专利名称：数字多功能专用消防给水设备控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及消防给水控制技术，尤其涉及一种数字多功能专用消防给水 设备控制器。
背景技术：
消防系统是各类建筑中不可或缺的设施，消防给水设备是消防系统的重 要组成部分。其中，控制器作为消防给水设备的控制中枢又具有重要作用。 消防给水设备控制器主要功能是在接收到控制指令时，对控制指令进行识别 和处理，控制消防泵主控制回路的运行，启动或停止消防泵向消防给水管网 供水，同时还要根据控制指令控制变频器，变频器与消防泵主控制回路相连， 变频器的输出频率可控制消防泵电机的转速，从而控制消防泵做自动巡检或 控制消防泵的消防供水流量。
以往的消防给水设备控制器采用单片机组成，缺点是抗干扰能力差，在 运行的过程中很容易"死机，，。并且，因为程序往往是固化在存储器中，不 具有简易编程的设备，因而导致修改程序不方便，若在工地现场想修改程序 是不可能的，只能拔下存储器器带回到工厂处理，降低了操作的便利性。
目前广泛采用可编程逻辑控制器(Program Logic Control;以下简称 PLC)作为消防给水设备的控制器，但该技术仍存在功能单一、精确性和可靠 性差等缺陷，仅能完成一般动作的过程控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种数字多功能专用消防给水设备控制器，以改善控制器工作的精确性和可靠性及提高智能性。
为实现上述目的，本发明提供了一种数字多功能专用消防给水设备控制
器，包括
可编程逻辑控制器，其上设置有控制指令接收端口、消防泵控制端口和 变频控制端口，所述控制指令接收端口用于接收数字式控制指令，所述消防 泵控制端口用于连接至消防泵主控制回路，控制消防泵的启动或停止，所述 变频控制端口用于连接至所述消防泵主控制回路的变频器，控制变频器的运
行；
压力传感器，用于连接在消防给水管网中以检测管网压力，产生模拟压
力信号；
PID调节器，连接在所述压力传感器和可编程逻辑控制器上的压力输入 端口之间，且连接至所述变频器，所述PID调节器用于处理所述模拟压力信
号后传输给所述变频器以控制所述变频器的输出频率，且将所述模拟压力信 号转换为数字信号传输给所述可编程逻辑控制器，
所述数字多功能专用消防给水设备控制器还包括下述模块中的任意一个
或多个
模数转换模块，集成在所述可编程逻辑控制器上，与所述可编程逻辑控 制器的检测端口连接，用于将检测端口接收的模拟信号转换为数字信号，并 传输给所述可编程逻辑控制器；
显示屏记录;^莫块，与所述可编程逻辑控制器连接，用于显示所述可编程 逻辑控制器的运行数据，并将所述运行数据进行存储，其中所述显示屏记录 模块中的显示屏为触摸屏，具有手写输入识别功能，用于接收触摸式输入的 控制指令；
网络接口模块，连接在所述可编程逻辑控制器上，用于实现所述可编程 逻辑控制器与网络之间的数据交互；
短信呼出模块，连接在所述可编程逻辑控制器上，用于发送短信数据。由以上技术方案可知，本发明釆用数字比例积分孩i分(Proportion Integration Differentiation;以下简称PID)调节器对才莫拟压力信号进 行转换控制，使消防给水系统可以恒压变流量的方式工作，接收数字化的压 力信号，进行量化处理，提高程序效率，因此能够提高控制系统工作的准确 性和可靠性。另外，还丰富了功能模块，提高了控制器的智能性。
图1为本发明第一实施例所提供的数字多功能专用消防给水设备控制器 的结构示意图2为本发明第二实施例所提供的数字多功能专用消防给水设备控制器 的结构示意图3为本发明第三实施例所提供的数字多功能专用消防给水设备控制器 的结构示意图。
具体实施例方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。 第一实施例
