消防泵聯鎖控制系統的設計與實現

楊志文

1 引言

某公司的消防系統有消火栓用消防泵和自動噴灑用消防泵兩套裝置，各有2臺消防泵和1臺穩壓泵?？扇我庵付ㄒ慌_消防泵為主泵或備用泵，當主泵出現故障時就自動啟用備用泵。穩壓泵是系統維持壓力的水泵，對系統起監護作用并使系統具有自動控制的功能。這6臺泵關系到整個裝置的運行，為了裝置的穩定和安全運行，每臺泵之間都設有電氣聯鎖控制。由于原消防系統的擴容和改造，而且聯鎖條件需要作部分修改，同時需要增設事故記錄功能以便于維護和故障分析。為此，本文采用 PLC對原電氣聯鎖系統進行改造。

2 聯鎖控制系統的設計

2.1 方案選擇

根據控制系統輸入/輸出（I/O）點數和狀態（I/O總點<48點，開關量），有兩種控制方案：一、在原繼電器控制的基礎上修改和增加條件；二、采用PLC實現控制。兩種控制方案的優缺點比較如表1所示。

表1 方案比較

考慮到安裝、維護的方便，以及泵與泵之間的聯系和裝置可靠性要求等因素，本文決定采用方案二進行消防泵系統的聯鎖控制。

2.2 聯鎖邏輯設計

在控制系統的聯鎖功能設計上，各消防泵都具有獨立的控制功能，相互之間既可以在自動控制方式下實現聯鎖控制，也可以在手動控制方式下獨立控制。自動控制方式是通過壓力開關信號由 PLC控制泵啟停，手動控制是用現場操作箱上的按鈕控制泵的啟停。有市電、發電機雙電源自動切換，當市電停電時也不會影響消防系統的正常工作。消防泵的主、備用聯鎖切換是實現消防備用泵投入工作的重要手段，也是消防給水系統可靠、安全運行的重要環節。它的電氣聯鎖包括電源聯鎖、按鈕聯鎖、消防泵的聯鎖等。這里僅以聯鎖條件較有代表性的消火栓用消防泵為例進行說明。其設計步驟如下：

（1）根據原聯鎖邏輯的條件，在修改和完善的基礎上總結出聯鎖邏輯，并最終讓安全部門確認；

（2）保持原有系統輸入/輸出信號的常開常閉點狀態，便于分析和維護；

（3）增加事故記錄邏輯和報警指示，方便維護人員分析事故；

（4）增加輸入信號的延時作用，提高聯鎖系統輸入信號的抗干擾能力。

2.3 聯鎖系統結構

本控制裝置采用PLC作為控制中心，設有起始、停止按鈕和一個轉換開關。自動狀態下裝置由消火栓總管的壓力開關發出的起動信號自動起動消防泵。

系統的PLC圖如圖1所示，CPU224是集成14輸入/10輸出，共24個數字量的繼電器型PLC，電壓輸入范圍寬、處理速度快，內有實時時鐘，具有計時功能和可以進行時間控制。輸入點采用 PLC內部供電，大大簡化了電路。輸出采用220Vac供電給指示燈和繼電器等負載。

圖1 系統結構圖

3 聯鎖控制系統的實現

3.1 定義輸入/輸出（I/O）表

根據聯鎖系統的 I/O信號，定義PLC的I/O分配表如表2所示，并約定滿足邏輯條件時為1，反之為0。

表2 I/O分配表

表2中，I0.0～I1.5為輸入點，共14點，Q0.0～Q1.1為輸出點，共10點。其中Q0.3～Q0.5用于故障記錄的內部指示燈。

3.2 程序設計

程序編寫采用西門子公司提供的 STEP 7-Micro/WIN專用軟件包。消防泵聯鎖程序分為聯鎖控制、按鈕控制、故障中斷、報警計時幾個子程序。以下只對程序設計中的關鍵處理方法和要注意的地方作說明。

