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(西安新竹防災(zāi)救生設(shè)備有限公司，西安 710075)

為適應(yīng)新形勢(shì)下消防安全的需要，西安新竹防災(zāi)救生設(shè)備有限公司經(jīng)過(guò)歷時(shí)3年的不斷試驗(yàn)和改進(jìn)，成功研制出ZMXP系列全自動(dòng)泡沫比例混合裝置。該裝置運(yùn)用數(shù)字化控制，使泡沫比例混合裝置的泡沫混合液的混合比更加精準(zhǔn)，從而達(dá)到更好的滅火效果。全自動(dòng)泡沫比例混合裝置能同時(shí)滿足高、中、低三種倍數(shù)的消防設(shè)備使用(需配備不同泡沫原液)，改善了高倍數(shù)、中倍數(shù)、低倍數(shù)三種泡沫比例混合裝置設(shè)備單獨(dú)使用的狀況，從而節(jié)約了用戶的投資。更有利投放市場(chǎng)和消防工程應(yīng)用。

傳統(tǒng)壓力式比例混合器泡沫液和壓力水混合比隨壓力變化波動(dòng)大，泡沫液進(jìn)口壓力和水的進(jìn)口壓力不能保持恒定的壓差，混合比穩(wěn)定性差。為了克服此缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種全自動(dòng)泡沫比例混合裝置。全自動(dòng)泡沫比例混合裝置的先進(jìn)性在于①在原比例混合器基礎(chǔ)上增加了流量傳感器、變頻器、泡沫液泵；PLC控制系統(tǒng)等電器部件以及單向閥；利用流量傳感器檢測(cè)采樣水的流量，以水的流量為基準(zhǔn)，通過(guò)變頻泵來(lái)調(diào)整泡沫液的流量使水和泡沫液的混合比例達(dá)到設(shè)定值。②泡沫液泵的工作壓力選的較大，從而保證進(jìn)入混合器的泡沫液壓力始終大于水的壓力。③在泡沫液泵和混合器之間裝單向閥，避免了壓力水倒流入泡沫液管路。④泡沫液流量調(diào)節(jié)依靠變頻器來(lái)調(diào)節(jié)，克服了傳統(tǒng)壓力式比例混合器泡沫液和水混合比隨壓力變化波動(dòng)大的缺點(diǎn)。⑤泡沫液泵的流量是根據(jù)混合比選擇的，保證了混合比的穩(wěn)定，泡沫液是通過(guò)泡沫液泵來(lái)輸送的，泡沫液泵的流量隨流量傳感器的信號(hào)而變化，流量傳感器測(cè)水的流量，從而保證了混合比不隨水壓而變化。

1 系統(tǒng)的組成和工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

全自動(dòng)泡沫比例混合裝置應(yīng)用于全自動(dòng)泡沫滅火系統(tǒng)中，全自動(dòng)泡沫比例混合裝置由變頻器、變頻電機(jī)、齒輪泵、流量傳感器、壓力傳感器，管路連接、管件、觸摸屏數(shù)字化處理器和PLC開(kāi)關(guān)模擬量輸入輸出、控制模塊等組成。總裝置外觀及操作面板見(jiàn)圖1、2。

圖1 全自動(dòng)泡沫比例混合裝置

圖2 操作面板

1.2 設(shè)計(jì)和工作原理

ZMXP系列全自動(dòng)泡沫比例混合裝置依靠消防主管線上的數(shù)字流量傳感器，采集現(xiàn)行主管線消防水流量的大小，能按照設(shè)計(jì)的要求非常精確地提供穩(wěn)定的混合比的泡沫混合液。當(dāng)控制裝置獲取主管線流量傳感器的流量數(shù)值時(shí)，經(jīng)過(guò)PLC和工控機(jī)換算出泡沫液需求量，同時(shí)通過(guò)PLC和變頻器，控制變頻泵的轉(zhuǎn)速，從而控制泡沫液的流量，按要求的比例供給泡沫液，能隨著主管線的不同流量提供準(zhǔn)確的混合比。同時(shí)泡沫液管線上也配備有流量傳感器，其主要作用是用來(lái)修正泡沫液的供給量。其數(shù)值也將反饋到控制裝置，由控制裝置隨時(shí)進(jìn)行修正泡沫液供給系統(tǒng)，以得到更精確的泡沫液混合比，同時(shí)也將泡沫液混合比數(shù)字化處理。

