摘要
PLC警报器系统是一种基于可编程逻辑控制器（PLC）的警报器系统，主要用于在紧急情况下向公众发出警报信号。本文将介绍PLC警报器系统的设计摘要，包括系统结构、硬件设计、软件设计等方面。PLC警报器系统由PLC、声音输出模块、LED灯模块、按键模块和传感器模块组成。其中PLC作为系统的核心控制单元，控制各个模块的工作状态，实现警报的触发和停止功能；声音输出模块用于输出警报声音；LED灯模块则是用于显示警报状态的指示灯；按键模块则是用于手动触发警报信号的按键；传感器模块则是用于检测外部环境，如气压、震动等参数。PLC：采用西门子公司的SIMATIC S7-300系列PLC，具备高性能、稳定性和可靠性等特点。声音输出模块：采用TDA7294功率放大芯片，能够输出高保真度的声音信号，并且配备了扬声器保护电路，能够保护扬声器免受过载和短路等损害。LED灯模块：采用高亮度LED灯珠，能够显示不同的警报状态。
其中绿色表示系统正常运行，红色表示系统进入警报状态，黄色表示系统处于测试状态。PLC程序设计：采用Ladder Diagram（LD）编程语言，实现程序逻辑控制。程序主要包括输入检测、条件判断、输出控制、报警处理等功能模块。界面设计：采用人机界面（HMI）进行系统操作和监视。界面包括警报状态显示、参数设置、警报测试等功能。数据存储：采用非易失性存储器（NVRAM）进行数据存储，保证数据的长期保存。
基于PLC的警报器系统具备响应速度快、稳定可靠等特点，能够有效地保障公众的生命和财产安全。
关键词：警报；PLC控制系统；报警功能设计；
Abstract
Air defense warning is an important part of urban air defense, is the important means of civil air defense command, the organization of mass evacuation, usually can also be used for disaster prevention and relief and emergency disaster forecast and emergency report. Today, with the rapid development of high-tech air raid weapons, the timely and accurate issuance of air defense warning signals can guide the masses to take effective protective measures, evacuate quickly, reduce casualties and property losses, and maximize the preservation of war potential. The realization of air defense alarm function is inseparable from the application of PLC control technology, which is related to the safe and stable operation of instrument and control equipment. Starting from the composition and function characteristics of PLC control system, it introduces the function design of air defense alarm system, points out the implementation method of alarm system based on PLC control, and analyzes the examples for reference.
Key words: air defense base; PLC control system; alarm function design;
目录
基于PLC警报器系统的设计
摘要
Abstract
1绪论
1.1研究背景
1.2文献综述
