本實用新型涉及一種系統智能控制裝置，特別是涉及一種消防給水系統智能控制裝置。

背景技術：

隨著城市的快速發展各種高層建筑日益增多，由于建筑物內使用大量的可燃性裝飾材料，導致發生的火災機會越來越大。盡管目前每幢建筑物都配備了消防滅火系統，但經驗和教訓都能證明火災初期撲滅的成功與否，主要取決與消防給水設備是否完好、控制電路是否工作正常。目前消防水泵是消防滅火系統中的一個重要組成部分，其主要特點平時可能不常用，一旦使用必須及時可靠的發揮作用，以減少火災擴散的危險，延緩火災蔓延的速度，從而保障生命財產的安全。但是由于消防水泵長期處于不工作閑置狀態，加上水泵房比較潮濕，很容易發生消防水泵泵軸和葉輪銹蝕、繡死、電器元件損壞等現象，以致發生火災時水泵不能及時正常運行而無法撲滅火災，極大的危害人身安全和財產安全。針對消防給水系統中存在的問題，本實用新型以可編程控制器PLC和人機界面為核心，控制消防水泵在滅火時變頻恒壓供水，閑置時自動巡檢每一臺消防水泵。使目前的控制系統得到進一步改善，不僅減少滅火過程中壓力、流量波動的問題而且經濟節能，操作過程更加簡單方便。采用PLC控制系統具有安全、穩定、可靠、靈活性強等優點，完全達到無傷害、安全可靠的目的，PLC的靈活性贏得了高效率的滅火，系統可靠的穩定性保準了滅火順利進 行，自動巡檢功能為日常維護工作提給了方便，通過RS-485接口可與消防控制中心聯網實現遠程監控。公安部頒布的行業強制性標準《GA30.2固定消防給水設備的性能要求和試驗方法》中明確規定：消防水泵長期處于非運行狀態的設備應具有巡檢功能。

目前消防給水系統存在的問題

消防給水設備是各種水滅火系統重要組成部分，其性能優劣、日常維護管理是否完善，直接影響被保護對象的安全。發生火災后消防給水設備不能正常運轉的火災案例屢見不鮮，各地消防部門在日常的防火檢查中發現的消防給水設備形同虛設的情況也比比皆是。主要問題如下：

1、傳統的消防泵控制電路采用中間繼電器和時間繼電器，而且設計控制回路使用的元器件多、元器件壽命短、接線復雜、通用性差等缺點，造成電氣性能不穩定和日常維護工作困難。

2、消火栓嚴重超壓無法使用，在日常檢查和實驗中發現一個共同的問題：底層部分的消火栓壓力過大，超過規范允許的80米水柱的規定，有的地方超過120米水柱以上，導致一些義務消防員甚至正式消防員也無法使用，而形成這種現象主要原因，設計人員著重考慮滅火效果忽略使用者。

3、消防供水設備的供電電源長時間中斷，使水泵根本無法運轉，消防水泵嚴重銹蝕，不能正常運轉。消防給水系統的常開閥門被誤關，使系統無法出水，常閉閥門被誤開，使供水設備所提供的水量短路回流。

綜合分析上述問題，為了保障消防給水設備在滅火時正常及時的工作，必須有一套可靠、穩定、安全的控制系統，在滅火過程中水壓、水流的穩定保障了滅火順利進行。供電中斷和閥門的誤開、誤關這些 屬人為原因造成，設備的銹蝕和損壞屬日常維護管理不善造成，這些問題的解決除加強管理外，采取技術措施也可以及早發現并促進及時解決。

