
及ＦＢ１ 塊到ＦＢ５ 塊，同時還有啟動與停止程序．第
三層為ＦＢ１ 到ＦＢ５，其中ＦＢ１ 塊為電氣火災預警系
統；ＦＢ２ 塊為溫度、煙霧等測量，用ＦＣ１０５ 來測量溫
７２ 浙江水利水電學院學報 第３０ 卷
萬方數據
度；ＦＢ３ 塊為一樓指示燈系統；ＦＢ４ 塊為紅外探測系
統；ＦＢ５ 塊為溫度等歷史數據采集系統．ＤＢ１ 塊到
ＤＢ５ 塊分別為ＦＢ１ 塊到ＦＢ５ 塊所對應的背景數
據塊．
表１ 電氣火災預警系統硬件選型清單
序號硬件名稱型號
１ 機架 ＲＡＣＫ-３００ ２ 電源 ＰＳ ３０７ ５Ａ ３ 中央處理器 ＣＰＵ ３１３Ｃ ４ 數字量模塊 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
為達到預防電氣火災的目的，本文針對電氣火
災預警系統的特點，對溫度、煙霧、漏電流等故障點
進行監測和程序編寫．以溫度監測為例，當系統運
行時，把溫度所設定的報警值傳給上位機，ＰＬＣ 設
定初始溫度，放在ＯＢ１００ 里，并且可以通過上位機
來進行修改，當ＰＬＣ 重新上電時溫度報警值會重新
恢復到ＰＬＣ 的初始溫度報警值．同時通過變送器把
４ ～２０ ｍＡ 電流信號給ＰＬＣ 通過ＦＣ１０５ 轉換成實數
再轉換成雙整數傳送到組態和觸摸屏上進行顯示
和監控．圖４ 為溫度值監測程序，圖５ 所示為故障點
的部分程序設計．
圖４ 溫度值監測程序
圖５ 故障點部分報警程序
3 上位機仿真設計
本文選用組態王６．５５ 軟件完成對電氣火災預警
系統上位機的仿真設計．由于該軟件自帶圖庫，并且
根據不同用戶需求能加載更多的圖形，所以在圖形調
用、函數選取和畫面設計方面相對快捷．本設計對上
位機組態界面的設計主要分為９ 個主要界面的設計．
圖６ 為菜單主界面，該頁面包括：火災預警監控系統、
第３ 期 魏立明，等：基于 ＰＬＣ 的建筑配電火災預警系統設計 ７３
萬方數據
房間監控、環境控制界面、電源控制界面、供電監視界
面、報表界面、報警信息窗口、歷史監控曲線、連接數
據庫界面和退出等１０ 個界面．系統登錄后，點擊不同
按鈕，會轉換到相應的頁面．
圖６ 菜單主界面
本設計以吉林建筑大學學校實驗樓一層為模
型，根據數據分析當線路或用電設備的溫度在一段
時間內連續上升與以往正常數據不符時，系統會產
生預報警，藍色指示燈進行閃爍．頁面自動切換到
報警房間所在樓層的平面圖，以便觀察哪個房間產
生報警．同時產生報警聲提示控制室觀測人員，直
到點擊停止報警．此時觀測人員可調出該房間的監
控系統，觀測是否有火災發生．圖７ 為一樓平面預
報警圖，當樓層預報警后，藍色燈閃爍．此時，觀測
人員點擊房間Ｂ１１１，就會直接進入環境監控界面，
進而查看房間Ｂ１１１ 的各參數報警指標是否異常．
當ＰＬＣ 上電后，啟動主電源（只有在應急電源
啟動后主電源才會關閉）．系統運行，這時會進行溫
度等測量，并傳到組態和觸摸屏上進行顯示，通過
組態進行監控，圖８ 為環境監控界面．當線路或用
電設備的溫度等值在額定值工作時，系統正常監
控，不進行報警．此時的系統正常，綠燈亮；當系統
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，對房間變電箱漏電流進行監控
報警設計，圖９ 為供電監視界面．
圖７ 一樓預報警平面圖
７４ 浙江水利水電學院學報 第３０ 卷
萬方數據
圖８ 環境監控界面
圖９ 供電監視界面
模擬真實環境漏電流漏電現象，紅燈亮起，表
示漏電流異常，監控界面自動跳入報警房間電源監
控界面并報警．通過以上實測，進一步驗證了本文
設計的電氣火災預警系統在火災沒發生或火災初
期具有針對性的預防作用，而且能從源頭上控制電
氣火災隱患，為人員疏散、財產搶救和避免重特大
火災事故的發生提供了保障，真正做到從“消”到
“防”的轉變．
4 結 論
本文以建筑電氣配電電氣火災預警問題為對
象，設計了基于ＰＬＣ 的建筑電氣火災預警系統，詳
細地說明了系統的總體方案，對下位機和上位機從
軟件程序到硬件選型進行了詳細地闡述，為建筑電
氣行業中的火災預警提供了理論參考和實用借鑒．
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第３ 期 魏立明，等：基于 ＰＬＣ 的建筑配電火災預警系統設計 ７５

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