梁良江

（銘洋建設(shè)股份有限公司，福建 泉州 362000）

各種木材加工企業(yè)、化工廠、食品加工廠為人民美好生活提供了各種產(chǎn)品，同時(shí)，生產(chǎn)過(guò)程中的可燃粉塵的火災(zāi)爆炸隱患一直是懸在生產(chǎn)企業(yè)頭上的一把達(dá)摩克利斯之劍，一種有效的實(shí)用的火災(zāi)預(yù)警消除系統(tǒng)成為一種必然的需求。

PLC 控制系統(tǒng)是專為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，它集合了微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程方便等特點(diǎn)。

粉塵火花探測(cè)與熄滅系統(tǒng)目前知名的大品牌全被國(guó)外占領(lǐng)，比如，德國(guó)的EWS 公司，格雷康（GreCon）公司，并形成一定的壟斷趨勢(shì)。

隨著PLC 控制技術(shù)的發(fā)展，探索一種更通用的、更易普及的粉塵火花探測(cè)與熄滅系統(tǒng)作為這一領(lǐng)域的補(bǔ)充是本文的主旨。

1 單片機(jī)控制技術(shù)火花檢測(cè)與熄滅系統(tǒng)的技術(shù)分析

（1）現(xiàn)行木材行業(yè)火花熄滅系統(tǒng)工作過(guò)程如圖1：當(dāng)火花探測(cè)器檢測(cè)到火花后熄滅裝置啟動(dòng)，噴射出環(huán)形霧化水幕，達(dá)到滅火的功能；裝置上配有反饋信號(hào)，通過(guò)控制器可檢測(cè)熄滅裝置的動(dòng)作狀態(tài)。

圖1 現(xiàn)行木材行業(yè)火花熄滅系統(tǒng)示意圖

（2）火花報(bào)警控制器采用單片機(jī)控制技術(shù)原理如圖2。

①現(xiàn)場(chǎng)粉塵在烘干、傳送過(guò)程中因各種原因產(chǎn)生火花或高溫，火花探測(cè)器捕捉到火花信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理，傳到單片機(jī)控制系統(tǒng)。

②單片機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)部程序?qū)π盘?hào)進(jìn)行判斷，去啟動(dòng)相應(yīng)火花熄滅執(zhí)行裝置（噴淋機(jī)構(gòu)）。

③單片機(jī)控制系統(tǒng)能接收人工手動(dòng)和調(diào)試的一些操作控制，包括手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換、噴淋機(jī)構(gòu)的切換、反饋信號(hào)、聲光報(bào)警輸出、報(bào)警解除等。

圖2 單片機(jī)火花探測(cè)與熄滅系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

④單片機(jī)控制系統(tǒng)具有參數(shù)的設(shè)置輸入功能、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)查詢、顯示等功能。

⑤單片機(jī)控制系統(tǒng)還具有與上位機(jī)通信功能，方便設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，遠(yuǎn)程操作和顯示。

（3）整個(gè)系統(tǒng)的核心在于火花探測(cè)器以及火花探測(cè)器的信號(hào)調(diào)理，《多點(diǎn)火花與溫度監(jiān)測(cè)自動(dòng)消防系統(tǒng)》一文中指出火花探測(cè)器是一種電流型輸出形式，當(dāng)控測(cè)到火花時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)寬度為40ms 的電流脈沖輸出，單片機(jī)電路中帶有信號(hào)檢測(cè)和斷路短路檢測(cè)功能，同時(shí)，《粉塵火花探測(cè)及熄除系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究》一文中指出，火花探測(cè)傳感器采用BPW34F芯片，經(jīng)過(guò)運(yùn)放放大整形后能得起一個(gè)12V 的正脈沖，由于工業(yè)環(huán)境必然存在各種干擾，把脈沖轉(zhuǎn)成4-20ma 成為必不可少的環(huán)節(jié)，因?yàn)槲覀冞@里不探討火花探測(cè)器的詳細(xì)原理，我們只要知道，火花探測(cè)器是一個(gè)寬度40ms 級(jí)別的電流型脈沖信號(hào)就行了，接下來(lái)，我們來(lái)探討這個(gè)信號(hào)用PLC 能否可靠接收就可以了。