1.2.1国外研究现状
1.2.2国内研究现状
1.2.3综述小结
1.3警报设备的构成和功能
1.4警报设备建设现状
1.4.1警报布局
1.4.2设备的维护措施
1.4.3管理现状
1.5警报设备的维护和管理
1.5.1警报器的安装调试
1.5.2警报器的使用
1.5.3维护和管理时的注意事项
2警报系统的功能设计
2.1整体框架
2.2报警管理
2.3PLC控制系统的组成和功能特点
2.3.1系统组成
2.3.2功能特点
3基于PLC控制的报警系统实现方法
3.1报警功能
3.2IO点报警产生
3.3中间点报警产生
3.4报警响应时间
3.5解决的主要技术问题
3.3.5 S7-300 系列的 PLC 硬件系统
3.5.2选型
3.5.3 PLC 的 I/O 分配表
4实例分析
4.1系统组成
4.1.1 组态简介
4.1.2 建立项目及项目管理器介绍
4.1.3 创建组态过程画面
4.2警报信号
4.2.1 硬件组态
4.2.2 在线调试
4.3优化设计
4.3.1在 STEP7 中编写运行的模拟程序
4.3.2报警监控主画面
4.3.3报警原因画面
4.4报警记录画面
4.5运行中的画面
5结语
参考文献
附 录
1绪论
1.1研究背景
人民在保障治安和经济建设以及人民的经济财产安全方面起着重要作用，其中警报设备是人防建设的重要一环，警报设备的好坏直接影响着人防工作的成果。老式的警报设备因为效率较低，声波覆盖范围较小，且容易损坏等缺点，正逐渐被淘汰。目前应用比较多的是电声警报器，作为人防警报器的主流设施，本文就常用的电声警报器探讨一下警报设备的使用、维护和管理。
在警报内，数字化仪控系统是信息传输和控制的中心。目前，警报内DCS系统主要应用在以模拟量控制为主的大型系统中，PLC控制系统应用在以数字量控制为主的小型系统中[1]。随着PLC技术的发展进步，PLC控制系统逐渐凸显出综合化、网络化特征，在警报中的应用将更加广泛。本文结合工作经验，探讨警报内基于PLC控制系统的报警功能设计和实现。在警报内，数字化仪控系统是信息传输和控制的中心。目前，警报内DCS系统主要应用在以模拟量控制为主的大型系统中，PLC控制系统应用在以数字量控制为主的小型系统中[1]。随着PLC技术的发展进步，PLC控制系统逐渐凸显出综合化、网络化特征，在中的应用将更加广泛。本文结合工作经验，探讨内基于PLC控制系统的报警功能设计和实现。
1.2文献综述
1.2.1国外研究现状
由于现在处于和平年代，和平与发展是当今世界的两大主题，经济全球化、世界格局多极化是当今世界的发展趋势，总体和平、稳定是今后一个时期国际局势的基本态势。国外的民防机构职能也由过去主要预防军事打击，逐渐调整为增加对居民的保护功能，承担诸如各种自然灾害的预防和救援、公共安全事件的应急救援，多个国家民防职能划入国家应急救援中心，成为应急救援的重要组成部分。笔者查阅相关资料，发现国外民防领域的研究多数是调整民防职能、健全各项民防法律法规、完善民防应急救援方面，如LéoBourcart讲述了法国民防政策的演变，Chen，Dan;Liu，Yijun研究了基于CDMA无线接入的人防防灾报警控制系统的安全机制，deLagrevolD;BeauC;MingantL;LoslierY研究法国民防作为一个政府组织如何与当地和国外的团队合作，开展包括医疗服务、供水和搜救等紧急服务。对于国外警报管理研究方面，可查找的相关文献、专著很少。各国警报受其经济和军事条件的影响，发展各不相同。笔者查阅相关文献，归纳总结起来，国外警报系统的管理形式主要有两大类：一类是专用警报网络，由军队管理，用于接收、传递空中情报，发放空袭警报，如美国；一类是军队和地方结合的警报网，警报控制中心由军队管理，而警报信号的传递由地方负责，如英国。
