基于PLC 的消防控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蘭 洲

（中化重慶涪陵化工有限公司，重慶 408000）

0 引言

某化工企業(yè)新建項(xiàng)目配套新建一套消防水系統(tǒng)。消防系統(tǒng)是保證企業(yè)安全生產(chǎn)的重要設(shè)施，需要具備完整設(shè)施和聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。但是，所購置的消防設(shè)備僅有獨(dú)立運(yùn)行的幾個(gè)泵：高壓電動(dòng)消防泵、柴油消防泵及穩(wěn)壓消防泵。

這些各自起停的消防設(shè)備，相互之間沒有聯(lián)鎖，也沒有一套完整的控制系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求說明：穩(wěn)壓消防泵用于穩(wěn)定消防主管網(wǎng)管道內(nèi)的水壓，保證管網(wǎng)水壓在0.55～0.8MPa 之間，低于0.55MPa時(shí)自起動(dòng)穩(wěn)壓泵，高于0.8MPa 時(shí)自動(dòng)停止；當(dāng)生產(chǎn)廠區(qū)停電后，自動(dòng)起動(dòng)柴油消防泵；高壓電動(dòng)消防泵無任何自起動(dòng)條件，只能手動(dòng)起停。若只靠一臺(tái)5.5kW 的穩(wěn)壓泵自起動(dòng)來維持一個(gè)龐大的生產(chǎn)區(qū)消防水主管網(wǎng)里的壓力是很難的。如果有火災(zāi)發(fā)生，急需用水，穩(wěn)壓泵的供水能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求。因此，該消防水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)存在缺陷，不能算是一套完整的消防水系統(tǒng)[1-10]。

1 消防水系統(tǒng)的要求

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的消防水系統(tǒng)能夠在生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，及時(shí)快速響應(yīng)并滅火，盡快消除災(zāi)情，以免造成損失，或者盡可能地減少損失。

一個(gè)完整的消防水系統(tǒng)的具體要求如圖1 所示。

圖1 對(duì)消防水系統(tǒng)各裝置要求

為達(dá)到上述消防水系統(tǒng)的基本要求，一個(gè)完整的消防水系統(tǒng)應(yīng)該包括消防水池裝置、消防管道供水裝置、消防監(jiān)測(cè)及報(bào)警裝置、消防管網(wǎng)及消防栓裝置。

1）消防水池裝置

消防水池裝置是保證消防水系統(tǒng)水源的裝置，主要由消防水池、水池液位檢測(cè)儀、水池供水電動(dòng)泵、供水柴油泵組成。當(dāng)水池水位低于液位檢測(cè)儀設(shè)定值時(shí)，液位檢測(cè)儀自動(dòng)向供水泵發(fā)出指令，起動(dòng)水池供水泵向水池供水，高于液位檢測(cè)儀設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)停止，當(dāng)廠區(qū)停電時(shí)由柴油泵供水。

2）消防管道供水裝置

消防管道供水裝置是消防栓滅火的供水裝置，自動(dòng)向生產(chǎn)區(qū)域所有的消防管道網(wǎng)供水，并保證管網(wǎng)內(nèi)的水有足夠的水壓，確保發(fā)生火災(zāi)時(shí)能及時(shí)滅火。它是整個(gè)消防水系統(tǒng)的核心，主要由穩(wěn)壓消防泵、高壓電動(dòng)消防泵、柴油消防泵三大部分組成。

3）消防監(jiān)測(cè)及報(bào)警裝置

消防監(jiān)測(cè)及報(bào)警裝置是消防系統(tǒng)的眼睛，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)主要工作區(qū)域和容易發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域，一旦監(jiān)測(cè)到有災(zāi)情或是有災(zāi)情發(fā)生的可能性，立即向現(xiàn)場(chǎng)操作室、綜控室發(fā)出報(bào)警信號(hào)。它主要包括感溫、感煙等監(jiān)測(cè)設(shè)備，視頻監(jiān)視，現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警緊急按鈕及聲光報(bào)警器。

4）消防管網(wǎng)及消防栓裝置

消防管網(wǎng)及消防栓裝置是整個(gè)消防水系統(tǒng)滅火的執(zhí)行裝置，包括消防管網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)消火栓。

2 消防水系統(tǒng)的工作原理

根據(jù)圖1 的要求，消防水系統(tǒng)配置如圖2 所示。

圖2 消防水系統(tǒng)配置

從圖2 可以看出，為了在火災(zāi)時(shí)及時(shí)消除災(zāi)情，須保證兩個(gè)重要消防參數(shù)：①必須保證消防水池有足夠的水量，便于滅火時(shí)供給，由消防水池的液位測(cè)控儀（level indication controller, LIC）來檢測(cè)和控制；②必須保證消防管網(wǎng)內(nèi)的水有足夠的壓力，由壓力測(cè)控儀（pressure indication controller, PIC）來檢測(cè)和控制。根據(jù)這兩點(diǎn)要求，重新組織和設(shè)計(jì)消防的控制系統(tǒng)，并將供水和用水管網(wǎng)關(guān)聯(lián)起來；同時(shí)，還要考慮火災(zāi)發(fā)生可能導(dǎo)致廠區(qū)停電對(duì)消防系統(tǒng)的影響。綜合這些，設(shè)計(jì)出消防水系統(tǒng)控制原理圖，如圖3 所示。