2 PLC 控制系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的功能

考慮到目前的主流及經(jīng)濟(jì)性，列舉兩種品牌PLC 小型機(jī)的參數(shù)作為分析數(shù)據(jù)。

2.1 歐姆龍(OMRON)CP1H-XA 型PLC 的功能

（1）CPU 單元本體，內(nèi)置輸入24 點(diǎn)/輸出16 點(diǎn)；通過(guò)擴(kuò)展最大320 點(diǎn)的輸入輸出；（2）通過(guò)安裝選件板，可以進(jìn)行RS-232C 通信或RS-422A/485 通信；（3）也能夠進(jìn)行功能擴(kuò)展溫度傳感器輸入等；（4）可實(shí)現(xiàn)高速計(jì)數(shù)器4 軸、脈沖輸出4 軸；內(nèi)置模擬電壓/電流輸入4 點(diǎn)、模擬電壓/電流輸出2 點(diǎn)；（5）對(duì)每個(gè)輸入接點(diǎn)，通過(guò)PLC 系統(tǒng)的設(shè)定來(lái)選擇是否在通用輸入、輸入中斷、脈沖接收、高速計(jì)數(shù)器中的任何一個(gè)狀態(tài)下使用；（6）此外，對(duì)每個(gè)輸出接點(diǎn)，通過(guò)指令來(lái)選擇是否在通用輸出、脈沖輸出、PWM 輸出中的任何一個(gè)狀態(tài)下使用。

2.2 西門子SIMATIC S7-200 SMART ST-60 PLC 的功能

（1）本機(jī)數(shù)字量I/O 36 輸入/24 輸出, 最多可擴(kuò)展6 個(gè)模塊，過(guò)程映像區(qū)大小256 位輸入(I)/256 位輸出(Q)；（2）高速計(jì)數(shù)器4 個(gè)，高速脈沖輸出3@100kHz；（3）以太網(wǎng)：1 個(gè)，串口：（RS485）1 個(gè)；（4）可信號(hào)板擴(kuò)展1 個(gè)；（5）具有各種模擬量輸入輸出模塊：4 模擬量輸入/2 模擬量輸出，2 通道RTD 輸入，4 通道TC 輸入等多種模塊可以供擴(kuò)展選擇。

通過(guò)分析上述PLC 參數(shù)目前主流的小型PLC 都具有單片機(jī)系統(tǒng)所具有的功能，用PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)粉塵火花探測(cè)與熄滅系統(tǒng)是可行的。

3 PLC 實(shí)現(xiàn)火花探測(cè)與熄滅系統(tǒng)的硬件電路

以本人比較熟悉的歐姆龍PLC CP1H-XA 為例。

模擬量：火花探測(cè)傳感器，接在模擬量輸入，輸入設(shè)成4-20ma 輸入形式。1 個(gè)PLC CPU 自帶4 路AD 輸入,可以測(cè)量4 個(gè)通道的火花探測(cè)傳感器，并且可以根據(jù)需求進(jìn)行擴(kuò)展AD 模塊。

輸入點(diǎn)：手動(dòng)/自動(dòng)、噴淋手動(dòng)，報(bào)警解除，測(cè)試。輸出點(diǎn)：噴淋閥，報(bào)警聲，報(bào)警光閃爍。

人機(jī)界面：可選目前市面上主流的HMI 人機(jī)界面如威綸、臺(tái)達(dá)、西門子等品牌作為數(shù)據(jù)顯示輸入界面。

通信：可以通過(guò)擴(kuò)展232 或485 通信端口與上位機(jī)通信。PLC 開關(guān)量的控制在工業(yè)環(huán)境下比單片機(jī)更有優(yōu)勢(shì)，在通信方面，也是毫不遜色。在此不必綴述。火花探測(cè)傳感器發(fā)出電流型脈沖，接在PLC 模擬量通道，PLC 能否正確接收成為這個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，為了驗(yàn)證這個(gè)功能，采用了如下方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn):

OMRON PLC CP1H-XA40 本身帶有2 路DA 轉(zhuǎn)換輸出，4 路AD 轉(zhuǎn)換輸入，把其中DA 0ch 輸出，接到AD 0ch 輸入上，并設(shè)置成電流型4 ～20ma,信號(hào)采用4 ～20ma 的抗干擾好處，這里也不綴述。脈沖輸入測(cè)試電路圖如圖3。

