一种消防给水系统智能控制装置的制作方法

本实用新型涉及一种系统智能控制装置，特别是涉及一种消防给水系统智能控制装置。

背景技术：

随着城市的快速发展各种高层建筑日益增多，由于建筑物内使用大量的可燃性装饰材料，导致发生的火灾机会越来越大。尽管目前每幢建筑物都配备了消防灭火系统，但经验和教训都能证明火灾初期扑灭的成功与否，主要取决与消防给水设备是否完好、控制电路是否工作正常。目前消防水泵是消防灭火系统中的一个重要组成部分，其主要特点平时可能不常用，一旦使用必须及时可靠的发挥作用，以减少火灾扩散的危险，延缓火灾蔓延的速度，从而保障生命财产的安全。但是由于消防水泵长期处于不工作闲置状态，加上水泵房比较潮湿，很容易发生消防水泵泵轴和叶轮锈蚀、绣死、电器元件损坏等现象，以致发生火灾时水泵不能及时正常运行而无法扑灭火灾，极大的危害人身安全和财产安全。针对消防给水系统中存在的问题，本实用新型以可编程控制器PLC和人机界面为核心，控制消防水泵在灭火时变频恒压供水，闲置时自动巡检每一台消防水泵。使目前的控制系统得到进一步改善，不仅减少灭火过程中压力、流量波动的问题而且经济节能，操作过程更加简单方便。采用PLC控制系统具有安全、稳定、可靠、灵活性强等优点，完全达到无伤害、安全可靠的目的，PLC的灵活性赢得了高效率的灭火，系统可靠的稳定性保准了灭火顺利进 行，自动巡检功能为日常维护工作提给了方便，通过RS-485接口可与消防控制中心联网实现远程监控。公安部颁布的行业强制性标准《GA30.2固定消防给水设备的性能要求和试验方法》中明确规定：消防水泵长期处于非运行状态的设备应具有巡检功能。

目前消防给水系统存在的问题

消防给水设备是各种水灭火系统重要组成部分，其性能优劣、日常维护管理是否完善，直接影响被保护对象的安全。发生火灾后消防给水设备不能正常运转的火灾案例屡见不鲜，各地消防部门在日常的防火检查中发现的消防给水设备形同虚设的情况也比比皆是。主要问题如下：

1、传统的消防泵控制电路采用中间继电器和时间继电器，而且设计控制回路使用的元器件多、元器件寿命短、接线复杂、通用性差等缺点，造成电气性能不稳定和日常维护工作困难。

2、消火栓严重超压无法使用，在日常检查和实验中发现一个共同的问题：底层部分的消火栓压力过大，超过规范允许的80米水柱的规定，有的地方超过120米水柱以上，导致一些义务消防员甚至正式消防员也无法使用，而形成这种现象主要原因，设计人员着重考虑灭火效果忽略使用者。

3、消防供水设备的供电电源长时间中断，使水泵根本无法运转，消防水泵严重锈蚀，不能正常运转。消防给水系统的常开阀门被误关，使系统无法出水，常闭阀门被误开，使供水设备所提供的水量短路回流。

综合分析上述问题，为了保障消防给水设备在灭火时正常及时的工作，必须有一套可靠、稳定、安全的控制系统，在灭火过程中水压、水流的稳定保障了灭火顺利进行。供电中断和阀门的误开、误关这些 属人为原因造成，设备的锈蚀和损坏属日常维护管理不善造成，这些问题的解决除加强管理外，采取技术措施也可以及早发现并促进及时解决。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种消防给水系统智能控制装置，使其可靠、稳定、安全，在灭火过程中稳定的水压和水流以保障灭火顺利进行。

本实用新型提供的一种消防给水系统智能控制装置，包括触摸屏、上位机、压力变送器、可编程逻辑控制器、变频控制柜、消火栓箱，消防总管和消火栓系统支管，所述触摸屏和上位机分别通过导线与所述可编程逻辑控制器的第一对外通信接口和第二对外通信接口连接；所述可编程逻辑控制器通过通信连接线与第一扩展模拟量输入模块连接，所述可编程逻辑控制器还通过导线分别与第二扩展模拟量输入模块和第三扩展模拟量输入模块连接；所述第一扩展模拟量输入模块、第二模拟量输入模块、第三扩展模拟量输入模块的另一端面分别通过导线与变频控制柜连接；所述消防总管上设置有压力变送器、第一电接点压力表、巡检泄压电磁阀，消防总管一端插入清水池内，消防总管另一端与消火栓全系统支管和喷淋系统支管连通；所述消火栓系统支管上设置有第一压力开关、消火栓箱；所述喷淋系统支管上设置有湿式报警阀组、玻璃球式喷头；所述消火总管的分支管上设有第一分支管流量开关、第二分支管流量开关、稳压泄压电磁阀、第一稳压泵、第二稳压泵、气压罐、第一消防泵、第二消防泵；所述可编程逻辑控制器通过导线、所述第三扩展模拟量输入模块与远程消防控制中心连接。