技術實現要素：

本實用新型的目的是為了克服上述背景技術的不足，提供一種消防給水系統智能控制裝置，使其可靠、穩定、安全，在滅火過程中穩定的水壓和水流以保障滅火順利進行。

本實用新型提供的一種消防給水系統智能控制裝置，包括觸摸屏、上位機、壓力變送器、可編程邏輯控制器、變頻控制柜、消火栓箱，消防總管和消火栓系統支管，所述觸摸屏和上位機分別通過導線與所述可編程邏輯控制器的第一對外通信接口和第二對外通信接口連接；所述可編程邏輯控制器通過通信連接線與第一擴展模擬量輸入模塊連接，所述可編程邏輯控制器還通過導線分別與第二擴展模擬量輸入模塊和第三擴展模擬量輸入模塊連接；所述第一擴展模擬量輸入模塊、第二模擬量輸入模塊、第三擴展模擬量輸入模塊的另一端面分別通過導線與變頻控制柜連接；所述消防總管上設置有壓力變送器、第一電接點壓力表、巡檢泄壓電磁閥，消防總管一端插入清水池內，消防總管另一端與消火栓全系統支管和噴淋系統支管連通；所述消火栓系統支管上設置有第一壓力開關、消火栓箱；所述噴淋系統支管上設置有濕式報警閥組、玻璃球式噴頭；所述消火總管的分支管上設有第一分支管流量開關、第二分支管流量開關、穩壓泄壓電磁閥、第一穩壓泵、第二穩壓泵、氣壓罐、第一消防泵、第二消防泵；所述可編程邏輯控制器通過導線、所述第三擴展模擬量輸入模塊與遠程消防控制中心連接。

在上述技術方案中，所述第一分支管流量開關和第一消防泵串 聯；所述第二分支管流量開關和第二消防泵串聯；所述穩壓泄壓電磁閥、第一穩壓泵、第二穩壓泵、第一分支管流量開關和第一消防泵、第二分支管流量開關和第二消防泵之間彼此并聯。

在上述技術方案中，所述穩壓泄壓電磁閥通過第二執行器、導線、第二擴展模擬量輸入模塊與可編程邏輯控制器連接；所述第一穩壓泵、第二穩壓泵分別通過第三執行器、導線、第二擴展模擬量輸入模塊或第三擴展模擬量輸入模塊與可編程邏輯控制器連接；所述第一分支管流量開關和第二分支管流量開關分別通過導線、第三擴展模擬量輸入模塊與可編程邏輯控制器連接；所述第一消防泵和第二消防泵分別通過導線、變頻控制柜、第二擴展模擬量輸入模塊或第三擴展模擬量輸入模塊與可編程邏輯控制器連接。

在上述技術方案中，所述巡檢泄壓電磁閥通過導線、第一執行器、第二擴展模擬量輸入模塊與可編程邏輯控制器連接。

在上述技術方案中，所述清水池設置有水位檢測傳感器，所述水位檢測傳感器通過導線、第三擴展模擬量輸入模塊與可編程邏輯控制器連接。

在上述技術方案中，所述氣壓罐上設置有第二電接點壓力表；所述第一電接點壓力表和第二電接點壓力表分別通過導線、第三擴張模擬量輸入模塊與可編程邏輯控制器連接。

在上述技術方案中，所述濕式報警閥組內設置有延時器、第二壓力開關；所述第一壓力開關和第二壓力開關分別通過導線、第三擴展模擬量輸入模塊與可編程邏輯控制器連接。

在上述技術方案中，所述消火栓箱內設置有消火栓按鈕，所述消火栓按鈕通過導線、第三擴展模擬量輸入模塊與可編程控制器連接。

在上述技術方案中，所述變頻控制柜內設置有濾波器。

在上述技術方案中，所述觸摸屏內設置有外存儲器。

軟件設計依據和原理

一般消防給水多為末端消火栓或噴淋的用水量調節啟停泵數量，壓力偏小時加泵，壓力偏高時減泵。傳統的控制方式為人工手動控制，存在著如下缺點：水壓不穩定達不到消防水壓要求，操作控制落后人為因素很大。運用智能化水泵變頻控制后，隨著負荷變化自動調整水泵轉速，在保準水壓恒定狀況下，同時也起到了節能作用。目前大多數使用的消防水泵不能做到定期試機運行，導致泵體、底閥和單向閥卡死、銹死，采用可編程邏輯控制器(PLC)對消防泵組進行控制，實現泵組在空閑時定期試運行，撲救火災時自動啟動，從而有效地杜絕消防水泵關鍵時刻不能用的局面。本控制系統設計基本功能符合國家GB27898-2011標準第二部分：消防自動恒壓給水設備對消防水泵控制和巡檢的要求。