图1为本发明第一实施例所提供的数字多功能专用消防给水设备控制器 的结构示意图，该消防给水设备控制器是消防给水设备专用的数字化控制器， 该控制器的结构包括PLC 1、压力传感器2和PID调节器3，且还包括模数 转换模块10、显示屏记录模块30、网络接口模块32和短信呼出模块33中的 任意一个或多个。
其中，PLC 1是控制系统的核心控制部件，包括运算器和控制器，能够 存储系统程序和用户程序。PLC 1上设置有多个输入端口和输出端口，具体 的是至少包括控制指令接收端口 11、消防泵控制端口 12和变频控制端口 13。 控制指令接收端口 ll属于输入端口，用于接收数字式控制指令，例如消防运行指令和消防停止指令等，控制指令可以采用开关量、高低电平的形式实现
数字化。消防泵控制端口 12属于输出端口，用于连接至消防泵主控制回路4， 通过消防泵主控制回路4来控制消防泵6的启动或停止，例如以高低电平形 式的消防泵启动指令和消防泵停止指令来进行控制。变频控制端口 13也属于 输出端口，用于连接至消防泵主控制回路4的变频器5，控制变频器5的运 行，类似地可以为高低电平形式的启动指令和停止指令或其他数字式控制指 令。
压力传感器2用于连接在消防给水管网21中以检测管网压力，产生模拟 压力信号。压力传感器2可以将管网压力转换为例如4~20毫安(mA)的电 流信号。
数字式的PID调节器3连接在压力传感器2和PLC 1上的压力输入端口 14之间，且连接至变频器5。 PID调节器3用于处理消防给水管网21的模拟 压力信号后再传输给变频器5以控制变频器5的输出频率，变频器5的输出 频率可以通过控制消防泵主控制回路4来控制消防泵6电机的转速，进而控 制消防泵6的消防供水流量。PID调节器3还将模拟压力信号转换为数字信 号通过压力输入端口 14传输给PLC 1。具体的，PID调节器3可以将4~20 毫安的电流信号转换为数字信号输入PLC 1,还可以将该电流信号直接传输 给变频器5或将4 ~ 20毫安电流信号转换为0 ~ 5伏(V )的电压信号传输给 变频器5，以控制变频器5的输出频率。进一步的，PID调节器3可以将模拟 压力信号或数字信号显示在自身设置的显示屏上，以供工作人员参考压力信 号调节PID值。
在PLC 1上通常还连接电源7用于供电，为保证控制系统运行的可靠性， 优选采用直流2 4V的供电方式，具体可以采用开关电源的工作方式。
模数转换才莫块10，集成在PLC 1上，与PLC 1的4企测端口 15连接，用 于将检测端口 15接收的模拟信号转换为数字信号，并传输给PLC 1。检测端 口 15也是PLC l上的一输入端口。
显示屏记录模块30，与PLC l连接，用于显示PLC l的运行数据，并将运行数据进行存储。例如可以显示和存储PLC l接收的和/或发送的数据，执 行的程序数据等，能够表征整个控制系统的运行状态，系统运行参数均可以 进行显示和存储。可以将压力传感器2采集的管网压力数据进行显示。该显 示屏记录^t块30中的显示屏具体可以为触摸屏，具有手写输入识别功能，用 于接收触摸式输入的控制指令。显示屏记录模块30可以记录控制器运行的相 关数据，以备后续查询。这在出现火灾调查的情况下更为重要，可以有利于 查明火灾过程。
网络接口模块32，网络接口模块32连接在PLC 1上，是PLC 1的一个 网络扩展^t块，用于实现PLC l与网络之间的数据交互。具有网络接口模块 32可以使数字多功能专用消防给水设备控制器跨接到因特网上，进而能够实 现远程监控、远程通讯等功能。可以通过网络通信方式与建筑物的整个安保 中心及城市消防中心实现信息共享和联动控制。
短信呼出模块33连接在PLC 1上，用于发送短信数据。短信呼出模块 33由与PLC l兼容的通讯模块组成，相当于手机短信传呼的功能。短信呼出 模块33也连接在某输出端口上。通过短信呼出模块33可以将PLC 1内的数 据以短信形式发送给预设的几位管理者的手机上。例如呼出设备故障、报 警信号等的短信，以便及时维修设备。具有短信呼出功能可以及时通报故障 和报警信息，使消防给水系统能够得到及时维修，随时处于良好的待机状态， 满足消防设备高可靠性的要求。
