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        一種低頻消防巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

        2015-08-27 00:31:50曹鵬科
        機(jī)電信息 2015年33期
        關(guān)鍵詞:消防泵人機(jī)界面消火栓

        曹鵬科

        (江蘇宜開(kāi)電氣有限公司,江蘇 無(wú)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(lái)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(lái)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(guò)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(kāi)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(guò)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(kāi)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(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)、消防泵啟動(dòng)器故障及過(guò)載信號(hào)、消防泵工頻運(yùn)行信號(hào)、水源池液位過(guò)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(guò)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(jiàn)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(lái)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(mén)子S7-200系列 CPU226(24DI/16DO)+EM221(8DI)+EM232(2AO)+電池卡。

        人機(jī)界面選用西門(mén)子TD400C。它與西門(mén)子S7-200PLC無(wú)縫集成,不存在兼容性問(wèn)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(guò)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(shuō)明;(2)實(shí)時(shí)參數(shù)值顯示;(3)通過(guò)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(wú)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(wú)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(guò)柜面上的指示燈、蜂鳴器相應(yīng)報(bào)出。

        6 結(jié)語(yǔ)

        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(kāi)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。

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