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摘要：石油化工生产装置多具有易燃易爆特点，一旦发生火灾往往造成严重后果。自动报警与消防联动装置可以早期报警和自动灭火，从而控制火灾的蔓延。本文针对基于PLC的石油化工生产装置消防系统的原理与应用进行了分析。
关键词：PLC；石油化工生产装置；消防系统；应用
众所周知，石油化工生产具有工艺复杂、高温高压、易燃易爆、连续生产、腐蚀毒害等特点，一旦发生火灾事故，人员疏散与扑救难度很高，往往造成严重的人员伤亡和财产损失，所以《石油化工企业设计防火规范》（GB 50160-2008）第8.12.3条明确规定，生产、公用及辅助生产设施、全厂及区域性重要设施等火灾危险性场所应设置火灾自动报警系统。火灾自动报警系统与消防系统联动，可在出现火灾苗头时早期报警，并启动自动化消防系统迅速扑灭火灾[1]。PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）以其结构紧凑、可靠性高、功能强、价格低的优势在工业自动化控制领域获得广泛应用，因此本文对PLC在石油化工生产装置消防系统中的应用进行了分析。
1 石油化工生产装置消防系统工作原理
1.1系统结构
石油化工生产装置消防系统结构分为设备层、控制层和管理层[2]，如图1所示。
其中设备层负责采集所有火灾信息并传递给控制层，同时接收来自上面层的控制指令，以启动消防设备，其组成包括火灾探测器（烟感探测器、火焰探测器、温感探测器、感温光纤等）、报警设备、消防灭火设备（水喷雾灭火设备、泡沫灭火设备等）。控制层用于汇集现场信息以及执行控制命令，消防PLC系统由主PLC、备用PLC、远程扩展模块、火灾报警控制器、通信网络等组成。管理层用来完成数据处理与存储、报表打印、画面显示及修改、信息共享与人机画面、信息与数据上传等功能，包括上位机和远程控制终端，其中上位机系统由工程师工作站、操作员工作站、数据库服务器、显示器、通信网络设备等组成。
1.2工作原理
火灾发生时，会产生火焰、烟雾、高温等特征，火灾探测器能够探测这些特征。当探测的信号达到设定阈值，例如火焰辐射强度、温度信号、可燃气体浓度超过安全数据时，传送报警信息，消防PLC系统传达控制指令，一方面报警器产生声/光报警，告诫现场人员投入灭火战斗或紧急疏散，另一方面确认火情属实即刻驱动消防灭火设备及时扑灭火灾，以减小火灾损失。需要指出的是火灾探测器处于故障状态也会通过蜂鸣器报警，此时警示工作人员检查和维修。驱动报警方式，一种是自动探测和联动消防灭火设备，另一种是在现场设置报警按钮，当值班人员发现火情时，按下报警按钮同样将报警信息传送至消防PLC系统，并发出声/光报警。图1中液位压力是指消防水罐中的浮球液位计探测的液位，当液位超高或超低地发出报警。计算机控制分上位机和下位机，上位机可以实时显示监测画面，下位机即主、备PLC及远程扩展模块。
2 PLC在石油化工生产装置消防系统中的应用
2.1总体方案描述
石油化工生产装置消防系统由火灾自动报警和消防监控联动两部分组成。前者配备火灾探测器、火灾报警器及信号指示灯、现场火灾报警按钮等。后者由监控上位机、消防监控系统、排烟系统、灭火系统及相关计量检测控制仪表等组成。消防监控系统由被监测区域摄像头、消防值班室液晶监视器组成，可全天候对现场进行监测。火灾探测器根据被监测生产装置特点进行配置，石油化工生产装置应配置防爆型火灾探测器。在接到报警信号时，监控系统可以进行火灾确认。消防控制系统应能实现手动控制、自动控制、应急控制三种方式。设置应急控制的理由是尽管PLC可靠性很高，且含备用机，但不能排除绝对不出现故障，一旦出现无法立即排除的故障，应急模式可让系统迅速脱离PLC控制，人工控制阀门、泵等设备，以便进行应急灭火[3]。为了直观显示消防系统，可采用组态王软件模拟被监测设备、消防设备的实际状况。报警信息可同时在现场报警器、监控主机及音箱上发出。整套系统以PLC作为控制核心，输入量分为模拟量和开关量，模拟量要根据仪表量程转换为开关量。根据输入量和程序的控制输出相应的开关量，驱动报警器、阀、泵等设备工作。
2.2硬件配置
2.2.1 监控主机
监控主机应采用工控机，以提高计算机可靠性。常见的工控机品牌有研华、研祥、西门子、控创、华北工控等。例如研华IPC-610L工控机，AIMB-769主板，双核CPU，双通道4GB内存，500GB硬盘。
2.2.2 PLC控制柜
PLC常见品牌有ABB、西门子、施耐德、三菱、松下、欧姆龙、台达等。应用较多的是西门子S7-300，例如CPU 314C，24路DI模块，16路DO模块，扩展模块SM327CN。其他设备包括火灾报警控制器NFS-3030，电源AMPS-24E，网卡NCM-W，回路卡，故障隔离模块，监视模块等。
2.2.3 火灾探测器
火焰探测传感器，温度传感器（感温探测器），感温光纤，可燃气体探测传感器（感烟探测器），液位传感器，报警器，手动报警按钮。
2.3软件设计
2.3.1控制流程
消防系统控制流程如图2所示。
由图2可知，火灾发生时，火灾探测器或现场人员获得感知，电信号驱动报警控制器判断火情和实时显示信息。若属误报，则报警控制器复位；而火情属实，则驱动联动控制器报警和灭火。灭火之后，报警控制器复位。
2.3.2软件编程
西门子PLC S7-300采用STEP7软件进行编程和设置硬件。编程之前，应对符号表中所有输入、输出变量进行定义，然后利用STEP7建立及管理项目，对硬件、通信组态及相关参数进行赋值，创建程序并下载到PLC，然后进行测试及诊断故障等。
2.3.3组态设计
上位机利用组态王软件模拟消防系统，并通过RS485总线与PLC进行交互。PLC上的数据传输到上位机以后，组态王软件实时显示所有设备的信息，并且可以通过历史库表查询历史数据，同时也可以通过组态王软件进行远程控制。组态王软件可以直观显示设备状态，从而减小人为错误。
3 结语
PLC在石油化工生产装置消防系统中的应用效果表明，PLC在编程和维护方面比单片机方便得多，尽管价格高一些，但是其可靠性也远非后者可比，加上组态软件直观模拟消防系统，提高了应对火灾的反应速度，可以预计PLC在石油化工生产装置消防系统中的应用前景良好。
参考文献
[1] 程呈. 基于PLC的火灾自动报警与消防系统的开发[J]. 硫磷设计与粉体工程，2009(6)：43-45.
[2] 纵恒，王文伟，陈阳娟. 大型石油化工储罐区消防安全系统设计[J]. 合肥工业大学学报（自然科学版），2012,35(9)：1259-1263.
[3] 林钰涵，王聪，郑广生，等. 基于PLC和组态王的油库消防监控联动系统[J]. 机械，2015,42(7)：43-46.
论文作者:梁碧燕
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/16
标签：火灾论文; 探测器论文; 石油化工论文; 装置论文; 设备论文; 消防系统论文; 上位论文; 《基层建设》2017年第18期论文;