圖3 脈沖輸入測(cè)試電路

通過(guò)PLC 編程軟件編寫程序，讓DA 0CH 輸出電流脈沖的脈寬可調(diào)，間隔可調(diào)，脈沖幅度輸出固定為12ma。測(cè)量輸入標(biāo)準(zhǔn)幅度為大于10.7ma 表示脈沖為1。

設(shè)定兩個(gè)計(jì)數(shù)器分別計(jì)數(shù)DA 輸出產(chǎn)生的脈沖和AD 輸入測(cè)量到的脈沖數(shù)。經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)得如表1 數(shù)據(jù)。

從表1 可以得出結(jié)論，只要脈沖寬度大于3ms,脈沖間隔大于20ms,OMRON CP1H-XA PLC 能可靠接收到信號(hào)，這個(gè)技術(shù)參數(shù)完全滿足火花探測(cè)傳感器的信號(hào)接收要求。

4 PLC 實(shí)現(xiàn)火花探測(cè)與熄滅系統(tǒng)的軟件編程

目前，最新的小型PLC 都具有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，支持順序控制、定時(shí)計(jì)數(shù)控制、邏輯運(yùn)算、串口通信控制，還具有數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、換算、運(yùn)算等高級(jí)指令。同時(shí)，有梯形圖、指令表、結(jié)構(gòu)化文本、功能塊圖等多種形式的編程方式。

OMRON PLC CP1H 指令高達(dá)400 多個(gè)。

對(duì)照火花探測(cè)與熄滅系統(tǒng)單片機(jī)控制系統(tǒng)功能。

PLC 程序包含了以下幾個(gè)功能：

（1）火花探測(cè)傳感器信號(hào)采集功能，通過(guò)模擬量輸入進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換，采集到的電流信號(hào)4-20ma 在PLC 轉(zhuǎn)換0 ～12000 的數(shù)據(jù),當(dāng)電流為4ma,對(duì)應(yīng)數(shù)值0，電流20ma 對(duì)應(yīng)數(shù)值12000，通過(guò)比較指令可以判別到幅度大于一定值，默認(rèn)為12ma,程序中200CH 的數(shù)值6000 的信號(hào)作為有效的脈沖信號(hào)，幅度值可以做成可設(shè)定的。

（2）火花計(jì)數(shù)，事件等級(jí)判斷功能，火花數(shù)量達(dá)20 個(gè)為一級(jí)警報(bào)，在一定時(shí)間內(nèi)，默認(rèn)20S,對(duì)火花數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)火花數(shù)達(dá)到設(shè)定值，默認(rèn)1 個(gè)時(shí)，進(jìn)行聲光報(bào)警，當(dāng)火花數(shù)達(dá)到另一個(gè)設(shè)定值，默認(rèn)4 個(gè)時(shí)，進(jìn)行熄滅電磁閥動(dòng)作設(shè)定的時(shí)間，默認(rèn)5 秒，當(dāng)火花數(shù)量達(dá)20 個(gè)，判定為火警，火警繼電器動(dòng)作，進(jìn)行連續(xù)噴水等滅火動(dòng)作。

（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，PLC 具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，通過(guò)與人機(jī)界面、上位機(jī)編程配合，完成實(shí)時(shí)、歷史記錄查詢，導(dǎo)出，報(bào)表等功能。

（4）信號(hào)反饋功能，把探測(cè)器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)反饋到PLC，用于判斷火花探測(cè)系統(tǒng)各部件存在的故障，系統(tǒng)自檢及故障報(bào)警功能，保證系統(tǒng)的可靠安全。

（5）火花報(bào)警消除功能，上位機(jī)通信等其他功能。

人機(jī)界面程序包含以下幾個(gè)功能：①實(shí)時(shí)報(bào)警顯示；②歷史報(bào)警顯示；③測(cè)試/調(diào)試界面；④監(jiān)控界面；⑤設(shè)置界面；⑥數(shù)據(jù)保存和導(dǎo)出功能。

表1

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，PLC 應(yīng)用于火花探測(cè)與熄滅系統(tǒng)，在軟硬件上是可行的，并且更通用，更易普及。