一種低頻消防巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

曹鵬科

（江蘇宜開電氣有限公司，江蘇 無錫214226））

0 引言

消防安全，重于泰山！火災(zāi)不但會(huì)造成人民財(cái)產(chǎn)的重大損失，而且有時(shí)也會(huì)帶來人員的大量傷亡，保證消防安全已成為全社會(huì)的共識(shí)。但很多經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)表明，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，大多數(shù)消防系統(tǒng)形同虛設(shè)。原因何在？其實(shí)很簡(jiǎn)單，消防系統(tǒng)的心臟——消防泵，平時(shí)不動(dòng)，用時(shí)才動(dòng)。平時(shí)不動(dòng)，必然導(dǎo)致長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境下的消防水泵泵軸和葉輪出現(xiàn)銹蝕，直至銹死，從而造成消防命令來時(shí)泵啟動(dòng)不了。所以公安部發(fā)布了GA30.2—2002《中華人民共和國(guó)公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》，強(qiáng)制性規(guī)定：消防泵長(zhǎng)期處于非運(yùn)行狀態(tài)的設(shè)備應(yīng)具有巡檢功能。即這些設(shè)備過一段時(shí)間要運(yùn)行一定時(shí)間，檢查一下，防患于未然，以此保證真正用時(shí)能動(dòng)能用。

巡檢裝置可分為工頻和低頻巡檢裝置。由于工頻巡檢裝置消耗大量電能，運(yùn)行費(fèi)用高昂，而且為了防止超壓在水系統(tǒng)上增加了主旁路閥，使水系統(tǒng)復(fù)雜化，增加了故障率，故此本文設(shè)計(jì)了一種獨(dú)具特色、節(jié)能實(shí)用的低頻消防巡檢系統(tǒng)。

1 相關(guān)理論技術(shù)及開發(fā)環(huán)境

1.1 相關(guān)理論技術(shù)

低頻消防巡檢裝置以PLC為核心，通過人機(jī)界面設(shè)定，控制變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，拖動(dòng)消防泵運(yùn)行。設(shè)計(jì)該系統(tǒng)主要用到的相關(guān)技術(shù)有：PLC編程技術(shù)、變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、電氣控制技術(shù)。

1.2 開發(fā)環(huán)境

該系統(tǒng)包括硬件和軟件。硬件包括一／二次設(shè)備、控制原理圖、接線圖、元器件布置圖，軟件包括STEP 7－Micro／WIN以及集成于STEP 7－Micro／WIN內(nèi)的 TD Keypad Designer。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 電路的構(gòu)成

一個(gè)常規(guī)的低頻消防巡檢系統(tǒng)包括雙電源切換柜、噴淋泵電控柜、消火栓泵電控柜、低頻巡檢柜，關(guān)系如圖1所示。

圖1 常規(guī)低頻消防巡檢系統(tǒng)

雙電源切換柜兩路電源進(jìn)線，一主一備，保證對(duì)其他三柜電源供應(yīng)的可靠。噴淋泵、消火栓泵電控柜（噴淋泵和消火栓泵統(tǒng)稱消防泵）在10D303－3《國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集》典型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上增加了與低頻巡檢柜的一、二次接口電路。

2.2 消防泵電控柜與低頻巡檢柜二次接口電路

（1）消防泵電控柜引至低頻巡檢柜信號(hào)：消防泵手動(dòng)控制信號(hào)、消防聯(lián)動(dòng)控制信號(hào)、消防應(yīng)急控制信號(hào)、消火栓箱內(nèi)啟泵或低壓力啟噴淋泵信號(hào)、消防泵主開關(guān)狀態(tài)信號(hào)、消防泵啟動(dòng)器故障及過載信號(hào)、消防泵工頻運(yùn)行信號(hào)、水源池液位過低信號(hào)。

（2）低頻巡檢柜引至消防泵電控柜信號(hào)：消防泵巡檢運(yùn)行信號(hào)。

2.3 消防泵電控柜與低頻巡檢柜一次接口電路

只需用三芯電纜把消防電控柜輸出接觸器出線端與低頻巡檢柜對(duì)應(yīng)回路低頻輸出接觸器出線端相連（相位對(duì)應(yīng)）即可。電纜截面可按電機(jī)巡檢最大電流再放以裕量考慮。

2.4 低頻巡檢柜的硬件設(shè)計(jì)

2.4.1 接觸器選擇

低頻巡檢柜變頻器輸出側(cè)接觸器路數(shù)配置根據(jù)消防泵數(shù)量，即有幾臺(tái)消防泵便配置幾路接觸器。每路接觸器數(shù)量由消防泵主回路決定，若主回路為直接或軟啟動(dòng)只需配一只接觸器，若為Y／△啟動(dòng)則需配兩只接觸器。

由于巡檢運(yùn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速低（4級(jí)電機(jī)一般不超過300r／min）、功率小，接觸器容量也按電機(jī)最大巡檢電流再放以裕量考慮。

2.4.2 電源斷路器選擇

變頻器電源斷路器需帶有隔離功能，采用線路保護(hù)型，容量按變頻器容量選擇。

2.4.3 變頻器選擇

變頻器工作在低頻區(qū)域，作為低頻電源。

噴淋泵及消火栓泵屬水泵類，大多數(shù)品牌的變頻器都有泵類專用型，比之一般應(yīng)用型價(jià)格低。由于采用PLC控制變頻器，變頻器需能接收0（4）～20mA的轉(zhuǎn)速給定信號(hào)，常見變頻器都能滿足這一要求。變頻器容量按所巡檢的消防泵電機(jī)功率及泵低速時(shí)所需轉(zhuǎn)矩綜合考慮。