本實用新型消防給水系統智能控制裝置，具有以下有益效果：

1、采用可編程邏輯控制器PLC和人機界面觸摸屏為核心控制，適用任何室內外消防給水系統，也適用老式消防給水系統改造。

2、工作方式可分：穩壓模式、消防模式、巡檢模式，平時穩壓工作維持管網設定壓力，火災時退出穩壓模式，并迅速進入消防模式開啟消防泵；空閑期消防泵低頻巡檢定期試運行，巡檢分手動、自動兩種功能，手動巡檢具有定期提醒功能，自動巡檢按設定時間、參數自動巡檢，巡檢的時間、運行參數可在觸摸屏設定，巡檢工作中一旦發生火災立即退出巡檢并進入消防模式。

3、消防控制柜設有雙電源供電方式，消防泵主電路設有變頻和工頻兩套電路，平時主要變頻恒壓工作，當變頻器發生故障時自動切換工頻運行；在多臺消防泵系統中，控制軟件根據滅火時的用水量自 動調整臺數變頻恒壓供水。

4、提供多種方式啟動消防泵滅火的接口，有手動消火栓按鈕啟泵、本地消防控制柜手動緊急啟泵、自動壓力開關啟泵、遠程消防控制中心啟泵，并在本地消防控制柜設有災后停泵按鈕。

5、系統控制除了設有常規的電氣保護外，消防主電路設有跳閘切換備用泵功能，分支路無流量時切換備用泵分支路，消防總管設有超壓保護功能，系統管網設有穩壓泄壓電磁閥、巡檢泄壓電磁閥；穩壓泵具有自動輪換運行功能，當運行的穩壓泵故障時自動切換備用泵工作；自動低頻巡檢工作中發生變頻器故障，立即停止巡檢不切換工頻并報警提示。

6、觸摸屏監控界面人性化設計，采用動態仿真圖形逼真模仿設備運行狀態，使人看了一目了然；實時記錄運行、故障事件、數據打印，觸摸屏采用外儲存器徹底解決了記錄數據的瓶頸，并通過外儲存器下載歷史記錄數據，數據以電子文檔格式方便管理人員查看、分析、統一管理。

7、變頻控制柜設置濾波器，能有效抑制變頻器產生的諧波，凈化電源質量防止干擾，使諧波分量達到國際標準。

8、控制系統具有RS-485通訊接口，通過Modbus-RTU很方便地與消防控制中心通訊。

附圖說明

圖1為本實用新型消防給水系統智能控制裝置的結構示意圖；

圖2為本實用新型消防給水系統智能控制裝置的電路接線示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖1-2及實施例對本實用新型作進一步的詳細描述，但該實施例不應理解為對本實用新型的限制。

本實用新型消防給水系統智能控制裝置，包括觸摸屏1、上位機2、壓力變送器10、可編程邏輯控制器5、變頻控制柜26、消火栓箱29，消防總管33和消火栓系統支管34，所述觸摸屏1和上位機2分別通過導線與所述可編程邏輯控制器5的第一對外通信接口3和第二對外通信接口4連接；所述可編程邏輯控制器5通過通信連接線6與第一擴展模擬量輸入模塊7連接，所述可編程邏輯控制器5還通過導線分別與第二擴展模擬量輸入模塊8和第三擴展模擬量輸入模塊9連接；所述第一擴展模擬量輸入模塊7、第二模擬量輸入模塊8、第三擴展模擬量輸入模塊9的另一端面分別通過導線與變頻控制柜26連接；所述消防總管33上設置有壓力變送器10、第一電接點壓力表11、巡檢泄壓電磁閥20，消防總管33一端插入清水池37內，消防總管33另一端與消火栓全系統支管34和噴淋系統支管35連通；所述消火栓系統支管34上設置有第一壓力開關13-1、消火栓箱29；所述噴淋系統支管34上設置有濕式報警閥組30、玻璃球式噴頭31；所述消火總管33的分支管上設有第一分支管流量開關14、第二分支管流量開關15、穩壓泄壓電磁閥22、第一穩壓泵24、第二穩壓泵25、氣壓罐36、第一消防泵27、第二消防泵28；所述可編程邏輯控制器5通過導線、所述第三擴展模擬量輸入模塊9與遠程消防控制中心17連接。