3.2.1 消防泵報警閃爍電路的實現

消防泵報警閃爍采用特殊存儲器SM，SM0.5是特殊存儲器SMB0的一個狀態位，該位提供了一個時鐘脈沖，0.5秒為1，0.5秒為0，周期為一秒。當出現報警時，輸出燈調用SM0.5使得報警燈閃爍，通過報警燈閃爍的次數可知道報警的類型。充分利用系統的一些特殊功能，可使程序更簡潔、易讀。

3.2.2 泵運行時間的記錄

當Q0.0或Q0.1有輸出信號時，即1號泵或2號泵運行時，子程序開始計時，并把的實時運行時間存到PLC的存儲器MB和VW中去進行記錄。當出現事故需要分析事故時，只需查看相應存儲器的時間數據就可以確定事故發生的起始時間和處理時間。

3.2.3 消防泵聯鎖邏輯處理

消防泵的控制除了自動控制外，還有本地手動控制的功能。自動控制時，1號壓力開關檢測到壓力小于0.9MPa時，延時5秒接通時間繼電器T37，啟動選擇的主泵，加入時間延時可避免水錘效應產生的誤動作，如檢測到主泵故障時，自動切換到備用泵。2號壓力開關檢測到壓力小于0.8MPa，8秒后自動切換到備用泵，以保證正常的給水。3號壓力開關主要是控制穩壓泵，保證平時管道工作壓力在1.0MPa～1.2MPa之間。這里以1號泵為例畫出聯鎖的時序圖，如圖1所示。為了保證編寫程序的正確性和可讀性，總結出程序編寫的步驟如下：

① 邏輯必須統一信號特性，如正常均帶電等。并注明是聯鎖邏輯或是正常運行邏輯；

② 將邏輯運算分層次編好中間繼電器（如M1.0～M2.0），防止漏寫和錯寫；

③ 確定聯鎖輸出的信號狀態。一般輸出應按事故安全型來設計，即聯鎖動作時輸出為0，失電聯鎖；

④ 按順序從上到下、從左到右寫出程序。

圖1 消防泵的聯鎖邏輯（1號泵部分）

將圖1分成4部分，輸入和各邏輯演算層。圖中滿足輸入條件為 1，如果聯鎖時取0，信號則在邏輯輸入前取非。每層邏輯先定義中間繼電器，然后按順序編寫。這樣編寫，思路清晰、嚴謹，不易出現漏項和邏輯不清的情況，并且可讀性強，便于理解和維護。聯鎖邏輯的描述反映真實的工藝條件和關系，而程序實現是可以靈活多樣的。這是因為邏輯運算遵循如吸收律、摩根律等，可以進行運算和化簡，結果是一致的。這里不主張化簡，其主要原因是：大多聯鎖邏輯層次不太復雜，只有三到五層，化簡意義不大。目前PLC的運算速度相當快，邏輯未被化簡所產生的影響極小。化簡后形式發生變化，不易理解，容易產生錯誤?；喎椒`活，不同的設計有不同的形式，容易產生歧義。

4 安裝調試和投用

在完成程序設計后，利用編程軟件檢查語法后下裝到 PLC中進行調試。因電氣聯鎖是由程序控制，不如機械聯鎖這么直觀，調試時要先脫開負載，可利用模擬開關和 PLC的強制功能，測試各種可能的輸入條件下的聯鎖動作是否正常。調試時要反復確認軟件可靠性，聯鎖動作的正確和做好調試記錄，確認后才接入負載試機。同時，按照規范接好聯鎖系統的冗余供電（交流和直流）、接地和內部實時時間的設定。并與安保人員一起進行聯調，直到完全滿足設計要求、實現聯鎖控制的目的為止才交付使用。

5 結束語

由2臺PLC實現的消防泵的主備用切換裝置聯鎖控制系統已于2005年中改造時實現。從現場運行情況看效果良好，完全達到了設計要求，解決了原有聯鎖系統的缺陷問題，既保證了聯鎖系統的穩定可靠，又便于故障處理和日常維護。

[1] 伍錦榮.可編程控制器系統應用于維護技術[M].廣州:華南理工大學出版社,2004.

[2] 顧德仁.脈沖與數字電路（下）[M].北京:人民教育出版社,1983.

[3] SIEMENS S7-200可編程序控制器系統手冊,2000.03.