美国非常注重警报建设和管理，其警报系统以专用警报网为主，由军队对空检测系统获取空情，警报信息发布迅速。当总统下达民防令后，通过国家级警报系统，全国各地民防警报中心可以在15秒钟内将空袭警报发至全国各个州、市一级，并在7分钟内把警报信号传至全国各地的警报分站，再通过各种警报装置向全国民众报警。瑞典的警报系统属国际水准，无线电通信普遍使用400MHz～800MHz的手持电话，覆盖面遍及全国；北约建立了由11个国家组成的北约欧洲地区联合体系，建成了横贯西欧的预警系统。瑞典、瑞士除有数量众多的户外固定警报器，户内主要采取无线广播、电视系统图文并茂报警。在各级警察局、民防地下指挥所和消防指挥所还安装了自动、手动警报装置。有重大突发情况发生时，所有广播电视正常节目会马上中断，转而播发警报，告知群众何时何地发生了何种性质和规模的事件，民防工作人员会迅速到达指定岗位待命，指挥广大群众采取必要的保护措施，迅速转移到民防工事。同时启动固定警报系统发出警报。当固定警报系统失灵，还可启动机动警报系统报警。以色列所用警报器还包括汽笛、警笛。像瑞典的警报信号分为预先警报、紧急警报、解除警报和平时救援警报。前信号规定与我国相同，增加了平时救援警报。瑞典非常重视警报演练，法律规定每年警报试鸣四次，每次警报试鸣居民都要按要求完成像进层、关气阀、关电源等一系列的动作演练。瑞士民防组织也很重视全民国防教育，他们向每个家庭发放民防手册，该手册详细讲解了警报信号规定方式及其代表含义。瑞士还有个不成文的规定，在行驶中的车辆要始终保持车内收音机打开状态。
1.2.2国内研究现状
我国警报系统经过60多年的建设发展，目前已建成了以电动、电声警报器为主，广播、电视等媒体为辅，固定与移动、统控与分控相结合的警报系统，警报建设取得一定成效。但因警报的很多内容涉密，在公开文献中提及的并不多。从笔者查阅的相关文献发现，国内对警报管理的研究主要有人民专著、学术文章和人防工作者在期刊上发表的基于工作实际作出的一些探讨。
由吴政宏、王胜利主编的《高技术条件下人民》丰富了我国人民理论，对警报管理实践具有一定指导意义。该书主要从高技术空袭作为现代战争主要打击手段的形势下，如何发展人民进行研究，指出人民警报和指挥自动化系统建设的地位、作用、建设目标、任务和主要措施。提出要建立严格的警报管理制度，要制定行之有效的管理办法和严格的奖惩制度，为警报建设管理提供了宝贵建议。人民办公室编制的《人民的理论与实践》紧贴人民建设的实践，具有较强的理论性和针对性。该文将警报体系分为指挥通信和警报通信两大系统，并对全国性的警报网作了划分，即分为全国警报中心、地区警报中心和城市人防警报站三级。确立了各级警报保障原则，明确了国家人防主管部门、大军区对下级的指挥和警报通信以军队系统通信网为主，省人防主管部门对市以人防专用通信网和邮电通信设施为主，人防主管部门主抓人防专用通信和警报网的建设，上述文献较系统阐述了警报体系，为各级人防部门管理警报指明方向。
近些年，随着人防不断深化改革，走平战结合、融合发展道路的提出，涌现出一批相关的学术文章。大致分为以下几方面：一是从体制机制、法制建设方面研究目前民防发展包括警报管理存在问题的，对完善我国人防法律体系、深化改革、指导警报管理有一定的价值，如赵筱婧《我国人防双重领导体制研究》，陈琳《完善我国人民法律体系的思考》。二是从民防队伍的人力资源管理方面，通过完善培训体系、建立激励体制等方法提高民防队伍素质，对民防通信警报管理有一定的实践价值，如徐丹《山东省人防系统人力资源管理问题研究》、杨环宇《吉林省人防办公务员培训管理问题研究》。三是从技术角度，通过运用先进技术，完善人民警报控制系统，提高警报建设管理水平，如刘国平《人民警报控制系统设计与实现》，有一定的借鉴价值。还有些是人防工作者基于自身工作过程中发现的问题作出的探讨和研究，发表在期刊上的文献，对实际工作有一定的指导意义。赵亮《某市警报维护建设维护管理现状与对策》中指出，警报器点多面广，维护管理难度大，加之警报器平时断电状态，导致警报试鸣时需派人合上电源开关，这也不利于空袭时警情发布，提出进行社会化管理的建议。刘广涛《人防警报建设的现状与对策》从三方面提出警报管理对策：（1）强化宣传力度，提高思想认识；（2）协调多方关系，抓好群防群管；（3）加大经费投入，提高报知效率。高雅娇《浅析警报的设备维护与管理》中提出要加强工作人员的技术培训最大程度保障设备正常运转，从强化人力资源管理方面解决警报管理问题。余晓刚在《试论警报的建设和管理》中指出，通过制定警报器鸣放制度、维护管理制度、组织管理制度和检查评比制度等规章制度，使警报管理走上规范化、法制化的轨道，从制度化方面解决警报管理问题。
1.2.3综述小结
