消防供水的PLC控制系统设计

裘宝国

摘要：火灾作为一种具有突发性和强破坏性的灾害现象严重危害人们的生命财产安全。将PLC控制方法应用于建筑的消防供水控制系统中，其具有安全、稳定、可靠且灵活性强的特点。而随着科技的不断进步，PLC控制系统与变频技术的综合运用可以实现消防供水与生活用水的共同供给，这在一定程度上为建筑物建成后的运行提供了便利，在给人们基本生活保障的同时保护人们的生命财产安全。

关键词：消防供水；PLC控制系统；设计要点

1.PLC的含义及特点

PLC即可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。其主要具有如下特点：

1.1使用方便，编程简单

采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。

1.2功能强，性能价格比高

一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。

1.3抗干扰能力强

PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。

2.消防供水的PLC控制系统设计

在PLC的消防灭火控制系统模块中，系统硬件主要包括PLC、水泵控制系统、对应每个动作的控制盘以及用于进行监控和操作的人机界面，在编程调试和系统配置阶段，还需要一台PLC实验箱辅助完成相应的工作，整个控制系统硬件模块组成如下图所示。

2.1PLC的选型

PLC硬件配置确定后，应对I/O点进行分配，确定外部输入输出元件与PLC的I/O点的连接关系，完成I/O点地址定义表。在对PLC的选型中，应结合消防系统工程的实际情况进行选型设计，要根据消防供水系统的开关量输入点和输出点选择可编程序控制器。假如某消防供水系统方案中共有开关量输入点13个、开关量输出点13个，则可以选择具有24点输入和16点输出的可编程序控制器。

2.2外围电路设计

根据消防供水系统的控制要求，按PLC机型选择的原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比最优化的机型，同时还要运用PLC控制系统设计出室内消火栓灭火系统的外围电路接线图和自动喷淋泵灭火系统的外围电路接线图。

2.3抗干扰设计

PLC受到的干扰可分为外部干扰和内部干扰。在实际的生产环境中，外部干扰是随机的，与系统结构无关，且干扰源是无法消除的，只能针对具体情况加以限制；内部干扰与系统结构有关，主要是通过系统内交流主电路，模拟量输入信号等引起，可合理设计系统线路来削弱和抑制内部干扰和防止外部干扰。另外，要想实现抗干扰设计，提高PLC控制系统的可靠性，还可以通过合理布置电源接线和地线接线、保障PLC控制系统的安装和使用环境以及控制PLC的输入和输出设备等方面实现。

3.消防供水中PLC控制与变频技术的综合运用实例

在建筑的消防供水系统中，除了可以通过PLC控制系统实现，还可以通过与变频技术的综合运用为建筑物提供生活用水与消防供水。例如在某空港国际物流加工区给水调压站及消防水泵房的工程设计中，根据该工程的供水与消防共用系统的特点，选用了带内置PID调节器的智能变频器，设计了一套安全节能、供水品质高的消防与生活共用型变频调速恒压供水系统。

3.1生活供水系统

系统开始准备向生活管网供水时，先检测蓄水池水位是否达到正常供水水位。如蓄水池为低水位，则自动打开市管网进水电控阀门进行补水；当蓄水池水位达到正常供水水位范围时，各生活供水泵进入准备投运状态。

3.2消防系统

在系统处于稳压状态下，变频器控制水泵组向生活管网供水的同时向消防管网供水，保持消防管网恒定在常高压供水状态，水泵同时担当了生活水泵和消防稳压泵的作用。当发生火灾时，消防控制中心发出信号至PLC，PLC自动控制系统切换，由生活供水系统切换为消防供水系统。消防电控阀门自动打开，按规定，消防压力开关自动启动消防水泵，向消防管网供水。

3.3变频器与PLC设计

3.3.2变频器

该工程选用ABB供水专用变频器，它是一种带内置PID调节器的智能变频器。首先，在变频器面板上设定压力给定值Pg，压力传感器将检测到的管网压力信号Pi作为反馈信传送到变频器的智能调节器输入端，智能调节器将压力检测值Pi与给定值Pg进行比较，然后将比较后的差值进行PID运算，并输出一个4～20mA的标准信号值给变频器，变频器则根据此信号值的大小改变其输出频率，从而控制水泵的转速，达到调节系统供水量的目的，使得供水系统的管网压力始终保持在给定值以上。

变频器的频率超限信号可实时上传给PLC，通过PLC控制变频泵的逻辑切换。根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现管网的恒压供水。

3.3.3PLC

PLC是整个控制系统的中心。变频器实现了单闭环系统的控制，而要实现整个水厂的消防系统与供水系统的联动，泵之间的联动，水池的切换等控制功能，则必须有PLC。PLC采集现场变送器信号和设备运行状态等信号，并通过设定的程序，控制水泵启停，使控制过程自动化。PLC的控制功能不仅具有变频泵逻辑切换功能，还使系统具有定时换泵运行功能（即钟控功能）和双工作压力设定功能（PID控制器和时间控制器实现）。此外，系统还设有多种保护功能，尤其是硬件/软件备用水泵功能，充分保证了水泵的及时维修和系统的正常供水。该系统采用施耐德可编程序控制器PREMIUM系列，通过PL7Pro编程软件及VijeoLook监控软件，可进行离线编程和在线连接调试，并能实现梯形图与语句表的相互转换，以及系统诊断功能等。为了提高整个系统的性价比，该系统采用开关量的I/O来控制电机的启停、定时切换、循环变频及故障报警等，而电机转速、水压等模拟量则由带PID调节功能的变频器控制。

结束语：总之，以PLC为控制系统的消防供水具有安全、稳定、可靠和灵活性等特点，且该系统的操作过程简单，使目前复杂的控制系统得到了进一步的改善，解决了灭火过程中存在的诸多问题。本文通过消防供水中PLC控制系统设计的分析以及通过实例探讨了PLC控制系统与变频技术的综合运用显示出极大的优越性，相信在今后不断发展的过程中，其必将取得更大的进步与发展，为建筑的安全正常使用及人们的生命财产安全保驾护航。

参考文献

[1]巫莉，黄江峰.电气控制欲PLC应用[M].中国电力出版社.2011.

[2]焦宇兵.PLC控制的双恒压供水控制系统设计[J].机械管理开发.2012.