在上述技术方案中，所述第一分支管流量开关和第一消防泵串 联；所述第二分支管流量开关和第二消防泵串联；所述稳压泄压电磁阀、第一稳压泵、第二稳压泵、第一分支管流量开关和第一消防泵、第二分支管流量开关和第二消防泵之间彼此并联。

在上述技术方案中，所述稳压泄压电磁阀通过第二执行器、导线、第二扩展模拟量输入模块与可编程逻辑控制器连接；所述第一稳压泵、第二稳压泵分别通过第三执行器、导线、第二扩展模拟量输入模块或第三扩展模拟量输入模块与可编程逻辑控制器连接；所述第一分支管流量开关和第二分支管流量开关分别通过导线、第三扩展模拟量输入模块与可编程逻辑控制器连接；所述第一消防泵和第二消防泵分别通过导线、变频控制柜、第二扩展模拟量输入模块或第三扩展模拟量输入模块与可编程逻辑控制器连接。

在上述技术方案中，所述巡检泄压电磁阀通过导线、第一执行器、第二扩展模拟量输入模块与可编程逻辑控制器连接。

在上述技术方案中，所述清水池设置有水位检测传感器，所述水位检测传感器通过导线、第三扩展模拟量输入模块与可编程逻辑控制器连接。

在上述技术方案中，所述气压罐上设置有第二电接点压力表；所述第一电接点压力表和第二电接点压力表分别通过导线、第三扩张模拟量输入模块与可编程逻辑控制器连接。

在上述技术方案中，所述湿式报警阀组内设置有延时器、第二压力开关；所述第一压力开关和第二压力开关分别通过导线、第三扩展模拟量输入模块与可编程逻辑控制器连接。

在上述技术方案中，所述消火栓箱内设置有消火栓按钮，所述消火栓按钮通过导线、第三扩展模拟量输入模块与可编程控制器连接。

在上述技术方案中，所述变频控制柜内设置有滤波器。

在上述技术方案中，所述触摸屏内设置有外存储器。

软件设计依据和原理

一般消防给水多为末端消火栓或喷淋的用水量调节启停泵数量，压力偏小时加泵，压力偏高时减泵。传统的控制方式为人工手动控制，存在着如下缺点：水压不稳定达不到消防水压要求，操作控制落后人为因素很大。运用智能化水泵变频控制后，随着负荷变化自动调整水泵转速，在保准水压恒定状况下，同时也起到了节能作用。目前大多数使用的消防水泵不能做到定期试机运行，导致泵体、底阀和单向阀卡死、锈死，采用可编程逻辑控制器(PLC)对消防泵组进行控制，实现泵组在空闲时定期试运行，扑救火灾时自动启动，从而有效地杜绝消防水泵关键时刻不能用的局面。本控制系统设计基本功能符合国家GB27898-2011标准第二部分：消防自动恒压给水设备对消防水泵控制和巡检的要求。

本实用新型消防给水系统智能控制装置，具有以下有益效果：

1、采用可编程逻辑控制器PLC和人机界面触摸屏为核心控制，适用任何室内外消防给水系统，也适用老式消防给水系统改造。

2、工作方式可分：稳压模式、消防模式、巡检模式，平时稳压工作维持管网设定压力，火灾时退出稳压模式，并迅速进入消防模式开启消防泵；空闲期消防泵低频巡检定期试运行，巡检分手动、自动两种功能，手动巡检具有定期提醒功能，自动巡检按设定时间、参数自动巡检，巡检的时间、运行参数可在触摸屏设定，巡检工作中一旦发生火灾立即退出巡检并进入消防模式。

3、消防控制柜设有双电源供电方式，消防泵主电路设有变频和工频两套电路，平时主要变频恒压工作，当变频器发生故障时自动切换工频运行；在多台消防泵系统中，控制软件根据灭火时的用水量自 动调整台数变频恒压供水。

4、提供多种方式启动消防泵灭火的接口，有手动消火栓按钮启泵、本地消防控制柜手动紧急启泵、自动压力开关启泵、远程消防控制中心启泵，并在本地消防控制柜设有灾后停泵按钮。

5、系统控制除了设有常规的电气保护外，消防主电路设有跳闸切换备用泵功能，分支路无流量时切换备用泵分支路，消防总管设有超压保护功能，系统管网设有稳压泄压电磁阀、巡检泄压电磁阀；稳压泵具有自动轮换运行功能，当运行的稳压泵故障时自动切换备用泵工作；自动低频巡检工作中发生变频器故障，立即停止巡检不切换工频并报警提示。

