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用单片机构成的PLC，实际上就是一个单片机测控系统。用这样一个程序控制的计算机系统去执行继电控制的梯形图程序，由于继电控制梯形图中各被控电器之间是并行关系，而计算机程序控制中，各被控电器之间在时间上是串行关系，二者显然不协调。若简单地像一般单片机测控系统一样，对梯形图各程序行依次实时采集输入端子状态，进行处理后实时输出，是达不到控制目的的。为此，必须采用一次性采集全部输入端子状态，并将其存入输入缓冲区。然后，按梯形图程序行的逻辑关系，从输入缓冲区读取相应输入端子状态，处理后将待输出的存入输出缓冲区。最后,待梯形图程序行全部执行完毕，一次性将输出缓冲区的值输出到相应的输出端子，从而完成一个程序执行周期。如此往复，自动进行下一轮的采集输入端子状态……。这种工作方式即称为扫描方式，它将串行程序工作和电器并行工作两种关系协调了起来。另外，单片机执行一条指令的时间是μs级，执行一个扫描周期的时间为几ms乃至几十ms。相对于电器的动作时间而言，扫描周期是短暂的，可以认为在一个扫描周期内输入端子的状态是不变的，而对其状态变化的采集和处理也是实时的，从而满足了实时控制的要求系统硬件配置以AT89C51(以下简称51)单片机为核心，如图1所示。该单片机有4 KB闪存，不必扩展程序存储器，其4个I/O口共32个I/O引脚，都可供用户使用，其中P0.7~0.0，P2.4~2.0共13个脚经光耦隔离后连到相应的输入端子X07~X00，X14~X10。可以用行程开关、液位开关、霍耳开关和手动按钮等进行输入。开关接通时，相应引脚为"0"，取反后存入输入缓冲区。
P1.7~1.0共8个引脚用于输出控制：P1.i为"0"时，相应的PNP管导通，继电器Ji线圈通电，其触点Y5i接通，可驱动220 V/3 A的负载。
为了与PC机进行通信，系统扩展了RS-232C接口电路。51单片机的RXD和TXD信号经RS-232C电平变换后接至9芯插座。由此可与PC机进行串行通信。一方面，在编程状态时，可接收PC机上梯形图汇编程序编译结果的OBJ指令代码，并存入程序存储器;另一方面，在运行状态时，可将I/O口的状态和处理结果实时地发送给上位机。
程序存储器选用有SPI接口的X25045芯片。这是带可编程和电源监控功能的E2PROM，有512字节，每字节可擦写10万次，数据可保存。上电时自动提供200 ms高电平复位脉冲;有三种可编程周期;电源欠压，VCC降到转折点时，自动提供复位脉冲。E2PROM采用三线总线的串行外设接口SPI，既节省了I/O口线和电路板空间，又降低了系统成本。因此，该芯片是性价比极好的组合芯片。
软件设计分为PC机梯形图汇编程序编译软件和51单片机软件两部分。前者用IBM-PC汇编语言编写，我们称之为PLC编译软件。本机中我们自己设计了一套TD型PLC的梯形图汇编语言指令系统，有LD/LDI、AN/ANI、OR/ORI、TM/TMI、CN/CNI、MA/MAI、OUT、JP/JE和END等16条基本指令和X00~07、X10~14、Y00~07、CN0~1、TM00~07、MA00~07、10~17等器件。用它们来描述继电器梯形图，即设计梯形图汇编程序。用全屏幕编辑软件将其输入到PC机，即建立了源程序文件。然后用PLC编译软件将其编译成PLC目标程序文件(OBJ文件)，并经串行通信口发送到单片机，由单片机将其写入E2PROM。