采用本实施例的技术方案，实现了 PLC的数字化控制，输入输出的指令 均数字化，且将压力传感器传输的模拟压力信号转换为数字信号提供给PLC, 对数字化指令或信号的处理可以量化，编程更加简单，PLC控制的准确性更 高。通过压力传感器可以检测消防给水管网压力，从而通过变频器对消防泵 的排水流量进行控制，能够根据具体的消防情况来调整供水量，提高了 PLC 的可控性。
第二实施例
图2为本发明第二实施例所提供的数字多功能专用消防给水设备控制器的结构示意图。本实施例可以上述第一实施例为基础，进一步包括流量传感
器8和转速传感器9。
其中，流量传感器8与PLC 1的检测端口 15连接，用于连接至消防泵6 中以检测消防泵6的流量，并产生流量信号传输至^r测端口 15。转速传感器 9与PLC 1的才企测端口 15连接，用于连接至消防泵6以检测消防泵6电机的 转速，并产生转速信号传输至检测端口 15。
本实施例的数字多功能专用消防给水设备控制器中增设了传感器，可以 丰富控制系统的检测功能，监测消防泵和消防给水管网的运行情况，为优化 控制提供依据，使控制系统更加智能化。本发明数字多功能专用消防给水设 备控制器并不限于采用上述几种传感器。若传感器输出的是模拟传感信号， 则可通过模数转换模块转换为数字信号，便于对数字信号进行量化的精确处 理，能够简化控制程序，且提高控制效率。
在上述技术方案的基础上，数字多功能专用消防给水设备控制器还可以 外延扩展至包括消防泵主控制回路4、自动巡检控制回路27、人机输入界面 25和/或液位传感报警设备26等。
消防泵主控制回路4与PLC 1和变频器5分别相连，用于在PLC 1和变 频器5的控制下驱动各消防泵6执行恒压或恒流方式的消防供水。
自动巡枱二控制回路27与PLC l和变频器5分别相连，用于在PLC l和变 频器5的控制下驱动各消防泵6执行自动巡检。
人机输入界面25与控制指令接收端口 ll相连，用于输入控制指令。
液位传感报警设备26与控制指令接收端口 11相连，用于检测数字多功 能专用消防给水设备控制器所处环境的液位和/或湿度，并产生报警信号传输 给PLC 1。
实际应用中，控制指令接收端口 ll的数量可以为多个，即提供多个输入 端口，分别连接一个或多个输出各种控制指令的设备、传感器等。例如，某 一个控制指令接收端口 11可以连接至设备故障检测设备22，用于接收故障 报警信号。另一个控制指令接收端口 11可以连接至消防中心控制室23,用于接收消防中心控制室23发送的控制指令，例如启动消防泵指令，停止消防 泵指令等。再一个控制指令接收端口 11可以连接楼宇自动化监控(简称BA) 系统24,用于接收BA系统24所监控到的火警信号等。某些控制指令接收端 口 11还可以分别连接到人机输入界面25和液位传感报警设备26。连接至人 机输入界面25可以直接接收工作人员输入的控制指令，连接液位传感报警设 备26可以接收液位报警信号或称湿度报警信号，即当数字多功能专用消防给 水设备控制器被水淹泡或环境湿度过高的情况下即产生液位或湿度报警信
号
另外，该数字多功能专用消防给水设备控制器还可以包括多个控制指令 输出端口 16,分别用于连接BA系统24、消防中心控制室23和自动巡4全控制 回路27中的一个或多个。控制指令输出端口 16将PLC l产生的数字化控制 指令传输给相应的系统或模块。例如，当接收到BA系统24或消防中心控制 室23发送的控制指令后可以通过控制指令输出端口 16进行应答；还可以接 收人机输入界面25输入的自动巡检启动指令，将该指令通过控制指令输出端 口 16传输给自动巡检控制回路27。自动巡检控制回路27与PLC 1和变频器 5相连，在PLC 1和变频器5的控制下对各个消防泵6的状态进行检测，自 动巡检控制回路27可以与消防泵主控制回路4共用输出电路来控制消防泵6。