6、触摸屏监控界面人性化设计，采用动态仿真图形逼真模仿设备运行状态，使人看了一目了然；实时记录运行、故障事件、数据打印，触摸屏采用外储存器彻底解决了记录数据的瓶颈，并通过外储存器下载历史记录数据，数据以电子文档格式方便管理人员查看、分析、统一管理。

7、变频控制柜设置滤波器，能有效抑制变频器产生的谐波，净化电源质量防止干扰，使谐波分量达到国际标准。

8、控制系统具有RS-485通讯接口，通过Modbus-RTU很方便地与消防控制中心通讯。

附图说明

图1为本实用新型消防给水系统智能控制装置的结构示意图；

图2为本实用新型消防给水系统智能控制装置的电路接线示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-2及实施例对本实用新型作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本实用新型的限制。

本实用新型消防给水系统智能控制装置，包括触摸屏1、上位机2、压力变送器10、可编程逻辑控制器5、变频控制柜26、消火栓箱29，消防总管33和消火栓系统支管34，所述触摸屏1和上位机2分别通过导线与所述可编程逻辑控制器5的第一对外通信接口3和第二对外通信接口4连接；所述可编程逻辑控制器5通过通信连接线6与第一扩展模拟量输入模块7连接，所述可编程逻辑控制器5还通过导线分别与第二扩展模拟量输入模块8和第三扩展模拟量输入模块9连接；所述第一扩展模拟量输入模块7、第二模拟量输入模块8、第三扩展模拟量输入模块9的另一端面分别通过导线与变频控制柜26连接；所述消防总管33上设置有压力变送器10、第一电接点压力表11、巡检泄压电磁阀20，消防总管33一端插入清水池37内，消防总管33另一端与消火栓全系统支管34和喷淋系统支管35连通；所述消火栓系统支管34上设置有第一压力开关13-1、消火栓箱29；所述喷淋系统支管34上设置有湿式报警阀组30、玻璃球式喷头31；所述消火总管33的分支管上设有第一分支管流量开关14、第二分支管流量开关15、稳压泄压电磁阀22、第一稳压泵24、第二稳压泵25、气压罐36、第一消防泵27、第二消防泵28；所述可编程逻辑控制器5通过导线、所述第三扩展模拟量输入模块9与远程消防控制中心17连接。

所述第一分支管流量开关14和第一消防泵22串联；所述第二分支管流量开关15和第二消防泵28串联；所述稳压泄压电磁阀22、第一稳压泵24、第二稳压泵25、第一分支管流量开关14和第一消防泵27、第二分支管流量开关15和第二消防泵28之间彼此并联。

所述稳压泄压电磁阀22通过第二执行器21、导线、第二扩展模拟量输入模块8与可编程逻辑控制器5连接；所述第一稳压泵24、第二稳压泵25分别通过第三执行器23、导线、第二扩展模拟量输入模块8或第三扩展模拟量输入模块9与可编程逻辑控制器5连接；所述第一分支管流量开关14和第二分支管流量开关15分别通过导线、第三扩展模拟量输入模块9与可编程逻辑控制器5连接；所述第一消防泵27和第二消防泵28分别通过导线、变频控制柜26、第二扩展模拟量输入模块8或第三扩展模拟量输入模块9与可编程逻辑控制器5连接。

所述巡检泄压电磁阀20通过导线、第一执行器19、第二扩展模拟量输入模块8与可编程逻辑控制器5连接。

所述清水池37设置有水位检测传感器18，所述水位检测传感器18通过导线、第三扩展模拟量输入模块9与可编程逻辑控制器5连接。

所述气压罐36上设置有第二电接点压力表12；所述第一电接点压力表11和第二电接点压力表12分别通过导线、第三扩张模拟量输入模块9与可编程逻辑控制器15连接。

所述湿式报警阀组30内设置有延时器32、第二压力开关13-2；所述第一压力开关13-1和第二压力开关13-2分别通过导线、第三扩展模拟量输入模块9与可编程逻辑控制器5连接。