51单片机软件由编程软件和运行软件组成。编程软件主要有串行通信和写E2PROM两个模块。此时，须将面版上的手动开关设置P2.7="0"，单片机即处于编程状态。当P2.7="1"时，单片机即处于运行状态。运行状态的程序主要有：
(1)输入端子采集模块
该模块两次采集P0口和P1口状态，结果全同时为有效，即将其存入输入缓冲区，否则重新。用软件滤波的方法，提高了抗干扰能力。
(2)指令分析模块
该模块从000H地址开始，依次读取E2PROM中的字节内容，先读出操作码，对其分析后转向相应的处理程序;接着读操作数，供处理程序操作，从而完成一条梯形图汇编指令的执行。然后再读取下一条指令的操作码……。遇到OUT指令时，将待输出的数据存入相应的输出缓冲区。
(3)输出模块
当CPU从E2PROM中读到END指令的二进制代码时，表示一次扫描周期结束，即将输出缓冲区的内容一次性输出到P1口，从而完成输出端子的刷新。
该PLC的应用可以用水塔水位控制的例子来说明。
电气火灾作为一种重要的火灾类型，对建筑以及用户的安全存在较大的威胁；加强建筑电气火灾的有效预防与监控管理，是减少建筑电气火灾的发生并降低其危害影响的有效措施。医院作为为患者提供服务的重要机构和场所，人员密集，社会关注度高，由于医院的服务对象为患者，这类群体由于疾病原因导致其行动缓慢，在火灾情况下的紧急疏散或自行疏散较慢。随着医院的发展，医疗设备的不断更新，医院对用电质量和安全性也提出了更高的要求，再加上医院建筑内部存放着各类重要的医疗仪器及设备，一旦发生火灾，转移的难度也较大，所产生的危害突出。此外，一些早期建设的医院，由于使用年限较为久远，医院内部的电气线路老化较为严重，再加上各类仪器设备的频繁使用，导致其火灾隐患较为突出，迫切需要加强对医院电气火灾的有效防控。
1电气火灾监控系统及其工作原理分析
（1）系统的结构组成
国家标准 GB14287.1-2014《电气火灾监控系统》对电气火灾监控产品提出了强制性的要求。它包括 3 个部分：电气火灾监控设备、剩余电流式电气火灾监控探测器和测温式电气火灾监控探测器。本文讨论的电气防火监控系统主要由电气火灾监控设备、剩余电流式电气火灾监控探测器、测温式电气火灾监控探测器和远程监控等硬件设备组成，上述各硬件设备在电气防火监控系统运行中，与远程监控设备进行连接后，值班人员能够通过消防中心的多功能显示屏对所有监控点的运行状况进行了解；电气火灾监控系统中的远程监控设备本身还配备有较为庞大的数据库，能够对所有进行监控的配电系统及其数据信息进行存储管理，为有关人员的查询和分析工作提供支持。
（2）工作原理
根据上述对电气火灾监控系统的组成及其各部分功能分析，在电气火灾监控系统工作运行中，对配电回路的漏电电流、电流、温度进行实时检测，当被保护线路中的被探测参数（剩余电流、电流、温度等电气火灾危险参数）发生变化，超出预设值时，现场发出报警信号并提示报警部位，并将报警信息传送至远程监控主机，报警显示和打印，值班人员通知专业人员去现场查看处置，实现电气火灾的早期预警，避免电气火灾的发生。电气火灾监控系统的火灾预报属于早期预警，是火灾自动报警系统的独立子系统，不同于火灾自动报警系统，它的特点在于电气火灾监控属于先期预报警。与传统火灾自动报警系统不同的是，电气火灾监控系统早期报警是为了主动预防损失，把过去对电气火灾的消极防范变为主动预防，即不论是新建医院还是扩建医院项目，尤其是已经安装了火灾自动报警系统的医院，仍需要安装电气火灾监控系统的主要原因。随着医院用电设备数量持续增加，用电负荷亦不断上升，电气事故也在逐年攀升，安装电气火灾监控系统是必要的，同时也是迫切的。
2 医院电气火灾的特点与原因分析