所述第一分支管流量開關14和第一消防泵22串聯；所述第二分支管流量開關15和第二消防泵28串聯；所述穩壓泄壓電磁閥22、第一穩壓泵24、第二穩壓泵25、第一分支管流量開關14和第一消防泵27、第二分支管流量開關15和第二消防泵28之間彼此并聯。

所述穩壓泄壓電磁閥22通過第二執行器21、導線、第二擴展模擬量輸入模塊8與可編程邏輯控制器5連接；所述第一穩壓泵24、第二穩壓泵25分別通過第三執行器23、導線、第二擴展模擬量輸入模塊8或第三擴展模擬量輸入模塊9與可編程邏輯控制器5連接；所述第一分支管流量開關14和第二分支管流量開關15分別通過導線、第三擴展模擬量輸入模塊9與可編程邏輯控制器5連接；所述第一消防泵27和第二消防泵28分別通過導線、變頻控制柜26、第二擴展模擬量輸入模塊8或第三擴展模擬量輸入模塊9與可編程邏輯控制器5連接。

所述巡檢泄壓電磁閥20通過導線、第一執行器19、第二擴展模擬量輸入模塊8與可編程邏輯控制器5連接。

所述清水池37設置有水位檢測傳感器18，所述水位檢測傳感器18通過導線、第三擴展模擬量輸入模塊9與可編程邏輯控制器5連接。

所述氣壓罐36上設置有第二電接點壓力表12；所述第一電接點壓力表11和第二電接點壓力表12分別通過導線、第三擴張模擬量輸入模塊9與可編程邏輯控制器15連接。

所述濕式報警閥組30內設置有延時器32、第二壓力開關13-2；所述第一壓力開關13-1和第二壓力開關13-2分別通過導線、第三擴展模擬量輸入模塊9與可編程邏輯控制器5連接。

所述消火栓箱29內設置有消火栓按鈕16，所述消火栓按鈕16通過導線、第三擴展模擬量輸入模塊9與可編程控制器5連接。

所述變頻控制柜26內設置有濾波器。

所述觸摸屏1內設置有外存儲器。

所述控制裝置的工作原理：詳見安裝系統圖1、控制系統圖2

所述控制裝置由穩壓和消防兩部分組成，無火災時穩壓工作維持管網壓力，分別由第一穩壓泵24和第二穩壓泵25自動交替運行實現。氣壓罐36上的第二電接點壓力表12開關信號接入PLC控制器5的開關量輸入點，PLC控制器5根據第二電接點壓力表12上、下限設定值控制穩壓泵啟停，并將啟停信號送入第三穩壓泵執行器23，驅動第一穩壓泵24或第二穩壓泵25運行和停止。穩壓工作中消防總管33上的第二電接點壓力表11檢測到管網超高壓力時，系統自動打開穩壓泄壓電磁閥22并報警提示。穩壓工作中當運行的穩壓泵發生故障時，系統自動切換另一臺穩壓泵運行并報警提示，當有火宅時系統退出穩壓并進入消防工作狀態。在清水池37中安裝水位檢測傳感器18，當水池低水位時，穩壓泵停止運行，同時報警提醒操作人員，但在消防滅火時低水位不影響消防泵運行。

發生火災時，當噴淋系統支管35上的噴淋玻璃球式噴頭31動作后，濕式報警閥組30經延時器32延時后第二壓力開關13-2動作，壓力開關信號反饋給PLC控制器5，并迅速將消防泵啟動信號給變頻控制柜26，驅動第一消防泵27或第二消防泵28變頻恒壓運行。

