一种低频消防巡检系统的设计

曹鹏科

（江苏宜开电气有限公司，江苏 无锡214226））

0 引言

消防安全，重于泰山！火灾不但会造成人民财产的重大损失，而且有时也会带来人员的大量伤亡，保证消防安全已成为全社会的共识。但很多经验和教训表明，发生火灾时，大多数消防系统形同虚设。原因何在？其实很简单，消防系统的心脏——消防泵，平时不动，用时才动。平时不动，必然导致长期处于潮湿环境下的消防水泵泵轴和叶轮出现锈蚀，直至锈死，从而造成消防命令来时泵启动不了。所以公安部发布了GA30.2—2002《中华人民共和国公共安全行业标准》，强制性规定：消防泵长期处于非运行状态的设备应具有巡检功能。即这些设备过一段时间要运行一定时间，检查一下，防患于未然，以此保证真正用时能动能用。

巡检装置可分为工频和低频巡检装置。由于工频巡检装置消耗大量电能，运行费用高昂，而且为了防止超压在水系统上增加了主旁路阀，使水系统复杂化，增加了故障率，故此本文设计了一种独具特色、节能实用的低频消防巡检系统。

1 相关理论技术及开发环境

1.1 相关理论技术

低频消防巡检装置以PLC为核心，通过人机界面设定，控制变频器驱动电机，拖动消防泵运行。设计该系统主要用到的相关技术有：PLC编程技术、变频驱动技术、人机界面技术、电气控制技术。

1.2 开发环境

该系统包括硬件和软件。硬件包括一／二次设备、控制原理图、接线图、元器件布置图，软件包括STEP 7－Micro／WIN以及集成于STEP 7－Micro／WIN内的 TD Keypad Designer。

2 硬件设计

2.1 电路的构成

一个常规的低频消防巡检系统包括双电源切换柜、喷淋泵电控柜、消火栓泵电控柜、低频巡检柜，关系如图1所示。

图1 常规低频消防巡检系统

双电源切换柜两路电源进线，一主一备，保证对其他三柜电源供应的可靠。喷淋泵、消火栓泵电控柜（喷淋泵和消火栓泵统称消防泵）在10D303－3《国家建筑标准设计图集》典型设计的基础上增加了与低频巡检柜的一、二次接口电路。

2.2 消防泵电控柜与低频巡检柜二次接口电路

（1）消防泵电控柜引至低频巡检柜信号：消防泵手动控制信号、消防联动控制信号、消防应急控制信号、消火栓箱内启泵或低压力启喷淋泵信号、消防泵主开关状态信号、消防泵启动器故障及过载信号、消防泵工频运行信号、水源池液位过低信号。

（2）低频巡检柜引至消防泵电控柜信号：消防泵巡检运行信号。

2.3 消防泵电控柜与低频巡检柜一次接口电路

只需用三芯电缆把消防电控柜输出接触器出线端与低频巡检柜对应回路低频输出接触器出线端相连（相位对应）即可。电缆截面可按电机巡检最大电流再放以裕量考虑。

2.4 低频巡检柜的硬件设计

2.4.1 接触器选择

低频巡检柜变频器输出侧接触器路数配置根据消防泵数量，即有几台消防泵便配置几路接触器。每路接触器数量由消防泵主回路决定，若主回路为直接或软启动只需配一只接触器，若为Y／△启动则需配两只接触器。

由于巡检运行电机转速低（4级电机一般不超过300r／min）、功率小，接触器容量也按电机最大巡检电流再放以裕量考虑。

2.4.2 电源断路器选择

变频器电源断路器需带有隔离功能，采用线路保护型，容量按变频器容量选择。

2.4.3 变频器选择

变频器工作在低频区域，作为低频电源。

喷淋泵及消火栓泵属水泵类，大多数品牌的变频器都有泵类专用型，比之一般应用型价格低。由于采用PLC控制变频器，变频器需能接收0（4）～20mA的转速给定信号，常见变频器都能满足这一要求。变频器容量按所巡检的消防泵电机功率及泵低速时所需转矩综合考虑。