ZMXP系列全自動(dòng)泡沫比例混合裝置的工作原理圖見(jiàn)圖3。

圖3 裝置工作原理示意

ZMXP系列全自動(dòng)泡沫比例混合裝置的工作原理，采用齒輪泵作為泡沫泵，根據(jù)齒輪泵的流量公式

Q=2qZnηV

(1)

式中：Z——齒數(shù)；

n——轉(zhuǎn)速，r/min；

ηV——容積效率；

q——兩齒之間坑的容積。

對(duì)流量公式中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析，Z，ηV，q都是在設(shè)計(jì)或制造過(guò)程中定型的參數(shù)，是固定量。只有轉(zhuǎn)速是一個(gè)可調(diào)節(jié)變量，轉(zhuǎn)速高，則流量大，轉(zhuǎn)速小，則流量相應(yīng)減少。由于電機(jī)和泵是分體式安裝，通過(guò)聯(lián)軸器進(jìn)行聯(lián)接，通過(guò)可調(diào)速電機(jī)進(jìn)行相配，因而泡沫泵的流量就是一個(gè)可調(diào)節(jié)量。將此方法應(yīng)用于泡沫比例混合系統(tǒng)中，在主水管的管路上安裝有流量變送器和壓力變送器采集數(shù)據(jù)信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸入到中央工控機(jī)和可顯示化操作界面。根據(jù)泡沫液的混合比參數(shù)計(jì)算泡沫液的流量，將信號(hào)經(jīng)PLC和變頻器對(duì)調(diào)速電機(jī)完成調(diào)速功能。在泡沫液管路中安裝流量傳感器和壓力變送器監(jiān)測(cè)并反饋給中央工控機(jī)，進(jìn)行泡沫液流量參數(shù)修正。保證精確的泡沫液混合比。同時(shí)在觸摸屏界面顯示。

1.3 ZMXP10全自動(dòng)泡沫比例混合裝置的測(cè)試

試驗(yàn)通過(guò)調(diào)定的混合比為6%～6.9%，用來(lái)測(cè)量ZMXP10全自動(dòng)泡沫混合裝置的實(shí)際測(cè)量數(shù)值和設(shè)定混合比數(shù)值的誤差大小，測(cè)量水和泡沫液的流量范圍。

試驗(yàn)工況及相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、2。

表1 ZMXP10試驗(yàn)工況

表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，經(jīng)過(guò)工控機(jī)、PLC、變頻器和變頻電機(jī)的組合模式來(lái)實(shí)現(xiàn)混合液的混合比，設(shè)定的數(shù)值與檢測(cè)的混合比數(shù)值的誤差較小，能夠有效地反映水和泡沫液的精確流量值，還擴(kuò)大了混合裝置混合比的壓力范圍，即使在低壓情況下，也能夠較好地完成泡沫液和水的混合比確定工作。

由表1可見(jiàn)，壓力一定的情況下，設(shè)定混合比系數(shù)，水的流量通過(guò)電子控制調(diào)節(jié)泡沫液的流量，使測(cè)量混合比的參數(shù)都在設(shè)定的6.0%～6.9%范圍內(nèi)。水的流量范圍增大，泡沫液在可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，均可實(shí)現(xiàn)。

由表2可見(jiàn)，泡沫液的流量和水的流量成一定的混合比參數(shù)進(jìn)行混合，與壓力沒(méi)有關(guān)系，只和流量參數(shù)有關(guān)系，通過(guò)變頻器進(jìn)行變頻，頻率變化范圍寬，相應(yīng)的可調(diào)流量范圍也增加了。在高、低流量時(shí)，不影響混合比。全自動(dòng)泡沫比例混合裝置能滿足高、中、低三種倍數(shù)的消防設(shè)備使用(需配備不同泡沫原液)，可以改善高倍數(shù)、中倍數(shù)、低倍數(shù)三種泡沫比例混合裝置單獨(dú)使用的狀況。