所述消火栓箱29内设置有消火栓按钮16，所述消火栓按钮16通过导线、第三扩展模拟量输入模块9与可编程控制器5连接。

所述变频控制柜26内设置有滤波器。

所述触摸屏1内设置有外存储器。

所述控制装置的工作原理：详见安装系统图1、控制系统图2

所述控制装置由稳压和消防两部分组成，无火灾时稳压工作维持管网压力，分别由第一稳压泵24和第二稳压泵25自动交替运行实现。气压罐36上的第二电接点压力表12开关信号接入PLC控制器5的开关量输入点，PLC控制器5根据第二电接点压力表12上、下限设定值控制稳压泵启停，并将启停信号送入第三稳压泵执行器23，驱动第一稳压泵24或第二稳压泵25运行和停止。稳压工作中消防总管33上的第二电接点压力表11检测到管网超高压力时，系统自动打开稳压泄压电磁阀22并报警提示。稳压工作中当运行的稳压泵发生故障时，系统自动切换另一台稳压泵运行并报警提示，当有火宅时系统退出稳压并进入消防工作状态。在清水池37中安装水位检测传感器18，当水池低水位时，稳压泵停止运行，同时报警提醒操作人员，但在消防灭火时低水位不影响消防泵运行。

发生火灾时，当喷淋系统支管35上的喷淋玻璃球式喷头31动作后，湿式报警阀组30经延时器32延时后第二压力开关13-2动作，压力开关信号反馈给PLC控制器5，并迅速将消防泵启动信号给变频控制柜26，驱动第一消防泵27或第二消防泵28变频恒压运行。

发生火灾时，当消火栓箱29中消火栓按钮16手动按下后，或者消火栓系统支管34上的第一压力开关13-1自动动作，经控制软件延时后将启泵信号给变频控制柜26，驱动第一消防泵27或第二消防泵28变频恒压运行。

发生火灾时，当远程消防控制中心17发出启泵信号给PLC控制器5，同样也能启动消防泵变频恒压运行，为了应付紧急情况在本地 变频控制柜26设有紧急启泵按钮和灾后停泵按钮。

消防泵在灭火工作中，消防总管33上的第一电接点压力表11检测到超压信号，经控制软件延时后强制停止消防泵运行；灭火中任何一台消防泵变频运行时发生变频器故障，控制软件立即切换备用泵工频工作以确保灭火顺利工作；在第一消防泵27运行时，第一分支管流量开关14无流量动作后，控制软件判断第一消防泵27故障立即切换第二消防泵28工作，同样第二分支管流量开关15无流量动作后，切换到第一消防泵27工作。消防泵在灭火工作中，变频控制柜26主电源供电中断时，双电源控制器立即切换备用供电；当第一消防泵27支路发生跳闸时控制软件立即切换第二消防泵28运行，相反也一样；当运行消防泵发生过载时水泵主电源不断开，但有报警提示。

消防泵在非灭火空闲期可对消防泵做手动和自动巡检运行，手动巡检功能是按设定的时间周期，在触摸屏1监控窗口上弹出一个提醒巡检的小窗口，提醒窗口一直保持到操作员确认后才关闭；自动巡检是按设定时间周期自动运行。巡检时系统会对消防变频控制柜26的主回路进行检测确认正常后，以低转速逐台驱动消防泵进行低速运行，此时驱动功率很小，约是泵电机额定功率的百分之一左右所以节能显著，巡检的时间、运行参数有默认值也可在触摸屏修改。由于转速低所以不会对供水管网增压，若在巡检时设定参数错误或者其他原因，导致消防泵高速运行管网骤然增压，此时消防总管33上的第一电接点压力表11动作，控制软件经延时后接通巡检泄压电磁阀20泄压。巡检工作中接到火灾命令，立即停止本次巡检工作并投入消防运 行，倘若下一个巡检周期且无消防事件发生时，再开始巡检运行过程。巡检过程中若水泵发生故障会给出故障报警信息，但不切换工频，当发生输入过电压、欠压、缺相、输出过电流、短路时发出报警信息。自动巡检的结果可确保消防水泵不会产生锈蚀、锈死现象，使消防给水设备“养兵千日，用兵一时”成为现实。

上述故障信号除了在本地控制柜有声光指示外，触摸屏1故障信息栏会以走马灯形式提示故障信息，并在事件窗口记录故障发生的时间、故障信息内容以及故障恢复时间。

变频恒压给水控制说明：

在消防总管道33上安装压力变送器10变送出4～20mA的信号，输入扩展模拟量输入模块7。在消防泵启动后，控制软件将检测到的压力信号和设定的压力进行比较，经过PID运算得出一个最优化控制值，控制变频器的输出频率来调整水泵电机的转速，以达到保持水压的恒定。在多台消防泵系统中当用水量增大时，一台变频泵全速50Hz不能维持设定压力，变频泵转为工频运行，开启另一台水泵变频运行。当用水量减少时，关闭工频运行，恢复一台变频运行。触摸屏监控界面可以显示各个电机频率、水压、工频和变频运行的时间以及各泵的运行状态。

所述装置设计参数定义：

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。