基于PLC和WINCC的大学校园安全监控系统设计

张鹏程　严陈　季惠

【摘 要】近几年来，伴随着校园内火灾事故的频发，与校园相关的消防安全也越来越引起消防相关部门的关注。作为国家重点消防单位的大学校园，也必须提加强对消防安全的重视。按照国家消防工作“预防为主，防消结合”的方针，对于校园内火灾事故的预防是第一位的。但是，伴随着大学生校园内夜间活动的日渐频繁以及寝室“不统一熄灯”等的实行，如此一来也加剧了校园内消防安全管理工作的强度。现在大多数的大学校园仍然采用通过值班人员在消防控制室盯着各个场所的摄像屏幕的方式进行24小时监控，这种方式很容易令人疲惫以至于疏忽造成监控不力。针对以上情况，提出了一种利用PLC系统对大学校园内的各种消防设施进行控制并借助于WINCC软件辅助监控的方法。本文详细分析了其控制系统的组成、监控程序的设计，以及将该系统应用于校园内某一局部场所的效果。实践证明，该控制系统与监控程序能够帮助实现对该局部场所内的消防监控以及预警，具有一定的推广意义。

【关键词】消防安全；校园火灾；人工监控；自动化辅助监控

1 场所概述及消防设计状况

（1）场所概述：用来进行PLC控制系统设计模拟实验的场所为大学校园内的一座兼办公的教学实验楼，高约20m，建筑面积近4000m2 ，呈回字形布置，长边南北方向布置，共4层。其中1层主要为包含金工实习车间、汽车检修车间、数控加工车间等在内的学生实验场所，2，3层北侧主要为信息机房，南侧主要为酒旅系学生实习布置的仿酒店客房的实习场所。4层北侧也为信息机房，南侧为包含电动机、电器柜、控制柜等各种器材的实验实训室。1至4层每层都设有教师办公场所、存放资料的场所以及教职工娱乐活动场所等。通过以上分析可见，该实验楼内属于可燃物含量较多、电气设备众多、实验场所复杂，发生火灾的危害性比较大，起火后蔓延较迅速，扑救较难的中高危险级均含的场所。

（2）消防设计：本教学实验楼的消防设计是由专人设计的，情况如下。

根据使用性质和工艺要求，在教学实验楼的每一个实验实训场所设置嵌入式的墙式灭火器箱，在办公室等办公场所设置落地式的灭火器箱并按照要求配备数量足够的灭火器。该教学实验楼没有设计室外消防给水系统，室内消火栓给水系统按照南侧、北侧分为两个控制分区，每个分区各包含一台消火栓泵、喷淋泵以及一台备用泵。每层楼南北侧各设1个消火栓泵紧急启动按钮，整个教学楼一共8个，一旦探测到火情，按下紧急按钮就可以信号输入到PLC控制器通过继电器自动启动相应区域的消防栓泵，并输出信号启动火灾声光报警灯。喷淋泵的启动是通过各保护区的管网喷嘴玻璃球高温下爆碎，引起管网水流流动，同时联动报警阀压力开关动作，达到自启动喷淋泵的目的。这里水流指示器和压力开关动作信号同时作为输入信号送入PLC控制器为作为火警区域指示信号，PLC控制中心能够准确接收其动作信号，同时也应能直接控制喷淋泵启停。每层设置一个火灾声光报警器以及总线制固定式消防电话分机。在教学实验楼的每一层的走廊侧墙以及安全出口、楼梯等处都按照要求设置了疏散照明以及指示装置。在重要仪器存放场所以及火灾危险性较高的实验场所的顶板设置了点型复合式感烟感温火灾探测器。

另外，在消防控制室设立专门的控制台，在控制台上可进行任一区任一台消防水泵的启停、报警声光信号的启停以及水泵发生故障自动切换至备用泵，并通过控制台上的人机界面提示故障报警信息的功能。图1为教学实验楼主要楼层以及主要消防设计图。

2 控制系统的组成及软硬件设计

本系统只是组成整个校园消防控制系统网络的一部分，因此规模较小。选用西门子公司的S7-200系列的PLC，并对S7-200 CPU226进行扩展。选择一个EM223（16×I，8×O）和一个EM221（8×I）扩展模块，总共计有32个输入和16个输出，其具有速度快、精度高、稳定性好等特点，可满足控制系统的要求。图2为该教学实验楼PLC控制系统组成图。

根据以上控制要求将输入信号，输出信号按各自的功能类型分好，并与PLC的I/O端一一对应，编好地址。各个执行机构的启动按钮用绿色按钮，急停按钮用红色按钮，故障信号用黄色按钮。列出各种控制元件和执行元件的输入输出的I/O分配表，如表1所示。

编制好I/O分配表，设计硬件接线图，然后利用？西门子PLC S7-200编程软件 STEP7 MicWIN_V4SP9进行PLC程序编制，该控制程序的控制流程图以及利用西门子WINCC软件编制的上位机控制界面。

借助位于消防控制室以及实验教学楼值班室内的上位机监控画面，可以同时实现对于该楼内各個楼层的防火监控。值班室内人员每天可以根据界面提示内容在主界面上输入相关信息以及进行消防安全检查确认、可以通过主界面来查看各个楼层的消防器材布置情况以及完好情况、更可以在收到火灾报警信息后，进行火灾确认，并按照界面提示相关步骤找到相关人员进行灭火救援、报警求助等一系列行动。

3 结论

针对大学校园内一栋典型的集教学、办公以及实验等功能在一起的教学实验楼，在已有消防设计的基础上，完成了针对该栋楼内消防设施的PLC现场控制软硬件设计和上位机监控程序设计，应用自动化控制实现了大学校园内对消防安全隐患的辅助监控。实践证明，该控制系统与监控程序能够帮助实现对该局部场所内的消防监控以及预警，系统试运行期间取得了良好的控制及监控效果，为下一步实现整个校园区域的消防监控奠定了技术基础。

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