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基于PLC的建筑配电火灾预警系统设计

文档作者：魏立明１２田益名１杨坤１郭秀娟１２文档来源：１．吉林建筑大学电气与计算机学院２．吉林建筑大学艺科建创意中心		更新日期： 2025年08月29日	点击数：
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第３０ 卷 第３ 期
２０１８ 年６ 月
浙江水利水电学院学报
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 的建筑配电火灾预警系统设计
魏立明１，２ ，田益名１ ，杨 坤１ ，郭秀娟１，２
（１．吉林建筑大学电气与计算机学院，吉林长春 １３０１１８；２．吉林建筑大学艺科建创意中心，吉林长春 １３０１１８）
摘 要：以解决建筑电气火灾安全事故为目的，设计了火灾预警系统，采用ＰＬＣ 和组态王软件相结合方法对总体方
案进行设计，同时详细地阐述了下位机硬件选型和上位机仿真过程，给出系统运行框架、下位机程序以及上位机运
行界面，所设计系统为火灾初期起到预防作用，同时从源头上控制电气火灾隐患，为人员疏散、财产抢救等提供了
保障．
关键词：电气火灾预警；ＰＬＣ；上位机设计；下位机设计
中图分类号：ＴＭ９２２ 文献标志码：Ａ 文章编号：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
基金项目：国家安全生产监督管理总局科学研究项目（２０１２ -１２７）
作者简介：魏立明（１９７４ -），男，吉林市人，教授，博士，研究方
向为建筑电气与智能化．
近年来，随着我国建筑智能化程度的发展和不
断加深，由于电气线路及电气设备所造成的电气火
灾也在逐年上升，据统计电气火灾已经成为各类火
灾发生之首［１ -２］ ．现有电气火灾预警系统的信息共
享系统还不成熟，各系统彼此独立，当出现电气火
灾险情时，由于人为因素，电气火灾预警能力就会
降低，这就可能造成电气火灾安全事故［３］ ．本文针
对此种情况，设计了基于ＰＬＣ 的建筑配电火灾预警
系统．
1 方案设计
本设计中现场主控单元采用西门子ＰＬＣ Ｓ７
３００ 系列．当有电气火灾信号出现时，系统通过温
度、烟雾等传感器探测系统判断是否有险情出现，
一旦有险情出现，信号将传递给ＰＬＣ，经ＰＬＣ 处理
后，传递给上位机组态监控系统，此时电脑会显示
电气火灾信号出现的位置．［３ -４］ 而当火灾信号出现
并被检测到以后，将立即报警，一方面蜂鸣声、指示
灯亮等信号提醒人们有险情发生；另一方面控制室
观测到有险情出现，立即查看是否有故障发生并做
相应处理．此外，楼道上方也将安装人体红外感应
万方数据 装置，当有电气火灾信号时，平时处于休眠状态人
体红外感应器将自启动，探测出人员的位置，同时
通过网络将显示位置的组态界面实时传递到相应
设备上．图１ 为系统流程图．在信息传递方面，由于
本次采用的ＰＬＣ 为西门子３１３Ｃ，虽然具有ＭＰＩ 协
议功能，但没有现成的以太网接口．因此，本文选取
ＥＨＴ-ＭＰＩ 转换器，将ＰＬＣ 的ＭＰＩ 协议转换成以太网
协议，然后通过建筑网络系统将ＰＬＣ、触摸屏和电脑
相连接，构成一个以太网网络，实现信息的无障碍
传递．而电脑则通过组态软件则更好的监控整个系
统，触摸屏有助于安装调试和定期维护设备，能很
好预防电气火灾的发生．图２ 为系统总体框图．该
系统还可以根据实时温度进行数据分析，若温度变
化异常，系统会进行预报警，提前提醒观测人员，观
测人员可调出预报警处监控系统，检测是否有异常
状况发生． 图１ 系统总体流程图
图２ 系统总体框图
2 下位机系统硬件选型及程序设计
硬件是系统控制的重要组成部分，本设计的现
场主控采用西门子Ｓ７-３００ ＰＬＣ．包括机架、电源
（ＰＳ）、中央处理器（ ＣＰＵ）、数字量扩展模块
（ＳＭ３２１／ＳＭ３２２）、触摸屏、ＭＰＩ 编程线缆、ＭＰＩ 转以
太网模块、温度传感器、烟雾传感器、红外传感器等
硬件的选型和参数介绍．表１ 为电气火灾预警系统
硬件选型清单．本文在下位机及编程软件方面，采
用ｓｔｅｐ７ 作为编程软件［５ -１２］ ．图３ 为ＰＬＣ 的所有程
序块，其中ＯＢ１ 块为主程序，下面嵌套了三层：第一
层是ＦＣ１，为监控模块，上面显示了所有ＩＯ 点．当程
序发生故障时，可以通过监控ＦＣ１ 块来迅速判断是
哪个ＩＯ 点出了问题，并到对应的程序块进行查找
