消防員煙熱模擬訓練系統自動控制裝置的製作方法

2023-05-16 04:09:36

專利名稱：消防員煙熱模擬訓練系統自動控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種消防煙熱訓練系統的自動控制裝置。
二背景技術：
用於消防官兵訓練的煙熱模擬訓練系統在使用過程中需要進行實時控制。目 前的控制方式基本上採用電氣控制方式，執行機構採用常規的繼電器控制迴路， 缺點是採用大量的繼電器和接觸器，消耗了大量的電能，控制精度差，維護困難， 只能依靠人工實現控制過程，操作複雜，對操作人員的素質要求高。針對以上弊 端，需要一種功能齊全，控制精度高，穩定可靠，操作簡便的消防員煙熱模擬訓 練系統自動控制裝置。
三、 發明內容
本實用新型採用可編程序邏輯控制器為控制核心，無觸點開關為執行機構， 提供了一種自動控制方式的消防員煙熱模擬訓練系統自動控制裝置，達到了功能 齊全、控制精度高、穩定可靠，操作簡便的目的。
為實現上述目的，本實用新型的技術方案如下
消防員煙熱模擬訓練系統自動控制裝置包括基於OPC技術實現的與PLC 進行實時數據通訊的上位機；寫入控制程序的可編程序邏輯控制器PLC;用於打 印消防訓練人員基本信息、訓練時間、訓練成績的印表機；由空氣開關、無觸點 開關、熱繼電器、 一體化溫度變送器、背景音源播放系統、開關電源和可編程序 邏輯控制器PLC組成的操作臺；由熱繼電器、無觸點開關組成控制發煙機、熱 風機、頻閃燈和彩燈的執行機構。上位機、可編程序控制器PLC、印表機、操作 臺、執行機構之間的連接關係如下上位機通過串行通信接口，利用編程電纜，基於OPC技術實現與可編程序邏輯控制器PLC的實時數據通信，同時，通過並 行通信接口通過列印電纜與印表機相連，採用並行通訊交換數據；可編程序控制 器PLC採用開關量輸入輸出口與操作臺相連，並控制操作臺內的執行機構；同 時，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，實時監測訓 練室內溫度。
本實用新型與現存消防煙熱訓練系統控制方式相比較，其顯著的效果在於
本裝置具有遠程監控、手動/自動控制轉換、訓練室內溫度設定、訓練室內 溫度實時顯示和歷史曲線、各訓練人員的基本信息、訓練過程情況匯總、訓練成 績統計等；
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時採集訓練 室內溫度，並根據當前訓練人員所處的位置實時控制執行機構，自動完成訓練過 程中熱風機、發煙機、彩燈、頻閃燈和背景音源播放系統的啟動和停止，以更加 形象地模擬火災現場，增加消防訓練的真實感。
訓練室內溫度檢測採用一體化熱電阻，在檢測點處直接將電阻信號轉換成 4~20ma標準信號進行遠距離傳輸，減少了信號傳輸帶來的衰減和幹擾，提高了 測量精度。同時，該裝置在通信軟體上採用了 0PC軟體，減低了裝置的硬體投資， 減少了開發成本。
消防員煙熱模擬訓練系統自動控制裝置與電氣控制相比，現場運行穩定可 靠、響應速度快、壽命長、維護量小、運行成本低、操作簡便。 該裝置具有故障自診斷功能，系統發生故障時，有聲光報警。 四

圖1為消防員煙熱模擬訓練系統自動控制裝置結構框圖； 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。五具體實施方式
本實用新型中的上位機用於遠程監視，通過計算機的串行通信接口，利用 PPI協議與PLC進行數據通信，提供訓練過程的操作界面，完成訓練過程啟動/停 止控制、手動/自動控制方式轉換、訓練室內溫度設定、訓練室內溫度實時顯示、 訓練人員基本信息顯示、訓練過程中各設備狀態顯示、訓練成績統計等功能；打 印機主要用於列印訓練人員基本信息、訓練室內溫度、訓練過程信息、訓練成績 等數據；可編程序邏輯控制器PLC主要完成消防訓練室溫度信號的實時採集和濾 波、根據內存預製程序實現對現場設備狀態數據的採集和遠程控制、管理與上位 機之間的數據通信。
