河南職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院 孔曉紅 張偉
[摘 要]
本文介紹了采用可編程序控制器（PLC）實(shí)現(xiàn)的高層建筑消防泵組的光控制設(shè)計(jì)。文中詳細(xì)討論了控制系統(tǒng)的工作原理、信號(hào)的檢測以及系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)。
[關(guān)鍵詞]
消防泵組 可編程序控制器 控制系統(tǒng) 循環(huán) 1 引言
目前高層建筑在各類城市中比比皆是。為了防止意外火災(zāi)，高層建筑一般均設(shè)有消防專用泵組。但是許多設(shè)備都因無專人管理，不能定期試機(jī)運(yùn)行，天長日久就會(huì)導(dǎo)致泵體卡死、銹死，所以經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)在發(fā)生火災(zāi)時(shí)設(shè)備不能充分發(fā)揮作用的情況，造成不應(yīng)有的損失。通常老設(shè)備的啟動(dòng)/運(yùn)行轉(zhuǎn)換控制用的是皮碗真空式定時(shí)繼電器，其定時(shí)時(shí)間誤差大，橡膠容易老化破損，維護(hù)不便。電子式定時(shí)繼電器也存在類似問題。我們采用OMRON公司的可編程序控制器（PLC）對(duì)消防泵組進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)泵組在備用時(shí)定期試運(yùn)行，消防用水時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)。硬件無調(diào)整元件，成本低，可靠性高，維護(hù)方便。而且可以很容易地根據(jù)不同需要進(jìn)行擴(kuò)展。這樣能夠有效地杜絕泵體銹死或消防用水時(shí)不能及時(shí)加壓的事故。 2 工作原理
對(duì)于一座需要四臺(tái)15kW消防水泵的高層建筑而言，在沒有消防用水需求商，第一臺(tái)水泵啟動(dòng)（星形）10秒鐘，運(yùn)行（三角形）30秒后，停機(jī)待命120小時(shí)（五天）。待命期間如果沒有消防用水，則第二臺(tái)水泵啟動(dòng)10秒，運(yùn)行30秒，停機(jī)待命120小時(shí)，如此周而復(fù)始地循環(huán)。在有消防用水需求時(shí)，泵組立即自動(dòng)啟動(dòng)，加壓供水，充分發(fā)揮其應(yīng)用的作用。 3 硬件結(jié)構(gòu)與工作過程
根據(jù)控制對(duì)象的具體情況，我們選用OMRON公司的小型可編程序控制器C20P進(jìn)行控制設(shè)計(jì)。C20P屬于C系列的小型機(jī)，共有20個(gè)輸入/輸出點(diǎn)。其中輸入點(diǎn)12個(gè)，輸出點(diǎn)8個(gè)，有晶體管、可控硅和繼電器三種輸出形式。我們選用繼電器輸出型的。P型機(jī)的內(nèi)部指令十分豐富，能提供近50個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器供用戶使用，對(duì)于本設(shè)計(jì)完全能夠滿足要求。設(shè)計(jì)中輸入點(diǎn)用了5個(gè)，8個(gè)輸出點(diǎn)則全部用完。具體I/O分配如表1所示。 表1 系統(tǒng)I/O分配表 輸入
輸入 水流檢測 低壓檢測 高壓檢測 啟動(dòng)按鈕 停止按鈕
------------------------------------------------------------------
0001 0002 0003 0004 0005
輸出
--------------------------------------------------------------------
0500 0501 0502 0503 0504 0505 0506 0507
1#泵Y形 1#泵D形 2#泵Y形 2#泵D形 3#泵Y形 3#泵D形 4#泵Y形 4#泵D形
輸入信號(hào)分別為水流指示器、水壓檢測和手動(dòng)輸入。其中水壓檢測和手動(dòng)輸入各占兩點(diǎn)。水流指示器的結(jié)構(gòu)原理為：在水管內(nèi)安裝一個(gè)帶杠桿的橡皮擋板，杠桿一端連接一個(gè)微動(dòng)開關(guān)。如果管道內(nèi)有水流流動(dòng)，水流就沖開橡皮擋板，其杠桿推動(dòng)微動(dòng)開關(guān)，使觸點(diǎn)的狀態(tài)發(fā)生變化。水壓采用電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行檢測。一般情況下如前述四臺(tái)泵循環(huán)試機(jī)運(yùn)行。一旦發(fā)生火警，打開消防噴淋頭或者消防水槍，水流指示器的常開觸點(diǎn)閉合，或者按動(dòng)消防專用啟動(dòng)按鈕，水泵即逐臺(tái)按照水壓要求啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。實(shí)際工作中，若第一臺(tái)水泵投入后水壓達(dá)不到所需壓力，壓力表低壓檢測觸點(diǎn)斷開，第二臺(tái)水泵自動(dòng)投入運(yùn)行。若第二臺(tái)水泵投入后仍達(dá)不到所需壓力，即壓力表低壓檢測觸點(diǎn)仍不閉合，則第三臺(tái)水泵自動(dòng)投入運(yùn)行。依此類推。若水壓高于所需壓力，壓力表高壓檢測觸點(diǎn)閉合，則依次停后啟動(dòng)的水泵，直到水壓穩(wěn)定下來，保持水壓恒定在所需的壓力范圍內(nèi)。這樣可以減小消防人員的操作難度，同時(shí)也減小了對(duì)管道薄弱環(huán)節(jié)的威脅。每一臺(tái)水泵都用兩只接觸器分別接成星形和三角形結(jié)構(gòu)，用以啟動(dòng)和運(yùn)行。用水完畢后，水流檢測觸點(diǎn)斷開或者手動(dòng)按下停水按鈕，則重新進(jìn)入試機(jī)循環(huán)。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
PLC的軟件設(shè)計(jì)一般采用梯形圖的形式進(jìn)行編程，直觀且簡單易學(xué)。C系列PLC的指令豐富，提供了48個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器供用戶使用，從而給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了很大的方便。在設(shè)計(jì)中，長時(shí)間的定時(shí)控制若采用多個(gè)定時(shí)器級(jí)連的方式實(shí)現(xiàn)，雖然直觀，但略顯繁冗。我們在程序中用定時(shí)器設(shè)計(jì)了一個(gè)1分鐘的時(shí)鐘作為其他計(jì)數(shù)器的輸入，使得長時(shí)間的定時(shí)設(shè)計(jì)更便于實(shí)現(xiàn)，控制程序也就更加簡潔。在消防用水時(shí)為了避免由于水壓波動(dòng)而導(dǎo)致水泵頻繁起停，我們在程序中采用了“延時(shí)濾波”處理，達(dá)到了較好的效果。在為提升水壓而增加后續(xù)水泵時(shí)，為了避免同時(shí)投入水泵而對(duì)電網(wǎng)造成過大的沖擊，也采用了延時(shí)的方法，達(dá)到了預(yù)期的目的。 5 結(jié)束語
本系統(tǒng)采用可編程序控制器進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，響應(yīng)速度快，性能/價(jià)格比很高，和單片機(jī)系統(tǒng)相比具有極高的可靠性。經(jīng)一年多的現(xiàn)場使用考驗(yàn)，性能穩(wěn)定，運(yùn)行可靠。另外還可以根據(jù)實(shí)際需要很方便地進(jìn)行擴(kuò)展。對(duì)于現(xiàn)代智能樓宇，控制系統(tǒng)還可以通過通訊模塊納入到整個(gè)樓宇的監(jiān)控系統(tǒng)之中，體現(xiàn)出極大的靈活性和適應(yīng)性，具有極高的實(shí)際推廣價(jià)值。
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