上述连接同 一系统或模块的控制指令接收端口和控制指令输出端口可以 是采用双工形式通讯的一个端口 ，例如PLC可以采用一个双工形式通讯的接 口与BA系统相连来交互凝:据。
采用本实施例的技术方案，控制系统可以与多个控制指令来源相连，接 收多种信号，丰富了控制功能。
第三实施例
图3为本发明第三实施例所提供的数字多功能专用消防给水设备控制器 的结构示意图。本实施例可以上述第二实施例为基础，进一步增设了输入单 元28和输出单元29。
输入单元28包括多个继电器，分别连接在各控制指令接收端口 11与对应连接的设备之间，例如连接在设备故障检测设备22、消防中心控制室23、 BA系统24、人机输入界面25和液位传感报警设备26与控制指令接收端口 ll之间。上述各设备发出的控制指令、报警信号等均以开关量控制各自连接 的继电器，继电器的输出端接入PLC 1的输入端口。输入单元28可以采用V 型继电器，可以对不同电平值输入的控制指令起到转换作用，能够对PLC 1 的输入端口起到扩展作用。
输出单元29包括多个继电器，分别连接在消防泵控制端口 12、变频控 制端口 13和控制指令输出端口 16与各端口对应连接的设备之间，例如连接 在BA系统24、消防中心控制室23和自动巡检控制回路27与控制指令输出 端口 16之间。继电器可以将PLC 1输出的数字信号以开关量的形式传递给相 应的设备。输出单元29可以采用V型继电器，对输出的控制指令电平值起到 了转换作用，能够适应不同负载的要求。
采用本实施例的技术方案，使PLC可以与多种设备相连，消除了不同设 备传输信号在电平值大小方面的区别障碍，易于扩展。
采用本发明各实施例的数字多功能专用消防给水设备控制器可以实现多 种模式的控制，下面分别进行介绍。
一、恒速泵消防运4亍方式
设置PLC内当前运行程序为恒速泵模式。当PLC通过输入单元接收到消 防中心控制室或人机输入界面输入的消防运行命令时，或者压力传感器检测 到消防管网内压力低于一定值时，会向PLC发送消防运行命令，则启动消防 运行程序，将消防运行命令传输给输出单元，输出单元的继电器动作以启动 消防泵主控制回路，从而启动各消防泵运行。消防泵将以额定扬程和流量向 消防给水管网提供水源。同时，消防泵的启动信号会通过PLC反馈至消防中 心控制室作为应答信号，也输出到BA系统作为告知信号。其中，消防运行命 令是一组无源开关量信号，该信号进入输入单元的相应继电器，此继电器的 输出进入PLC的相应输入端口 。消防停止命令的传输过程与消防运行命令的 传输过程类似。二、 恒压变量消防运行方式
设置PLC内当前运行程序为恒压变量模式，并在PID调节器内设置所需 的消防给水管网压力值。当PLC接收到消防中心控制室、人机输入界面或压 力传感器传输的消防运行命令时；PLC通过输出单元控制消防泵主控制回路， 使消防泵运行；PLC控制变频器上电，并使变频器的输出馈至消防泵主控制 回路，以控制消防泵电机的转速；压力传感器将消防给水管网的压力信号转 换成4~20毫安的直流信号，送入PID调节器与设定压力值比较，其差值由 PID调节器作PID运算，输出的模拟信号送入变频器，数字信号进入PLC,随 时调整变频器的输出频率，控制消防泵电机的转速，改变消防泵的供水量， 维持消防给水管网的压力在设定压力值。
若消防给水管网内压力发生变化将自动进行调节。例如，当消防水量减 少，管网压力增加时，调节过程是管网压力值大于设定压力值，PID调节 器输出减小，变频器输出频率降低，消防泵电机转速下降，消防泵供水量减 小，使消防给水管网压力降低；当消防水量增大，管网压力降低时的控制动 作与上述过程相反。上述负反^t的控制过程实现了以恒定压力、变化的流量 向消防给水管网压力平稳供水。
同样，消防泵的启动信号会反馈至消防中心控制室作为应答信号，也输 出到BA系统作为告知信号。
三、 自动巡4企运4于方式
本方式是在非消防运行期间才自动启动的，是为防止消防泵长期不用可 能发生的锈蚀和锈死现象而设置的一种维护态的运行方式。若本方式正在运 行时遇到消防运行命令，则无条件立刻退出自动巡检，并立即转为执行消防 运行方式。