在操作臺內，設置了六個空氣開關、 一個穩壓電源、二個開關電源、二十五 個無觸點開關、 一個蜂鳴器、三個接觸器和一組可編程序邏輯控制器PLC。根據 現場控制的需要，還有三組一體化溫度傳感器和變送器均安裝在訓練現場。
可編程序邏輯控制器PLC控制原理為
訓練室內溫度採用使用高精度的一體化熱電阻ptioo，測量精度在土o. rc，
同時，保證傳感器與變送器之間的距離儘量短，用電阻值非常小的銀線進行連接。 傳感器輸出的電阻信號經過變送器以後轉換成4~20ma的電流信號進行遠距離傳 輸，以減少信號衰減，同時提高信號的抗幹擾能力。
執行結構採用無觸點開關，通過開關的閉合和斷開控制現場設備的無源接 點，實現對現場設備的遠程控制。因為訓練過程中自身的特點，現場設備的動作 相當頻繁，因此現場設備的控制採用了無觸點開關，延長了控制器件的壽命，同 時極大地減少了操作臺內噪聲。
可編程序邏輯控制器PLC的選型及配置由於裝置所需的開關量輸入點10 個、開關量輸出點25個、模擬量輸入3路，PPI通信電纜一條。控制算法中的模擬量運算需要PLC具有較強的數學運算能力，可以處理浮點數的運算，同時， 要求具有開放的數據通信接口，因此，綜合考慮，選擇了西門子公司的S7-200 系列產品作為主控單元。PLC系統的配置如下CPU模塊S7-224 —臺(集成 10*DI/16*DO) ， 16*DI/16*DO開關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的在線程序存儲器為8Kbyte，非在線 程序存儲器可達12Kbyte，支持4個lms、 16個10ms、 236個100ms定時器，還 提供了 1個RS-485通信接口，支持9. 6~187. 5Kbps的數據通信速率，最遠通信 距離可達500m，主要完成訓練室內溫度採集、現場設備狀態監控和與上位機進 行實時數據交換等功能。在進行控制程序編程時，如果採用常規的線性編程方式， 則用戶程序存儲器空間將不夠用，因此，採用了主程序調用子程序的方式。將室 溫數據採集、各設備的控制算法編寫成不同的子程序，主程序根據現場條件調用 子程序，從而實現對訓練過程的自動控制。由於一體化溫度變送器需要提供工作 電源，在與PLC的連接方式上需要採取串聯的方式，即一體化溫度變送器、PLC 模擬量輸入通道、24V電源組成串聯電路；對於數字量的輸入，則需要將繼電器 的接點與24V電源串聯，然後一起接在數字量模塊的輸入通道上；而對於數字 量的輸出，則需要將24V電源與數字量的輸出通道串聯，然後一起接在無觸點 開關的線圈上。
具體控制過程如下所述
a) 訓練開始之前，點擊監控畫面上的"自動"按鈕，自動控制程序啟動，如果 點擊"手動"按鈕，則手動控制程序啟動。.
b) 初始化PLC控制設備參數。
c) 如果室內溫度低於"室內溫度上限設定"，則自動啟動4臺熱風機(分為兩 組由DOl、 D02控制)和獨立的兩臺熱風機(由D03、 D04控制)，給訓練室加溫，同時採集3個不同位置的室內溫度(在監控畫面中有3個溫度顯示)， 當3個室內溫度的平均值第一次達到溫度上限設定(該溫度在監控畫面中可 設置)時，停止全部的六臺熱風機；當3個室內溫度的平均值小於溫度下限 設定(該溫度在監控畫面中可設置)時，開啟四臺熱風機(兩組)給室內加溫； 當3個室內溫度的平均值再一次達到溫度上限設定，停止這四臺熱風機(兩 組)。即獨立的兩臺熱風機在初期給室內加溫起作用，而3個室內溫度的平 均值第一次達到溫度上限設定後，就不再使用獨立的兩臺熱風機。
d) 啟動熱風機的同時，自動啟動兩臺發煙機(由D05、 D06控制)，當熱風機 第一次加熱達到溫度上限設定(該溫度在監控畫面中可設置)時，或者當熱風 機第一次加熱達到溫度上限設定(該溫度在監控畫面中可設置)停止時，兩臺 煙機放煙(由D07， DO8)20秒後停止。
e) 啟動熱風機的同時，自動開啟訓練室的室燈(由D09控制)。
f) 當兩臺煙機放煙(由D07， D08)開啟20秒後停止後，控制操作面板上的訓練 指示燈亮起(為DOIO)，提示訓練人員和觀察室中的人員訓練可以開始。
g) 當第一個人員踩塌在第一塊地板(為DIl)上時，指示訓練開始，同時訓練 室的室燈(由D09控制)關閉，同時啟動音響系統，播放現場模擬聲音。
