基于人機(jī)界面的消防控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

笪月君

(鎮(zhèn)江四洋電器有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

人機(jī)界面最突出的特點(diǎn)是實(shí)時(shí)多任務(wù)。數(shù)據(jù)采集與輸出、數(shù)據(jù)處理與圖形顯示及人機(jī)對(duì)話、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索管理、實(shí)時(shí)通訊等多個(gè)任務(wù)可在同一臺(tái)觸摸屏上同時(shí)運(yùn)行。自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)技術(shù)人員在觸摸屏中只需填寫一些事先設(shè)計(jì)的表格，再利用圖形功能把被控對(duì)象，如:壓力、趨勢(shì)曲線、報(bào)表等形象地畫(huà)出來(lái)，通過(guò)內(nèi)部數(shù)據(jù)連接把被控對(duì)象的屬性與I/O設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯連接。

1 控制系統(tǒng)組成

本控制系統(tǒng)主要有觸摸控制屏、可編程控制器(PLC)、傳感器等組成，如圖1所示。按觸摸控制屏可進(jìn)入操作界面或監(jiān)視界面，并自動(dòng)接入程序控制部分，同時(shí)系統(tǒng)中接入各種信號(hào)，顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)正常運(yùn)行。如果觸摸控制屏損壞，可通過(guò)外圍的相應(yīng)的按鈕來(lái)控制系統(tǒng)正常工作。

圖1 平衡泡沫滅火裝置控制系統(tǒng)示意圖

平衡泡沫滅火裝置控制系統(tǒng)由2路電源控制單元、2個(gè)泡沫泵控制單元、6個(gè)電動(dòng)閥控制單元、PLC程序控制單元、觸摸屏、傳感器等組成。

6只電動(dòng)閥直接提供AC380 V電源，通過(guò)觸點(diǎn)信號(hào)對(duì)電動(dòng)閥進(jìn)行開(kāi)啟或關(guān)閉控制。開(kāi)啟或關(guān)閉到位后，電動(dòng)閥會(huì)返回“開(kāi)啟到位”或“關(guān)閉到位”觸點(diǎn)信號(hào)給控制柜。當(dāng)電動(dòng)閥發(fā)生故障后，電動(dòng)閥會(huì)返回“故障”信號(hào)給控制柜，由PLC對(duì)電動(dòng)閥進(jìn)行控制。

屏上顯示2只泡沫泵和主泡沫液電動(dòng)閥、備泡沫液電動(dòng)閥、主進(jìn)水電動(dòng)閥、備進(jìn)水電動(dòng)閥、主出液電動(dòng)閥、備出液電動(dòng)閥共6只閥的狀態(tài)指示。屏上有“開(kāi)/關(guān)”按鈕，對(duì)2只泡沫泵進(jìn)行啟動(dòng)、停止操作，對(duì)6只電動(dòng)閥進(jìn)行開(kāi)啟、關(guān)閉操作，按一下為開(kāi)啟，再按一下為關(guān)閉操作;有“順序啟動(dòng)”、“停止”觸摸按鈕;有罐液位、進(jìn)口壓力、出口壓力指示;并有手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)指示、主系統(tǒng)優(yōu)先/備系統(tǒng)優(yōu)先狀態(tài)指示。觸摸屏界面如圖2所示。

圖2 觸摸屏界面示意圖

2 控制系統(tǒng)PLC的I/O分配與外圍接線圖

控制系統(tǒng)采用西門子S7－200系列的PLC作為控制單元，輸入既有開(kāi)關(guān)量信號(hào)又有模擬量信號(hào)，輸出為繼電器型。系統(tǒng)中輸出、輸入通道與外部設(shè)備對(duì)應(yīng)連接情況見(jiàn)表1。根據(jù)控制要求及表1(部分示意)分配，其控制系統(tǒng)圖見(jiàn)圖3(部分示意)。

圖3 控制系統(tǒng)PLC外圍接線圖

表1 控制系統(tǒng)PLC的I/O分配

3 控制系統(tǒng)PLC及觸摸屏接口連接和設(shè)置

PLC系統(tǒng)有CPU、開(kāi)關(guān)量輸入模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊組成。CPU配置2只RS485通訊接口(PORT0和PORT1)。PORT0接口用于與觸摸屏通訊，波特率為19200 kHZ。PORT1接口用于送泵和閥的狀態(tài)信號(hào)及罐液位、進(jìn)口壓力、出口壓力指示給控制中心，采用RS485 modbus通訊方式，波特率為19200 kHz。觸摸屏為WINDOWS ME操作系統(tǒng)，通電后不需任何操作，啟動(dòng)成功后直接進(jìn)入平衡泡沫滅火裝置系統(tǒng)。觸摸屏與PLC通過(guò)RS485通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通訊速度快且穩(wěn)定。