圖3 消防水系統(tǒng)控制原理圖

根據(jù)圖3，其工作原理如下：

由消防水池液位測(cè)控儀LIC 檢測(cè)水池液位，并輸出指令控制消防水池供水泵P1 向消防水池供水，保證消防水池液位。當(dāng)液位低于設(shè)定的低限值時(shí)，起動(dòng)供水泵P1 向水池供水，液位高于設(shè)定高限值時(shí)，停止供水泵。如果廠區(qū)內(nèi)停電，電動(dòng)泵P1 不能供水時(shí)，液位測(cè)控儀LIC 控制柴油泵P2 起動(dòng)，向消防水池供水。廠區(qū)是否停電，可利用一個(gè)繼電器的常閉觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。繼電器與廠電連接，常供電；正常情況，繼電器一直吸合，常閉觸點(diǎn)斷開；一旦停電，常閉觸點(diǎn)閉合，于是柴油泵便具備了起動(dòng)條件。

消防管網(wǎng)供水泵由消防穩(wěn)壓泵P3、消防高壓水泵P4、消防柴油泵P5 三臺(tái)組成，并且與隔膜罐、消防管網(wǎng)相連。壓力測(cè)控儀PIC 監(jiān)控隔膜罐內(nèi)壓力（隔膜罐壓力即消防管網(wǎng)壓力）。正常情況下，消防管網(wǎng)壓力維持在0.55～0.8MPa 之間，當(dāng)PIC 檢測(cè)到管網(wǎng)壓力低于設(shè)定低限值時(shí)，比如0.45MPa 時(shí)，發(fā)出指令起動(dòng)穩(wěn)壓泵P3 向消防管網(wǎng)補(bǔ)充水量和水壓；當(dāng)壓力高于設(shè)定高限值0.8MPa 時(shí)，停止穩(wěn)壓泵P3。

當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，感溫、感煙等現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)器立即發(fā)出聲光報(bào)警，并向綜合控制室顯示火災(zāi)地點(diǎn)。駐廠負(fù)責(zé)人立即組織人員配戴好防護(hù)用品趕赴現(xiàn)場(chǎng)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)滅火。

現(xiàn)場(chǎng)滅火大量用水后，管網(wǎng)壓力迅速下降，而且用水量大，這時(shí)穩(wěn)壓泵供水量不足，管網(wǎng)壓力下降到低低限時(shí)，比如0.35MPa 時(shí)，同時(shí)起動(dòng)消防高壓水泵P4 向管網(wǎng)供水，達(dá)到高限壓力時(shí)，自動(dòng)停止。當(dāng)災(zāi)情嚴(yán)重，導(dǎo)致生產(chǎn)廠區(qū)停電時(shí)，穩(wěn)壓泵P3 和高壓水泵P4 不能供水，立即起動(dòng)消防柴油泵P5 供水。

需要說明的是，為了保證消防水系統(tǒng)在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能夠正常使用，即使在火災(zāi)影響廠區(qū)供電情況下，也能保證消防水系統(tǒng)正常運(yùn)行。因此，消防水系統(tǒng)控制回路電源采用不間斷電源UPS 提供，包括柴油泵P2、P5 起動(dòng)電源，皆由UPS 電源提供。

3 消防水系統(tǒng)PLC 程序設(shè)計(jì)

根據(jù)上述要求和原理圖進(jìn)行接線，很容易實(shí)現(xiàn)，但是不建議采用傳統(tǒng)控制方法，因傳統(tǒng)的控制回路存在很多缺點(diǎn)，主要有：

1）需要多個(gè)硬件中間繼電器進(jìn)行轉(zhuǎn)換控制。

2）硬件個(gè)體元件多，容易出故障，并且線圈易燒毀，或觸點(diǎn)接觸不良。

3）控制回路的接線復(fù)雜，不便于查找故障點(diǎn)，且容易在接線時(shí)出錯(cuò)。

4）無論是制作這樣的控制回路，還是查找故障，所需時(shí)間太多。

基于上述缺點(diǎn)，利用西門子PLC 模塊自主編程實(shí)現(xiàn)該控制，將其簡(jiǎn)單化、程序化，并且用程序軟件代替硬件元件，有利于控制系統(tǒng)穩(wěn)定；同時(shí)，消防水池的液位、管網(wǎng)壓力都引入PLC 進(jìn)行聯(lián)鎖，根據(jù)原理圖進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。具體程序設(shè)計(jì)如圖4 所示，輸入輸出點(diǎn)尋址見表1。

4 結(jié)論

通過開啟消防栓來釋放消防管道內(nèi)的壓力進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)壓力達(dá)到低限時(shí)，穩(wěn)壓泵自動(dòng)起動(dòng)補(bǔ)水補(bǔ)壓，達(dá)到低低限時(shí)，高壓水泵起動(dòng)；關(guān)閉消防栓后，管道內(nèi)壓力穩(wěn)定并上升，到達(dá)高限時(shí)，自動(dòng)停止。其次，通過斷電繼電器KA 來試驗(yàn)廠區(qū)停電情況，當(dāng)消防水池液位到達(dá)低限，自起動(dòng)柴油泵P2，管網(wǎng)壓力到達(dá)低低限，自起動(dòng)柴油泵P5，達(dá)到高限自動(dòng)停止。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，系統(tǒng)應(yīng)用效果良好。利用PLC程序代替硬件元器件觸點(diǎn)，減小了外部元器件的影響，確保了控制系統(tǒng)穩(wěn)定、故障率低，控制方便。

圖4 PLC 控制程序

表1 各個(gè)輸入輸出點(diǎn)PLC 地址

（續(xù)表1）