基于PLC和组态软件的二氧化碳自动灭火系统软件设计

2017-05-14芦志强王凌睿

中国水泥 2017年10期

芦志强，王凌睿

（合肥水泥研究设计院合肥固泰自动化有限公司，合肥 230051）

在水泥和生石灰生产过程中，煤粉制备是重要的一个环节，尽管采用了一系列的先进技术，但该环节仍然是事故多发点，轻则延误生产，重则危害生命。其中煤粉仓和袋式收尘器是发生火灾爆炸的高危位置，所以需要通过监测其内部环境，联合二氧化碳灭火装置使用，以保证生产安全。鉴于以上分析提出一种二氧化碳自动灭火系统，实现高危位置实时在线监控与保护。该系统采用PC机+PLC的双机控制模式，将先进的计算机技术和组态监控技术相结合，实现高危位置的火灾预警和自动灭火。

1 自动灭火系统工作原理

该系统具有三种控制方式：自动灭火，应急手动灭火、现场应急机械施放灭火。一般情况下，系统处于自动灭火控制方式下。

控制器上有控制方式选择锁，当将其置于“自动”位置时，灭火控制系统处于自动控制状态，流程见图1。通过CO成分检测装置、氧气检测器和温度探测器获取现场环境信号，当探测信号超过报警限值时，控制器即发出火警声光信号，通知有异常情况发生，而不启动灭火装置释放灭火剂。如确需启动灭火装置灭火时，可按下现场“紧急启动按钮”，即可启动灭火装置释放灭火剂，实施灭火。当探测器超过临界限值时，控制器发出火灾声、光信号，通知有火灾发生，有关人员应撤离现场，工作人员关闭风机、防火阀等设备，系统发出灭火指令，打开电磁阀，启动气体打开容器阀，释放灭火剂，实施灭火。

图1 自动控制流程图

整套控制系统由上位机监控系统、下位机控制系统以及通讯模块组成的二级集散控制系统。上位机监控层，安装相应的WINCC组态软件，便于操作人员进行操作。下位机为现场控制层，采用西门子S7-200系列PLC作为控制系统核心对灭火系统进行控制。上位机与下位机PLC的通信通过自由口通信技术实现。

2 下位机系统组成

下位机PLC利用自由口通信，将多传感信号（CO、O2、温度等）发送到上位机相应的数据变量中，由上位机进行控制和处理。其中下位机PLC的硬件设计接线图见图2，软件控制逻辑关系见表1。?

表1 逻辑关系图

报警及喷吹的逻辑关系，如下所示，其中KA16控制煤粉仓喷吹电磁阀，KA17控制收尘器喷吹电磁阀，KA18控制报警信号输出电磁阀，EM231为模拟量输入模块，EM221数字量输入模块。

（1）CO含量在400ppm~500ppm，同时1#EM231，A/B中的温度值最大值＞70℃，KA18动作。

（2）CO含量在400ppm ~500ppm，同时1#EM231，C/D和2#EM231，A/B/C/D中的温度值最大值＞70℃，KA18动作。

（3）任何一个温度＞80℃，KA18动作。

（4）CO浓度＞500ppm，KA18动作。

（5）CO含量在＞500ppm，同时1#EM231，A/B中的温度值最大值＞80℃。KA16，KA17，KA18动作。

（6）CO含量在＞500ppm，同时1#EM231，C/D和2#EM231，A/B/C/D中的温度值最大值＞80℃。KA16，KA17，KA18动作。

（7）任一温度达到120℃，KA16，KA17，KA18动作。

（8）任一浓度达到600ppm，KA16，KA17，KA18动作。

（9）DI 2.0和DI2.1是备妥信号。

图2 接线端子图

（10）EM221和DI 2.2~2.7是气瓶输入反馈信号。

3 系统软件程序设计

系统软件设计主要是对上位机组态画面进行软件设计，还有对整个系统程序运行过程中流程进行设计。考虑到系统所需监控的过程变量和实际功能，设计了主界面、实时曲线、历史曲线、报警窗口4个功能窗口。

3.1 主界面

主界面可以实时显示煤粉仓和收尘器内的CO浓度、O2浓度与温度，根据这些数据自动判断煤粉仓和收尘器内的环境状况，继而报警或者喷吹CO2药剂，并给出相应的调整建议。操作员通过画面中各个监测点亮灯的状态，判断内部状况。为了防止CO过量，当仓内CO浓度和温度超出警戒值，主界面中气体报警灯会闪烁，并现场发出声光报警。当CO浓度和温度超过临界限值，则会自动对煤粉仓内和收尘内进行CO2喷吹，喷吹过后会显示瓶内药剂状态，以提示操作人员更换气瓶。在主界面上，操作人员还可以根据实际状况自行判断，对煤粉仓和收尘器进行人工主动喷吹。