發生火災時，當消火栓箱29中消火栓按鈕16手動按下后，或者消火栓系統支管34上的第一壓力開關13-1自動動作，經控制軟件延時后將啟泵信號給變頻控制柜26，驅動第一消防泵27或第二消防泵28變頻恒壓運行。

發生火災時，當遠程消防控制中心17發出啟泵信號給PLC控制器5，同樣也能啟動消防泵變頻恒壓運行，為了應付緊急情況在本地 變頻控制柜26設有緊急啟泵按鈕和災后停泵按鈕。

消防泵在滅火工作中，消防總管33上的第一電接點壓力表11檢測到超壓信號，經控制軟件延時后強制停止消防泵運行；滅火中任何一臺消防泵變頻運行時發生變頻器故障，控制軟件立即切換備用泵工頻工作以確保滅火順利工作；在第一消防泵27運行時，第一分支管流量開關14無流量動作后，控制軟件判斷第一消防泵27故障立即切換第二消防泵28工作，同樣第二分支管流量開關15無流量動作后，切換到第一消防泵27工作。消防泵在滅火工作中，變頻控制柜26主電源供電中斷時，雙電源控制器立即切換備用供電；當第一消防泵27支路發生跳閘時控制軟件立即切換第二消防泵28運行，相反也一樣；當運行消防泵發生過載時水泵主電源不斷開，但有報警提示。

消防泵在非滅火空閑期可對消防泵做手動和自動巡檢運行，手動巡檢功能是按設定的時間周期，在觸摸屏1監控窗口上彈出一個提醒巡檢的小窗口，提醒窗口一直保持到操作員確認后才關閉；自動巡檢是按設定時間周期自動運行。巡檢時系統會對消防變頻控制柜26的主回路進行檢測確認正常后，以低轉速逐臺驅動消防泵進行低速運行，此時驅動功率很小，約是泵電機額定功率的百分之一左右所以節能顯著，巡檢的時間、運行參數有默認值也可在觸摸屏修改。由于轉速低所以不會對供水管網增壓，若在巡檢時設定參數錯誤或者其他原因，導致消防泵高速運行管網驟然增壓，此時消防總管33上的第一電接點壓力表11動作，控制軟件經延時后接通巡檢泄壓電磁閥20泄壓。巡檢工作中接到火災命令，立即停止本次巡檢工作并投入消防運 行，倘若下一個巡檢周期且無消防事件發生時，再開始巡檢運行過程。巡檢過程中若水泵發生故障會給出故障報警信息，但不切換工頻，當發生輸入過電壓、欠壓、缺相、輸出過電流、短路時發出報警信息。自動巡檢的結果可確保消防水泵不會產生銹蝕、銹死現象，使消防給水設備“養兵千日，用兵一時”成為現實。

上述故障信號除了在本地控制柜有聲光指示外，觸摸屏1故障信息欄會以走馬燈形式提示故障信息，并在事件窗口記錄故障發生的時間、故障信息內容以及故障恢復時間。

變頻恒壓給水控制說明：

在消防總管道33上安裝壓力變送器10變送出4～20mA的信號，輸入擴展模擬量輸入模塊7。在消防泵啟動后，控制軟件將檢測到的壓力信號和設定的壓力進行比較，經過PID運算得出一個最優化控制值，控制變頻器的輸出頻率來調整水泵電機的轉速，以達到保持水壓的恒定。在多臺消防泵系統中當用水量增大時，一臺變頻泵全速50Hz不能維持設定壓力，變頻泵轉為工頻運行，開啟另一臺水泵變頻運行。當用水量減少時，關閉工頻運行，恢復一臺變頻運行。觸摸屏監控界面可以顯示各個電機頻率、水壓、工頻和變頻運行的時間以及各泵的運行狀態。

所述裝置設計參數定義：

顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。

本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。