国外警报系统的建设情况向我们展示了其民防建设的先进水平，在警报管理方面特别是从制定法律法规、加强与民众宣传互动方面对我国警报管理具有一定指导意义，但可查找文献研究较少，且国情不同，具有一定局限性。国内一些学者对警报建设管理有一定的思考，也提出了一些对策，为我们研究提高警报管理水平提供了一定的见解、思路，但这些研究基本停留在宏观层面，没有形成一个实践性高的研究方案可供参考。本文的亮点就是结合国内外研究，从政策执行视角，分析警报管理现状和原因，探索出提高警报管理水平的研究方案，从而为其他省市解决类似问题提供借鉴。
1.3警报设备的构成和功能
警报设备是由天线、接收装置、警报器、扬声器等部分组成。接收装置用于警报讯息的接收，通过超短波电台接收警报控制平台发出的警报信号，然后控制电声警报器，紧接着警报器按照指令发出警报或防灾警报以及解除警报等不同的信号，经扬声器传播出去。警报能够清楚、准确且迅速地传递播报警报信号，便于有效组织、指挥人民，是在紧急情况下防范和减轻空袭危害的主要手段。
以目前主流的PLC警报器为例，这种基于国内外先进技术基础设计开发而成的报警器和传统的老式警报器构成相比，采用了模块化设计，使用了高性能电子器件，它的声源部分采用了微电脑芯片控制，有很强的抗干扰素力。除此以外还具有LED时钟显示，整点报时，可进行扩音及接驳外置音源等功能；电源系统可实现交直流无中断自动切换，能够满足应急需求；电源使用的是高效率，波纹小的开关稳压电源；扬声器采用了与JDS-2021WG电声警报器适配的YHZ-2400-1扬声器600W×4，功率大，音质响亮；警报器上还备有多功能无线遥控标准接口，能够按遥控要求随意调整，能够应对各种突发情况[1]。据实际测验结果可知，该警报器的有效覆盖范围可达5km2以上，而且交直流供电两用，如果发生交流电无法使用的情况，可用干电池作为替代电源发放警报讯息。可以调节声音，还能针对警报信号要求重新设定，方便了日常的维护检测，相比传统的警报器有着明显的优势。
1.4警报设备建设现状
1.4.1警报布局
目前建筑密度与人口密度由于城市化建设都有不同程度的增加，所以原有的警报设备传播路径受到影响，音响覆盖的死角增加；城市人群生活节奏加快，人口密度又大，城市的背景噪声也随之提高，按照国家关于警报信号覆盖范围的规定，警报的音响信号强度要比城市背景噪声高出5dB以上，噪声加大，警报覆盖范围相对缩小。
1.4.2设备的维护措施
城市建设不断地发展，人防警报设施的维护也应加强，针对目前城市高层建筑的分布情况，合理地调整一些警报器的设点，及时更换故障警报器，并根据周围地形环境对各个警报器的音响效果进行调节，全面提升警报器的应用效率。
1.4.3管理现状
目前，警报设备的管理效率较低，这是因为单位和群众对于警报的认识不足，不能配合管理部门去维护管理设备。应劝导设点单位正确看待警报的维护工作，对每年的警报演习、试鸣抱持正面的态度，这样才能使警报在灾害来临时起到相应的作用。
1.5警报设备的维护和管理
1.5.1警报器的安装调试
电声警报器安装分为：主机安装、扬声器安装、扬声器连接、天线安装、电源及电池安装五个步骤。安装时要严格按照厂家提供的说明书，并参考地形位置进行安放。安装时要注意扬声器的极性要连接正确，接到驱动输出上的两组极性必须得一致。
1.5.2警报器的使用
电声警报器的使用方法分为两种：手动控制和遥控控制。默认为遥控方式是通过指挥中心控制的，需要手动控制的时候，主要有以下五步操作流程：首先，打开电源箱电源开关，看到电源指示灯亮起，说明设备进入工作状态；第二步将工作种类开关旋钮调整到手动的工作位置；第三步是把音量旋钮顺时针转到需要的位置（不可以超过扬声器的额定功率）；第四步就是按下需要使用的警报按钮，然后会输出警报声；第五步如果要暂停警报，就按下停止按钮。警报器关机的时候要把音量旋钮逆时针旋转到底，接着关闭电源开关[2]。
1.5.3维护和管理时的注意事项
（1）电源接入时按照正极、负极、零线的顺序连接，之后再接入电源箱，扭紧插头；（2）给扬声器接线要注意必须接牢，接头用绝缘胶带包扎好；（3）天线要放在有避雷设施的区域，防止雷击；（4）电源指示灯不亮或故障指示灯常亮时，一定要停止设备工作并进行检查，以免故障扩大；（5）设备平时使用交流供电，有需要时再切换直流供电，主机能够自动交直流切换，以保证不间断供电。除了对设备的维护，还要加强工作人员的技术培训，强化责任心理，制定良好的维护制度，最大程度保障设备的正常运转，以此保障在风险来临时社会安定和市民安全。