本方式可以由PLC的系统时钟触发启动，时钟周期可以_没定为24小时的 倍数。
运行过程如下自动巡^r时钟启动系统程序中的自动巡;f全子程序，该程 序使输出单元控制变频器上电，同时控制自动巡检回路接通变频器的输出和向消防泵组的馈电，变频器以较低的输出频率逐一驱动消防泵组，使之以较低的转速转动5-IO分钟，然后，对消防泵主控制回路的主要低压器件逐一的 给出2秒的动作信号使之动作。上述过程可以有效的防止消防泵的锈蚀和锈 死，也保证了消防泵主控制回路的主要低压器件的完好。由于消防泵转速低， 消防泵不出水，不会对消防给水管网产生压力，消防给水管网是安全的。若 在上述过程中不论消防泵还是低压器件有故障，则会立刻停止巡检动作并给 出故障报警信号。此报警信号会启动手机短信传呼，以告知用户维修。同时， 也会发至消防中心控制室、BA系统和记录入显示屏记录模块。显示屏记录模 块每次记录自动巡;f企的结果和时间，相当于飞机上的"黑匣子"，这样，消 防的行政管理部门就可以方便的了解掌握设备的工作状况，给火灾调查提供 了方便。四、其它几个功能的运行过程网络接口模块的使用必须通过用户密码才可进入。网络接口模块实际经 常用于远程监控，可实时监控到用户设备的工作情况，可修改、维护和升级 系统程序和用户程序、可观察到管网压力、设备的自动巡检情况。若有消防 运行，可观察到消防泵的流量。这样，给维护工作带来很大的便利。液位传感报警设备用于设备本身的保护。当环境湿度超过90%或液位传 感器动作，这可以表征消防蓄水池的水位或消防泵房地面的积水时，该报警 信号送入PLC,此后会立即给出报警。手机短信传呼、BA系统和消防中心控 制室均可得到报警，并纪录入显示屏记录模块。本发明各实施例提供的数字多功能专用消防给水设备控制器是一种消防 给水设备专用的、数字化的多功能控制系统，其具有如下优点1)以PLC作为控制系统的核心部件，使控制系统的产品标准化，编程操 作简单，且抗干扰能力强，避免出现"死机"的现象，硬件与软件相结合的 方式，提高了控制系统的效率；2 )以数字化PID对管网压力的模拟信号进行转换，完成对变频器的控制， 控制精度高、准确、快捷，避免出现振荡和过控制的现象；3) 通过模数转换技术，以数字化的方式处理管网压力信号、流量信号和转换信号等模拟信号，模拟信号容易叠加干扰，因此运算误差大，不精确， 将模拟信号转换为数字信号可以提高处理精度，且可以更简单的程序实现控制，避免了冗长的程序语句和过控制；4) 釆用集成和模块方式构成控制系统，易于编程、维护、组合，且可靠 性高、性价比高；5) 增加了网络接口模块，使控制系统可以跨接在局域网上，实现对PLC 的远程编程、监控和通讯；6) 增加了短信呼出模块，使控制系统具备类似于手机的短信传呼功能， 能及时地报告控制系统及设备情况；7) 使用的触摸屏可以具有存储功能，可记录设备运行情况和故障情况， 该记录可以设置为180天周期性记录的模式，这对于设备管理和火突调查是 非常有利的。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其 限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术 人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或 者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1、一种数字多功能专用消防给水设备控制器，其特征在于，包括可编程逻辑控制器，其上设置有控制指令接收端口、消防泵控制端口和变频控制端口，所述控制指令接收端口用于接收数字式控制指令，所述消防泵控制端口用于连接至消防泵主控制回路，控制消防泵的启动或停止，所述变频控制端口用于连接至所述消防泵主控制回路的变频器，控制变频器的运行；压力传感器，用于连接在消防给水管网中以检测管网压力，产生模拟压力信号；PID调节器，连接在所述压力传