4 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

PLC控制程序設(shè)計(jì)分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制，在設(shè)計(jì)時(shí)明確了各步間的關(guān)系，使程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔清晰。圖4為控制系統(tǒng)模擬量部分程序。

圖4 控制系統(tǒng)模擬量部分程序

5 控制系統(tǒng)工作流程

控制系統(tǒng)分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，其工作流程如下:

當(dāng)“手/自動(dòng)”旋鈕打到手動(dòng) 狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)控制信號(hào)不起作用。柜子面板上的啟動(dòng)、停止按鈕或屏上的“開(kāi)/關(guān)”觸摸按鈕能單獨(dú)對(duì)每臺(tái)泵或每只閥進(jìn)行單獨(dú)操作。

當(dāng)按下柜子上或屏上“順序啟動(dòng)”按鈕后，若“主/備系統(tǒng)優(yōu)先”旋鈕處于主優(yōu)先時(shí)，主泡沫泵和主泡沫液電動(dòng)閥立刻啟動(dòng)，30 s后主進(jìn)水電動(dòng)閥和主出液電動(dòng)閥開(kāi)啟。當(dāng)主泵和主閥任一出現(xiàn)故障或管路壓力在啟動(dòng)30 s后沒(méi)有建立就是主系統(tǒng)故障，會(huì)立刻轉(zhuǎn)到備用系統(tǒng)，同時(shí)送故障信號(hào)給控制中心，啟動(dòng)順序和主系統(tǒng)一樣。但備泵和備閥任一出現(xiàn)故障或管路壓力在啟動(dòng)30 s后沒(méi)有建立就是備系統(tǒng)故障，系統(tǒng)停止，同時(shí)送故障信號(hào)給控制中心。

當(dāng)按下柜子上或屏上“順序啟動(dòng)”按鈕后，若“主/備系統(tǒng)優(yōu)先”旋鈕處于備優(yōu)先時(shí)，備泡沫泵和備泡沫液電動(dòng)閥立刻啟動(dòng)，30 s后備進(jìn)水電動(dòng)閥和備出液電動(dòng)閥開(kāi)啟，當(dāng)備泵和備閥任一出現(xiàn)故障或管路壓力在啟動(dòng)30 s后沒(méi)有建立就是備系統(tǒng)故障，會(huì)立刻轉(zhuǎn)到主系統(tǒng)，同時(shí)送故障信號(hào)給控制中心，啟動(dòng)順序和備系統(tǒng)一樣。但主泵和主閥任一出現(xiàn)故障或管路壓力在啟動(dòng)30 s后沒(méi)有建立就是主系統(tǒng)故障，系統(tǒng)停止，同時(shí)送故障信號(hào)給控制中心。順序啟動(dòng)時(shí)泵和閥的單獨(dú)操作按鈕不起作用。任何情況下按柜子上的停止按鈕或屏上的觸摸按鈕，泵單元若是運(yùn)行的，會(huì)停止;閥單元若不是關(guān)閉到位的，會(huì)關(guān)閉直到關(guān)閉到位。

當(dāng)“手/自動(dòng)”旋鈕打到自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，手動(dòng)操作單個(gè)泵或閥及順序啟動(dòng)按鈕不起作用。通過(guò)控制中心送到柜子的自動(dòng)控制信號(hào)來(lái)控制系統(tǒng)，啟動(dòng)順序與順序啟動(dòng)的順序是一樣的。

6 結(jié)語(yǔ)

某消防船上實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明:采用觸摸屏與PLC控制克服了傳統(tǒng)的繼電器接線及修改帶來(lái)的煩惱，具有可靠、直觀、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。運(yùn)用觸摸屏智能操作及顯示與PLC采用這個(gè)系統(tǒng)，其穩(wěn)定性好、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、精確度高。

［1］宋伯生.可編程控制及編程［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2008.

［2］王當(dāng)利.船舶防火與滅火［M］.武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2008.

［3］阮友得.電氣控制與PLC實(shí)訓(xùn)教材［M］.北京:人民郵電出版社，2006.

［4］胡壽松.自動(dòng)控制原理［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1994.