2.4.4 PLC及人機(jī)界面選擇

根據(jù)所有消防泵電控柜送至低頻巡檢柜的DI信號(hào)及低頻巡檢柜本身需進(jìn)PLC的DI信號(hào)確定總DI信號(hào)數(shù)量，根據(jù)控制及信號(hào)、報(bào)警需要確定DO總數(shù)量。除數(shù)字量輸入、輸出外，至少需要一個(gè)0（4）～20mA模擬量輸出來控制變頻器轉(zhuǎn)速給定。DI、DO、AI、AO總數(shù)確定后，再考慮一定裕量，便可最終確定PLC構(gòu)成。一個(gè)典型的應(yīng)用：兩臺(tái)噴淋泵、兩臺(tái)消火栓泵、兩臺(tái)室外消火栓泵（六臺(tái)泵主回路均為軟啟動(dòng)），共六臺(tái)泵需巡檢，設(shè)計(jì)選用了西門子S7－200系列 CPU226（24DI／16DO）＋EM221（8DI）＋EM232（2AO）＋電池卡。

人機(jī)界面選用西門子TD400C。它與西門子S7－200PLC無縫集成，不存在兼容性問題，穩(wěn)定可靠。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件流程

軟件流程圖如圖2所示。

圖2 軟件流程圖

（1）手動(dòng)巡檢模式適用于調(diào)試階段或任何時(shí)間強(qiáng)制巡檢。根據(jù)程序設(shè)定，完成一個(gè)巡檢周期，自動(dòng)停止。

（2）自動(dòng)巡檢模式按照設(shè)定的周期、鐘點(diǎn)、時(shí)長(zhǎng)、時(shí)間間隔、轉(zhuǎn)速對(duì)幾臺(tái)消防泵依次自動(dòng)進(jìn)行啟動(dòng)檢查。

（3）在巡檢過程中若遇到消防命令信號(hào)立刻自動(dòng)退出巡檢模式，進(jìn)入消防運(yùn)行模式。

3.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

具有多種用戶菜單及詳細(xì)的報(bào)警功能，具體包括：（1）巡檢裝置使用的基本說明；（2）實(shí)時(shí)參數(shù)值顯示；（3）通過用戶密碼，可根據(jù)需要設(shè)置巡檢周期、鐘點(diǎn)、時(shí)長(zhǎng)、時(shí)間間隔、轉(zhuǎn)速；（4）變頻器、巡檢回路、消防主回路等故障、異常顯示報(bào)警。

3.3 變頻器參數(shù)設(shè)置

（1）頻率、運(yùn)行指令均設(shè)置為控制回路端子；

（2）頻率指令設(shè)置為0～20mA（或4～20mA）信號(hào)，運(yùn)行指令設(shè)置為兩線制；

（3）定義一個(gè)多功能輸入端子為故障復(fù)位功能；

（4）設(shè)置多功能輸出至少為故障、運(yùn)行兩種狀態(tài)輸出；

（5）設(shè)定變頻器運(yùn)行頻率上限；

（6）停止方式選擇為減速停止；

（7）瞬時(shí)停電動(dòng)作選擇為無效，即恢復(fù)供電時(shí)不重啟動(dòng)；

（8）頻率指令喪失時(shí)電機(jī)停止。

4 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能框圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能框圖

5 通電調(diào)試

以上面典型應(yīng)用為例。

檢查一、二次接線（包括柜間連線）正確后，在低頻巡檢柜每只巡檢接觸器下端接入白熾燈（白熾燈一端接接觸器任一相，一端接零線），共六只，把PLC模式開關(guān)打至“STOP”。然后雙電源、低頻巡檢柜、噴淋泵電控柜、消火栓泵電控柜依次送電。載入程序到PLC，然后把PLC模式開關(guān)打至“RUN”：（1）在人機(jī)界面TD400C上查看巡檢周期、鐘點(diǎn)、時(shí)長(zhǎng)、時(shí)間間隔、轉(zhuǎn)速的初始設(shè)定值。（2）噴淋泵、消火栓泵電控回路按常規(guī)調(diào)試。（3）主令開關(guān)打至“手動(dòng)巡檢”位置，手動(dòng)巡檢調(diào)試：六只白熾燈按設(shè)定輪流點(diǎn)亮熄滅，燈泡亮度即表示轉(zhuǎn)速大小，工作一個(gè)巡檢周期。（4）主令開關(guān)打至“自動(dòng)巡檢”位置，自動(dòng)巡檢調(diào)試（可先設(shè)置為當(dāng)前時(shí)刻，正式運(yùn)行時(shí)，按需設(shè)置）：六只白熾燈亮滅同手動(dòng)巡檢，按設(shè)置巡檢時(shí)間周而復(fù)始。（5）模擬給定消防信號(hào)，無論巡檢狀態(tài)如何，即刻轉(zhuǎn)入消防運(yùn)行模式。（6）模擬各種故障信號(hào)，在人機(jī)界面及通過柜面上的指示燈、蜂鳴器相應(yīng)報(bào)出。

6 結(jié)語

該系統(tǒng)不但完全滿足GA30.2—2002要求，具有手自動(dòng)巡檢功能等，而且節(jié)能可靠，拓展方便。

在任何時(shí)候巡檢時(shí)間均可方便地設(shè)置在谷電時(shí)期內(nèi)，加之巡檢電源限定為低頻電源，這樣不但檢查了消防設(shè)備，而且最大限度地節(jié)省了電費(fèi)開支。

再者本系統(tǒng)選用PLC作為控制核心，成熟可靠，而且PLC擴(kuò)展簡(jiǎn)便，使得巡檢系統(tǒng)的功能規(guī)模拓展變得非常容易，減少了擴(kuò)能用戶的二次投資，且省時(shí)省工。

本設(shè)計(jì)已轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品，應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)，收到了一定的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。