2 裝置功能

2.1 人機(jī)界面功能

裝置運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道內(nèi)2個(gè)壓力和2個(gè)流量傳感器的工作狀態(tài)，以及水和泡沫液的混合比。采用10 in觸摸屏、兩個(gè)COM通信接口(RS232和RS485)、24 V供電、采用MCGS組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)畫(huà)面，顯示功能見(jiàn)圖4。

圖4 主界面

畫(huà)面要求如下。

1)主界面能顯示整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

2)顯示混合比檢測(cè)界面。

3)顯示比例曲線。

4)數(shù)值修改操作界面。

2.2 PLC控制系統(tǒng)功能

采用西門(mén)子PLC、依據(jù)水在管道內(nèi)的流量傳感器的輸出信號(hào)送給PLC，由理想混合比的要求計(jì)算出泡沫液的流量來(lái)控制泡沫液泵，2個(gè)壓力變送器輸出的信號(hào)通過(guò)PLC傳送給人機(jī)界面，實(shí)時(shí)檢測(cè)和顯示水和泡沫液在管道內(nèi)的壓力。依據(jù)水和泡沫液的流量傳感器的信號(hào)通過(guò)PLC換算出水和泡沫液的混合比例，同時(shí)給出執(zhí)行機(jī)構(gòu)模擬量信號(hào)(4～20 mA)通過(guò)變頻器來(lái)控制泡沫液泵，從而達(dá)到混合比的調(diào)節(jié)效果。變頻器控制變頻電機(jī)帶動(dòng)泡沫液泵，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)混合比，并隨時(shí)修正泡沫液的供給量，以保證精確的混合比。工作流程見(jiàn)圖5。

圖5 工作流程示意

1)流量傳感器1。測(cè)量進(jìn)入比例混合器的水的流量并向PLC反饋信號(hào)。

2)流量傳感器2。測(cè)量進(jìn)入比例混合器的泡沫液的流量并向PLC反饋信號(hào)。

3)變頻器。接收流量傳感器1和流量傳感器2的信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算再輸出一個(gè)控制變頻泵的信號(hào)。

4)變頻泵。接收變頻器控制信號(hào)并改變轉(zhuǎn)速。

5)泡沫液供給閥。接收啟停信號(hào)并控制泡沫液供給。

6)單向閥。阻止壓力水進(jìn)入泡沫液管道。

7)混合器。水和泡沫液混合。

3 裝置特點(diǎn)

1)從人機(jī)界面上直接反映出混合比的大小，不僅將泡沫液量化，且相當(dāng)精確。

2)可根據(jù)用戶的需求，在現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)節(jié)各種混合比(3%、6%或其它)，能按0.1的精度進(jìn)行逐級(jí)調(diào)節(jié)，方便快捷。

3)采用液晶顯示屏，觸摸屏式操作，數(shù)字顯示功能，并具有自動(dòng)比例系數(shù)曲線圖，還具有各項(xiàng)相關(guān)參數(shù)的可視化數(shù)字顯示，操作方便，即時(shí)監(jiān)控。

4)該裝置適用于大中型滅火系統(tǒng)，特別適用于石油化工企業(yè)、大型油庫(kù)、機(jī)場(chǎng)、碼頭及海上鉆井平臺(tái)等重要的泡沫滅火工程，其常壓泡沫液儲(chǔ)罐即使在泡沫液不足的情況下也能及時(shí)補(bǔ)給，確保滅火時(shí)間。

4 結(jié)束語(yǔ)

全自動(dòng)泡沫比例混合裝置系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，工作可靠，檢測(cè)記錄的數(shù)據(jù)還可以下載保存。該裝置已通過(guò)國(guó)家消防裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢測(cè)，其指標(biāo)高于國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。