并修复．第二层为ＦＣ２，块里放置了启动与停止程序
及ＦＢ１ 块到ＦＢ５ 块，同时还有启动与停止程序．第
三层为ＦＢ１ 到ＦＢ５，其中ＦＢ１ 块为电气火灾预警系
统；ＦＢ２ 块为温度、烟雾等测量，用ＦＣ１０５ 来测量温
７２ 浙江水利水电学院学报 第３０ 卷
万方数据
度；ＦＢ３ 块为一楼指示灯系统；ＦＢ４ 块为红外探测系
统；ＦＢ５ 块为温度等历史数据采集系统．ＤＢ１ 块到
ＤＢ５ 块分别为ＦＢ１ 块到ＦＢ５ 块所对应的背景数
据块．
表１ 电气火灾预警系统硬件选型清单
序号硬件名称型号
１ 机架 ＲＡＣＫ-３００ ２ 电源 ＰＳ ３０７ ５Ａ ３ 中央处理器 ＣＰＵ ３１３Ｃ ４ 数字量模块 ＳＭ３２１／ＳＭ３２２ ５ 触摸屏 ＴＰ７００ ８ 温度传感器 Ｐｔ１００ ９ 烟雾传感器 ＭＱ-２ １０ 红外传感器 ＨＣ-ＳＲ５０１ 图３ ＰＬＣ 程序块
为达到预防电气火灾的目的，本文针对电气火
灾预警系统的特点，对温度、烟雾、漏电流等故障点
进行监测和程序编写．以温度监测为例，当系统运
行时，把温度所设定的报警值传给上位机，ＰＬＣ 设
定初始温度，放在ＯＢ１００ 里，并且可以通过上位机
来进行修改，当ＰＬＣ 重新上电时温度报警值会重新
恢复到ＰＬＣ 的初始温度报警值．同时通过变送器把
４ ～２０ ｍＡ 电流信号给ＰＬＣ 通过ＦＣ１０５ 转换成实数
再转换成双整数传送到组态和触摸屏上进行显示
和监控．图４ 为温度值监测程序，图５ 所示为故障点
的部分程序设计．
图４ 温度值监测程序
图５ 故障点部分报警程序
3 上位机仿真设计
本文选用组态王６．５５ 软件完成对电气火灾预警
系统上位机的仿真设计．由于该软件自带图库，并且
根据不同用户需求能加载更多的图形，所以在图形调
用、函数选取和画面设计方面相对快捷．本设计对上
位机组态界面的设计主要分为９ 个主要界面的设计．
图６ 为菜单主界面，该页面包括：火灾预警监控系统、
第３ 期 魏立明，等：基于 ＰＬＣ 的建筑配电火灾预警系统设计 ７３
万方数据
房间监控、环境控制界面、电源控制界面、供电监视界
面、报表界面、报警信息窗口、历史监控曲线、连接数
据库界面和退出等１０ 个界面．系统登录后，点击不同
按钮，会转换到相应的页面．
图６ 菜单主界面
本设计以吉林建筑大学学校实验楼一层为模
型，根据数据分析当线路或用电设备的温度在一段
时间内连续上升与以往正常数据不符时，系统会产
生预报警，蓝色指示灯进行闪烁．页面自动切换到
报警房间所在楼层的平面图，以便观察哪个房间产
生报警．同时产生报警声提示控制室观测人员，直
到点击停止报警．此时观测人员可调出该房间的监
控系统，观测是否有火灾发生．图７ 为一楼平面预
报警图，当楼层预报警后，蓝色灯闪烁．此时，观测
人员点击房间Ｂ１１１，就会直接进入环境监控界面，
进而查看房间Ｂ１１１ 的各参数报警指标是否异常．
当ＰＬＣ 上电后，启动主电源（只有在应急电源
启动后主电源才会关闭）．系统运行，这时会进行温
度等测量，并传到组态和触摸屏上进行显示，通过
组态进行监控，图８ 为环境监控界面．当线路或用
电设备的温度等值在额定值工作时，系统正常监
控，不进行报警．此时的系统正常，绿灯亮；当系统
的烟雾浓度值异常，红色灯亮，提醒控制室人员烟
雾浓度异常．此外，对房间变电箱漏电流进行监控
报警设计，图９ 为供电监视界面．
图７ 一楼预报警平面图
７４ 浙江水利水电学院学报 第３０ 卷
万方数据
图８ 环境监控界面
图９ 供电监视界面
模拟真实环境漏电流漏电现象，红灯亮起，表
示漏电流异常，监控界面自动跳入报警房间电源监
控界面并报警．通过以上实测，进一步验证了本文
设计的电气火灾预警系统在火灾没发生或火灾初
期具有针对性的预防作用，而且能从源头上控制电
气火灾隐患，为人员疏散、财产抢救和避免重特大
火灾事故的发生提供了保障，真正做到从“消”到
“防”的转变．
4 结 论
本文以建筑电气配电电气火灾预警问题为对
象，设计了基于ＰＬＣ 的建筑电气火灾预警系统，详
细地说明了系统的总体方案，对下位机和上位机从
软件程序到硬件选型进行了详细地阐述，为建筑电
气行业中的火灾预警提供了理论参考和实用借鉴．
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第３ 期 魏立明，等：基于 ＰＬＣ 的建筑配电火灾预警系统设计 ７５

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