消防給水穩壓系統設計

李金奎

摘要：本文以ATmega64單片機為核心設計了一款操作簡單、技術性能穩定、可靠安全、維修保養方便的消防給水穩壓控制系統。該系統對管道壓力進行檢測，與設定水壓進行比較，實現對管道壓力的控制，保證消防管道正常有水。本文介紹了系統總體方案、工作原理和工作過程，給出了硬件設計框圖和主程序流程圖，系統在實際應用中運行良好。

Abstract： Based on ATmega64 single chip microcontroller， this paper designs a fire water supply voltage regulation system with simple operation， stable technical performance， reliable， safe and convenient maintenance. The system detects the pipeline pressure， compares it with the set water pressure， controls the pipeline pressure， and ensures the normal water in the fire pipeline. This paper introduces the overall scheme， working principle and working process of the system， and gives the hardware design block diagram and main program flow diagram. The system runs well in practical application.

關鍵詞：消防給水穩壓系統；設計；總體方案

Key words： fire water supply voltage regulation system；design；overall plan

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）33-0144-02

0 引言

消防安全是建筑工程建設與居住的基本要求，有效監測建筑火災、控制火災、迅速撲滅火災，保障人民生命和財產的安全，保障國民經濟建設，是建筑消防系統的任務。設計一款合理的建筑給水穩壓系統并將其引進消防工程中，具有舉足輕重的意義。消防給水穩壓系統設計一般采用單片機控制、PLC控制、智能控制和模糊控制等四種控制方式。本文采用單片機控制方式，系統通過測量管道壓力值，與設定水壓進行比較，對水壓偏差進行控制，保證消防管道正常有水；該控制方式具有成本低、控制靈活、高穩定性和后期維護升級簡單等優點。

1 消防給水穩壓系統設計任務及主要指標

消防給水穩壓系統設計任務包括：①自動時，非火警及非源水位過低條件下，低壓起泵、高壓停泵，兩臺水泵交替運行，一用一備、互為備用，低液位停泵保護；系統的高、低壓通過檢測壓力來判斷；②緊急啟動按鈕可以在非火警及非源水位過低條件下直接起泵，高壓停泵；③系統設手動巡檢模式和自動巡檢模式，巡檢提示周期應能按需設定，最長周期不應超過360h；每臺泵額定工況下運行時間不少于2min；巡檢時逐臺巡檢每臺泵，直至巡檢結束；④運行記錄包括管道壓力、水箱液位、水泵及控制柜工作狀態、報警及故障發生的時間；記錄信息的采集間隔時間不超過6h，記錄裝置存儲容量應滿足連續記錄不少于180天；設置報警記錄畫面，在屏上顯示最近出現的報警記錄及時間；也能通過時間設定顯示歷史記錄內容。

系統主要功能及指標：①實時顯示消防管道壓力值；②當兩臺水泵同時發生故障時，提供報警功能；③可采集實際水壓范圍0～10MPa，水深范圍0～10m，可通過上位機設定；④可手動緊急啟停水泵；⑤若水箱的水位低于最低水位，為防止損壞水泵，停止水泵工作；⑥若檢測出的壓力值低于設定的壓力值，啟動水泵向管道補水，高于設定值，停泵；⑦可以設定起泵停泵壓力參數；⑧通過SD卡實時記錄水泵的工作狀態、管道壓力等信息；⑨可實現手動或自動巡檢。

2 系統總體設計方案

消防給水穩壓系統原理圖如圖1所示。該系統主要由壓力傳感器、水位傳感器、主控模塊、輸入輸出顯示模塊和水泵機組五部分組成。系統方案的選擇主要體現在主控模塊的選擇，目前可選控制器包括PLC、單片機和計算機。通過比較，本文最終采用了AVR系列中的ATmega64單片機作為主控制器。該系統單片機負責接收壓力傳感器、水位傳感器發送來的參數，并對其進行A/D轉換處理，根據比對結果，向兩臺水泵發出控制命令，實現啟停泵；利用485通信協議實現單片機與上位機之間的通信，實現對管道的實時檢測。

3 消防給水穩壓系統硬件組成及功能

3.1 系統硬件構成

該系統主要包括五部分，一是主控模塊，本文采用ATmega64單片機系統；二是輸入部分，包括水泵狀態采集、壓力信號采集、液位信號采集、信號調理電路和光耦隔離電路；三是輸出部分，包括光耦隔離、繼電器控制電路、水泵機組；四是輔助電路，包括數碼管顯示電路、聲光報警電路、RS485通訊接口和電源模塊等。系統具體硬件框圖如圖2所示。

3.2 系統硬件功能介紹

①主控模塊：采用AVR單片機，AVR單片機是Atmel公司1997年推出RISC單片機。廣泛應用于計算機外部設備、工業實時控制、儀器儀表、通訊設備、家用電器等各個領域。單片機負責接收壓力檢測模塊發送來的信號，并對其進行A/D轉換處理，若檢測出的壓力值低于設定的壓力值，啟動水泵向管道補水，高于設定值停泵；同時單片機還會不斷檢測水箱水位，若水箱的水位低于設定的最低水位，為防止損壞水泵，停止水泵工作；

②數據采集模塊：主要包括壓力傳感器和水位傳感器，該模塊負責采集消防管道壓力、消防水箱水位相關參數，并實時將數據傳送給單片機處理；該模塊輸出4～20mA的電流信號，經信號調理電路中的I/U變換電路，轉換為0～5V電壓信號，送入單片機進行A/D轉換，并將所得數字量供單片機處理。

③通訊模塊：采用RS485通信協議負責單片機與上位機之間的通訊，實現交換、控制信息。RS485接口采用平衡驅動器和差分接收器的組合傳輸信號，抗共模干擾能力增強，即抗噪聲干擾性好；RS485接口的數據最高傳輸10Mbps；RS485最大的通信距離約為1219m，傳輸速率與傳輸距離成反比；RS485接口芯片已廣泛應用于工業控制、儀器儀表、機電一體化產品等諸多領域。

④聲光故障報警：當兩臺水泵出現故障時，系統發出停泵命令，并通過LED二極管發光，同時蜂鳴器發聲報警。

⑤上位機實時監測系統：用來顯示、記錄水泵機組工作狀態，管道壓力值等，方便用戶查詢歷史數據記錄，打印相關數據，還可以參數設置和實現對水泵機組的控制。（圖2）

4 消防給水穩壓系統軟件設計

主程序設計思路：通過壓力檢測保證消防管道正常有水；若檢測出的壓力值低于設定的壓力值，啟動水泵向管道補水，高于設定值，停泵；若水箱的水位低于最低水位，為防止損壞水泵，停止水泵工作；兩臺水泵要交替運行；若一臺水泵向管道補水過程中出現故障，自動切換到第二臺水泵工作，兩臺都出現故障時，停止雙泵工作，報警。系統主程序流程圖如圖3所示。

5 總結

本文以ATmega64單片機為核心設計了一款操作簡單、技術性能穩定、可靠安全、維修保養方便的消防給水穩壓控制系統。該系統對管道壓力進行檢測，若檢測出的壓力值低于設定的壓力值，啟動水泵向管道補水，高于設定值，停泵；從而可以保證消防管道正常有水；一旦發生火災，能夠保證噴頭或消防栓流出滿足消防用水所需的水量和水壓，保障人民生命和財產的安全；目前，本設計已成功應用于高層建筑消防系統中，具有一定的創新性和實際應用價值，具有良好的市場前景。

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