医院电气火灾与一般火灾相比，具有较为突出的分布性、持续性和隐蔽性特征，这是由于医院建筑内部的电气线路分布本身较为广泛，并且其线路通常会敷设在较为隐蔽的部位，随着医院对电气设备的需求增加，导致其在长期持续运行状态下，极易因用电负荷增加，或者是电气线路老化等问题，引起电气火灾发生。此外，电气火灾发生初期，一般很难被及时发现，当火蔓延到设备及电缆表面时已形成较大火势，不易被控制。电气火灾发生的原因主要包含短路、漏电、过负荷、雷电、误操作、谐波电流、电气设备故障以及接触不良等；其中，过负荷以及漏电、短路等是导致电气火灾发生的主要的原因，并且在各类电气火灾中，以电缆线路故障导致的火灾情况较为突出。对于医院来讲，为确保对患者的医疗服务，医院内部的配电系统基本处于持续运行状态，具有用电量大并且用电时间长、设备复杂、用电负荷不够稳定等特征。此外，由于医院中运行使用的大型医疗设备（如 X光机、CT 机、MIR 机、DSA 机等）工作瞬间电流均比较大，因此，医院的电气火灾发生的原因更为复杂。
电气火灾监控系统设计应用的技术要求
结合上述对医院电气火灾的特点与原因，在进行电气火灾监控系统设计和应用中，需要满足以下基本功能与技术要求。
（1）能够对电气设备运行过程中的漏电电流值、配电箱中的温度值进行实时监测，如超过设定值及时报警提示，并可以对电气设备的运行及其线路连接进行控制，从而对电气设备与线路进行有效保护。
（2）具备相应的记忆、显示以及打印等功能。电气火灾监控系统在运行中，能够通过探测监控器对三相电源以及每相电流值以及漏电电流值、配电箱中的温度值实时监控显示，并且其系统能够对供电系统各支路运行状态，以及动态参数、操作内容进行保存，方便查询打印，必要时通过网络将报警信息以及部位传输到的手机上。
（3）具有良好的可操作性。电气火灾监控系统中的探测控制器应具有易操作的特征，能够使操作者方便对其控制参数进行设定，并通过控制器的显示屏方便对供电参数和运行状态进行了解。此外，其系统中主控制计算机的人机界面交互良好，能够为操作者进行供电系统运行观察，并通过不同颜色显示对其工作状态进行区别，便于掌握和操作应用。
（4）能够进行整定值调整支持。电气火灾监控系统的设计和应用中，由于其系统内部的探测控制器是采用微处理器控制，不仅具有较好的灵活性、运算速度快、可调节的范围较广等特征优势，而且能够在较为广泛的保护范围内对整定值进行合理选择与调整，以促进其工作在一个合理区域。
（5）具有电气设备试验、预警和断电操作等功能。电气火灾监控系统在实际应用中，为保证系统正常运行，需要通过系统中的主控制计算机定期进行试验信号，对其是否存在故障进行判断，一旦出现故障可报警提示同时可以切断故障部位，避免对整个电气防火监控系统的正常运行造成影响。
4 电气火灾监控系统在医院的应用
根据某医院内部的电气线路分布与供电系统情况， 电气火灾监控系统对全医院的各楼层总开关回路进行监控，具体方案是电气火灾监控主机安装在的消防中心，并在各楼层的配电间低压配电系统末级配电柜的进线端，安装剩余电流式电气火灾监控探测器，监控该部位到终端用户的线路和设备；同时在各配电箱中安装相应的测温式电气火灾监控探测器，对配电箱内的温度情况进行监控和分析，被监控参数如剩余电流、电流、温度发生异常变化时，超出预设值现场发出声光报警信号，并通过线路将报警信号发送至电气火灾监控主机，值班人员根据以上显示信息，迅速通知电工赶到事故现场处理。电气火灾监控系统设备投入运行以来，帮助发现了多处电气安全隐患，及时发现和排除多起电气故障，大大提高了医院电气设备运行安全性和可靠性，避免了电气故障对医院正常运行的影响，为医院的消防管理提供了科学的依据
