消防給水穩(wěn)壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李金奎

摘要：本文以ATmega64單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了一款操作簡單、技術(shù)性能穩(wěn)定、可靠安全、維修保養(yǎng)方便的消防給水穩(wěn)壓控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)對管道壓力進(jìn)行檢測，與設(shè)定水壓進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)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(tǒng)總體方案、工作原理和工作過程，給出了硬件設(shè)計(jì)框圖和主程序流程圖，系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)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(guān)鍵詞：消防給水穩(wěn)壓系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；總體方案

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

中圖分類號：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)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(shè)與居住的基本要求，有效監(jiān)測建筑火災(zāi)、控制火災(zāi)、迅速撲滅火災(zāi)，保障人民生命和財(cái)產(chǎn)的安全，保障國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，是建筑消防系統(tǒng)的任務(wù)。設(shè)計(jì)一款合理的建筑給水穩(wěn)壓系統(tǒng)并將其引進(jìn)消防工程中，具有舉足輕重的意義。消防給水穩(wěn)壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般采用單片機(jī)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(jī)控制方式，系統(tǒng)通過測量管道壓力值，與設(shè)定水壓進(jìn)行比較，對水壓偏差進(jìn)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(wěn)定性和后期維護(hù)升級簡單等優(yōu)點(diǎn)。

1 消防給水穩(wěn)壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)及主要指標(biāo)

消防給水穩(wěn)壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)包括：①自動時(shí)，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(yùn)行，一用一備、互為備用，低液位停泵保護(hù)；系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)手動巡檢模式和自動巡檢模式，巡檢提示周期應(yīng)能按需設(shè)定，最長周期不應(yīng)超過360h；每臺泵額定工況下運(yùn)行時(shí)間不少于2min；巡檢時(shí)逐臺巡檢每臺泵，直至巡檢結(jié)束；④運(yùn)行記錄包括管道壓力、水箱液位、水泵及控制柜工作狀態(tài)、報(bào)警及故障發(fā)生的時(shí)間；記錄信息的采集間隔時(shí)間不超過6h，記錄裝置存儲容量應(yīng)滿足連續(xù)記錄不少于180天；設(shè)置報(bào)警記錄畫面，在屏上顯示最近出現(xiàn)的報(bào)警記錄及時(shí)間；也能通過時(shí)間設(shè)定顯示歷史記錄內(nèi)容。

系統(tǒng)主要功能及指標(biāo)：①實(shí)時(shí)顯示消防管道壓力值；②當(dāng)兩臺水泵同時(shí)發(fā)生故障時(shí)，提供報(bào)警功能；③可采集實(shí)際水壓范圍0～10MPa，水深范圍0～10m，可通過上位機(jī)設(shè)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(shè)定的壓力值，啟動水泵向管道補(bǔ)水，高于設(shè)定值，停泵；⑦可以設(shè)定起泵停泵壓力參數(shù)；⑧通過SD卡實(shí)時(shí)記錄水泵的工作狀態(tài)、管道壓力等信息；⑨可實(shí)現(xiàn)手動或自動巡檢。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

消防給水穩(wěn)壓系統(tǒng)原理圖如圖1所示。該系統(tǒng)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(jī)組五部分組成。系統(tǒng)方案的選擇主要體現(xiàn)在主控模塊的選擇，目前可選控制器包括PLC、單片機(jī)和計(jì)算機(jī)。通過比較，本文最終采用了AVR系列中的ATmega64單片機(jī)作為主控制器。該系統(tǒng)單片機(jī)負(fù)責(zé)接收壓力傳感器、水位傳感器發(fā)送來的參數(shù)，并對其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換處理，根據(jù)比對結(jié)果，向兩臺水泵發(fā)出控制命令，實(shí)現(xiàn)啟停泵；利用485通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)之間的通信，實(shí)現(xiàn)對管道的實(shí)時(shí)檢測。

3 消防給水穩(wěn)壓系統(tǒng)硬件組成及功能

3.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

該系統(tǒng)主要包括五部分，一是主控模塊，本文采用ATmega64單片機(jī)系統(tǒng)；二是輸入部分，包括水泵狀態(tài)采集、壓力信號采集、液位信號采集、信號調(diào)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(jī)組；四是輔助電路，包括數(shù)碼管顯示電路、聲光報(bào)警電路、RS485通訊接口和電源模塊等。系統(tǒng)具體硬件框圖如圖2所示。

3.2 系統(tǒng)硬件功能介紹

①主控模塊：采用AVR單片機(jī)，AVR單片機(jī)是Atmel公司1997年推出RISC單片機(jī)。廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。單片機(jī)負(fù)責(zé)接收壓力檢測模塊發(fā)送來的信號，并對其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換處理，若檢測出的壓力值低于設(shè)定的壓力值，啟動水泵向管道補(bǔ)水，高于設(shè)定值停泵；同時(shí)單片機(jī)還會不斷檢測水箱水位，若水箱的水位低于設(shè)定的最低水位，為防止損壞水泵，停止水泵工作；

②數(shù)據(jù)采集模塊：主要包括壓力傳感器和水位傳感器，該模塊負(fù)責(zé)采集消防管道壓力、消防水箱水位相關(guān)參數(shù)，并實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)處理；該模塊輸出4～20mA的電流信號，經(jīng)信號調(diào)理電路中的I/U變換電路，轉(zhuǎn)換為0～5V電壓信號，送入單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將所得數(shù)字量供單片機(jī)處理。

③通訊模塊：采用RS485通信協(xié)議負(fù)責(zé)單片機(jī)與上位機(jī)之間的通訊，實(shí)現(xiàn)交換、控制信息。RS485接口采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合傳輸信號，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好；RS485接口的數(shù)據(jù)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(yīng)用于工業(yè)控制、儀器儀表、機(jī)電一體化產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域。

④聲光故障報(bào)警：當(dāng)兩臺水泵出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出停泵命令，并通過LED二極管發(fā)光，同時(shí)蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警。

⑤上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)：用來顯示、記錄水泵機(jī)組工作狀態(tài)，管道壓力值等，方便用戶查詢歷史數(shù)據(jù)記錄，打印相關(guān)數(shù)據(jù)，還可以參數(shù)設(shè)置和實(shí)現(xiàn)對水泵機(jī)組的控制。（圖2）

4 消防給水穩(wěn)壓系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主程序設(shè)計(jì)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(shè)定的壓力值，啟動水泵向管道補(bǔ)水，高于設(shè)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(yùn)行；若一臺水泵向管道補(bǔ)水過程中出現(xiàn)故障，自動切換到第二臺水泵工作，兩臺都出現(xiàn)故障時(shí)，停止雙泵工作，報(bào)警。系統(tǒng)主程序流程圖如圖3所示。

5 總結(jié)

本文以ATmega64單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了一款操作簡單、技術(shù)性能穩(wěn)定、可靠安全、維修保養(yǎng)方便的消防給水穩(wěn)壓控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)對管道壓力進(jìn)行檢測，若檢測出的壓力值低于設(shè)定的壓力值，啟動水泵向管道補(bǔ)水，高于設(shè)定值，停泵；從而可以保證消防管道正常有水；一旦發(fā)生火災(zāi)，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(cái)產(chǎn)的安全；目前，本設(shè)計(jì)已成功應(yīng)用于高層建筑消防系統(tǒng)中，具有一定的創(chuàng)新性和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，具有良好的市場前景。

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