感器和可编程逻辑控制器上的压力输入端口之间，且连接至所述变频器，所述PID调节器用于处理所述模拟压力信号后传输给所述变频器以控制所述变频器的输出频率，且将所述模拟压力信号转换为数字信号传输给所述可编程逻辑控制器，所述数字多功能专用消防给水设备控制器还包括下述模块中的任意一个或多个模数转换模块，集成在所述可编程逻辑控制器上，与所述可编程逻辑控制器的检测端口连接，用于将检测端口接收的模拟信号转换为数字信号，并传输给所述可编程逻辑控制器；显示屏记录模块，与所述可编程逻辑控制器连接，用于显示所述可编程逻辑控制器的运行数据，并将所述运行数据进行存储，其中所述显示屏记录模块中的显示屏为触摸屏，具有手写输入识别功能，用于接收触摸式输入的控制指令；网络接口模块，连接在所述可编程逻辑控制器上，用于实现所述可编程逻辑控制器与网络之间的数据交互；短信呼出模块，连接在所述可编程逻辑控制器上，用于发送短信数据。
2、 根据权利要求1所述的数字多功能专用消防给水设备控制器，其特征在于，还包括流量传感器，与所述可编程逻辑控制器的检测端口连接，用于连接至消 防泵以^r测消防泵的流量，并产生流量信号传输至所述;f企测端口 ；转速传感器，与所述可编程逻辑控制器的检测端口连接，用于连接至消 防泵以4全测消防泵电机的转速，并产生转速信号传输至所述纟全测端口 。
3、根据权利要求1所述的数字多功能专用消防给水设备控制器，其特征 在于，还包括消防泵主控制回路，与所述可编程逻辑控制器和变频器分别相连，用于 在所述可编程逻辑控制器和所述变频器的控制下驱动各消防泵执行消防供 水。
4 、根据权利要求1所述的数字多功能专用消防给水设备控制器，其特征 在于，还包括自动巡检控制回路，与所述可编程逻辑控制器和变频器分别相连，用于 在所述可编程逻辑控制器和所述变频器的控制下驱动各消防泵执行自动巡 检。
5、 根据权利要求1所述的数字多功能专用消防给水设备控制器，其特征 在于，还包括人机输入界面，与所述控制指令接收端口相连，用于输入控制指令。
6、 根据权利要求1所述的数字多功能专用消防给水设备控制器，其特征 在于，还包括液位传感报警设备，与所述控制指令接收端口相连，用于检测所述数字 多功能专用消防给水设备控制器所处环境的液位和/或湿度。
7、 根据权利要求1~6任一所述的数字多功能专用消防给水设备控制 器，其特征在于所述控制指令接收端口的数量为多个，分别用于连接设备故障检测设备、 消防中心控制室、楼宇自动化监控系统、人机输入界面和液位传感报警设备中的一个或多个；还包括多个控制指令输出端口 ，分别用于连接所述楼宇自动化监控系统、 消防中心控制室和自动巡检控制回路中的一个或多个。
8、根据权利要求7所述的数字多功能专用消防给水设备控制器，其特征 在于，还包括输入单元，包括多个继电器，分别连接在各所述控制指令接收端口与对 应连接的设备之间；输出单元，包括多个继电器，分别连接在所述消防泵控制端口、变频控 制端口和控制指令输出端口与各端口对应连接的设备之间。
全文摘要
本发明涉及一种数字多功能专用消防给水设备控制器，包括可编程逻辑控制器，其上设置有控制指令接收端口、消防泵控制端口和变频控制端口，控制指令接收端口用于接收数字式控制指令，消防泵控制端口用于连接至消防泵主控制回路控制消防泵的启动或停止，变频控制端口用于连接至变频器控制变频器的运行；压力传感器用于连接在消防给水管网中以检测管网压力，产生模拟压力信号；PID调节器，用于处理模拟压力信号后传输给变频器以控制变频器的输出频率，且将模拟压力信号转换为数字信号传输给可编程逻辑控制器，该控制器还可以包括模数转换模块、显示屏记录模块、网络接口模块和/或短信呼出模块。本发明可实现数字化控制，提高控制准确性。
文档编号G05B19/05GK101533271SQ20091008205
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月17日 优先权日2009年4月17日
发明者孙青格 申请人:孙青格