h) 訓練人員在訓練過程中，當到達位置1時，開啟兩臺熱風機(由D03， D04 控制)，5分鐘(該時間在監控畫面中可設置)後自動關閉，如多人進行訓練， 在整個訓練中兩臺熱風機只開啟一次。
i) 訓練人員在訓練中時，當到達位置2時，兩臺煙機開始放煙(由D07， D08)， 3分鐘(3分鐘是範例，這個時間在組態中可設置)後自動停止放煙，如多 人進行訓練，在整個訓練過程中兩臺發煙機可以重複放煙。
j)訓練人員在訓練過程中，當到達位置3時，開啟彩燈和頻閃燈控制程序，如 多人進行訓練，在整個訓練中彩燈和頻閃燈控制程序一直運行，在自動程序結束後關閉。(詳情參見表l)
k) 六扇電磁門由D020、 D021、 D022、 D023、 D024、 D025控制，這六個在 監控畫面中可以通過滑鼠或鍵盤選擇開啟和關閉。同時，在手動控制方式下， 所有熱風機、煙機、頻閃燈、彩燈和訓練指示燈等這些設備都可以單獨使用 滑鼠或鍵盤選擇開啟和關閉。
1)在監控畫面中應可以輸入訓練人員的數量最大為8人。根據輸入的訓練人員 的數量，設置在訓練人員到達位置4 (DI7)的次數大於等於訓練人員的數量 時，訓練停止，自動關閉煙機、熱風機、頻閃燈、彩燈和訓練指示燈，開啟 訓練室的室燈，並提示訓練結束。
表1彩燈和頻閃燈的控制邏輯
formula see original document page 8注在a程序中頻閃和彩燈同時啟動，在一分半鐘完成頻閃循環一次和彩燈循環 三次，然後靜默一分後進行b程序。
權利要求1、一種消防員煙熱模擬訓練系統自動控制裝置，其特徵在於裝置包括上位機、可編程序邏輯控制器、印表機、操作臺、一體化溫度傳感器和變送器及執行機構，上位機通過串行通信接口，利用編程電纜與可編程序邏輯控制器PLC連接，同時，通過並行接口和列印電纜與印表機相連；可編程序邏輯控制器PLC採用開關量輸入輸出口與操作臺相連，並控制操作臺內的執行機構；同時，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、 根據權利要求1所述的消防員煙熱模擬訓練系統自動控制裝置，其特徵 在於在操作臺及裝置控制櫃中，設置了六個空氣開關、二十五個無觸點開關、六 個熱繼電器、三個接觸器、二個開關電源、三個一體化溫度變送器、可編程序控 制器PLC—組。
3、 權利要求1所述的消防員煙熱模擬訓練系統自動控制裝置，其特徵在於 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 入十六路輸出數字量模塊一臺。
4、 權利要求1所述的消防員煙熱模擬訓練系統自動控制裝置，其特徵在於 執行結構採用無觸點開關。
5、 權利要求1所述的消防員煙熱模擬訓練系統自動控制裝置，其特徵在於 一體化溫度變送器安裝在傳感器附近，變送器的輸出採用適宜遠傳和抗幹擾能力 比較強的4 20ma信號。
6、 權利要求1所述的消防員煙熱模擬訓練系統自動控制裝置，其特徵在於 一體化溫度變送器與PLC模擬量輸入通道、24V電源組成串聯電路；對於數字 量的輸入，將繼電器的接點與24V電源串聯後一起接在數字量模塊的輸入通道 上；對於數字量的輸出，將24V電源與數字量的輸出通道串聯後一起接在無觸 點開關的線圈上。
專利摘要本實用新型公開了一種消防員煙熱模擬訓練系統自動控制裝置，採用可編程序控制器作為主控單元，無觸點開關作為執行機構，實現了消防煙熱訓練系統的多方面、可靠的自動控制。消防員煙熱模擬訓練系統自動控制裝置包括上位機、印表機、可編程序控制器PLC、操作臺、一體化溫度變送器和執行機構。該裝置具有遠程監控、手動/自動轉換、訓練室溫度上下限設置、訓練過程中訓練室溫度記錄、訓練人員基本信息記錄、訓練持續時間、訓練成績等功能。現場運行穩定可靠、響應速度快、壽命長、無噪聲、現場維護量小、運行成本低。
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 優先權日2007年12月20日
發明者鏑 吳, 吳永健, 偉 計 申請人:撫順撫運安儀救生裝備有限公司