2.4.4 PLC及人机界面选择

根据所有消防泵电控柜送至低频巡检柜的DI信号及低频巡检柜本身需进PLC的DI信号确定总DI信号数量，根据控制及信号、报警需要确定DO总数量。除数字量输入、输出外，至少需要一个0（4）～20mA模拟量输出来控制变频器转速给定。DI、DO、AI、AO总数确定后，再考虑一定裕量，便可最终确定PLC构成。一个典型的应用：两台喷淋泵、两台消火栓泵、两台室外消火栓泵（六台泵主回路均为软启动），共六台泵需巡检，设计选用了西门子S7－200系列 CPU226（24DI／16DO）＋EM221（8DI）＋EM232（2AO）＋电池卡。

人机界面选用西门子TD400C。它与西门子S7－200PLC无缝集成，不存在兼容性问题，稳定可靠。

3 软件设计

3.1 软件流程

软件流程图如图2所示。

图2 软件流程图

（1）手动巡检模式适用于调试阶段或任何时间强制巡检。根据程序设定，完成一个巡检周期，自动停止。

（2）自动巡检模式按照设定的周期、钟点、时长、时间间隔、转速对几台消防泵依次自动进行启动检查。

（3）在巡检过程中若遇到消防命令信号立刻自动退出巡检模式，进入消防运行模式。

3.2 人机界面设计

具有多种用户菜单及详细的报警功能，具体包括：（1）巡检装置使用的基本说明；（2）实时参数值显示；（3）通过用户密码，可根据需要设置巡检周期、钟点、时长、时间间隔、转速；（4）变频器、巡检回路、消防主回路等故障、异常显示报警。

3.3 变频器参数设置

（1）频率、运行指令均设置为控制回路端子；

（2）频率指令设置为0～20mA（或4～20mA）信号，运行指令设置为两线制；

（3）定义一个多功能输入端子为故障复位功能；

（4）设置多功能输出至少为故障、运行两种状态输出；

（5）设定变频器运行频率上限；

（6）停止方式选择为减速停止；

（7）瞬时停电动作选择为无效，即恢复供电时不重启动；

（8）频率指令丧失时电机停止。

4 系统功能

系统功能框图如图3所示。

图3 系统功能框图

5 通电调试

以上面典型应用为例。

检查一、二次接线（包括柜间连线）正确后，在低频巡检柜每只巡检接触器下端接入白炽灯（白炽灯一端接接触器任一相，一端接零线），共六只，把PLC模式开关打至“STOP”。然后双电源、低频巡检柜、喷淋泵电控柜、消火栓泵电控柜依次送电。载入程序到PLC，然后把PLC模式开关打至“RUN”：（1）在人机界面TD400C上查看巡检周期、钟点、时长、时间间隔、转速的初始设定值。（2）喷淋泵、消火栓泵电控回路按常规调试。（3）主令开关打至“手动巡检”位置，手动巡检调试：六只白炽灯按设定轮流点亮熄灭，灯泡亮度即表示转速大小，工作一个巡检周期。（4）主令开关打至“自动巡检”位置，自动巡检调试（可先设置为当前时刻，正式运行时，按需设置）：六只白炽灯亮灭同手动巡检，按设置巡检时间周而复始。（5）模拟给定消防信号，无论巡检状态如何，即刻转入消防运行模式。（6）模拟各种故障信号，在人机界面及通过柜面上的指示灯、蜂鸣器相应报出。

6 结语

该系统不但完全满足GA30.2—2002要求，具有手自动巡检功能等，而且节能可靠，拓展方便。

在任何时候巡检时间均可方便地设置在谷电时期内，加之巡检电源限定为低频电源，这样不但检查了消防设备，而且最大限度地节省了电费开支。

再者本系统选用PLC作为控制核心，成熟可靠，而且PLC扩展简便，使得巡检系统的功能规模拓展变得非常容易，减少了扩能用户的二次投资，且省时省工。

本设计已转化成产品，应用到现场，收到了一定的社会与经济效益。