PLC在消防設備中的應用設計

[摘 要]
本文介紹了采用可編程序控制器（PLC）實現的高層建筑消防泵組的光控制設計。文中詳細討論了控制系統的工作原理、信號的檢測以及系統的硬件結構和軟件設計。

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，高層建筑一般均設有消防專用泵組。但是許多設備都因無專人管理，不能定期試機運行，天長日久就會導致泵體卡死、銹死，所以經常會出現在發生火災時設備不能充分發揮作用的情況，造成不應有的損失。通常老設備的啟動/運行轉換控制用的是皮碗真空式定時繼電器，其定時時間誤差大，橡膠容易老化破損，維護不便。電子式定時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）對消防泵組進行控制，實現泵組在備用時定期試運行，消防用水時自動啟動。硬件無調整元件，成本低，可靠性高，維護方便。而且可以很容易地根據不同需要進行擴展。這樣能夠有效地杜絕泵體銹死或消防用水時不能及時加壓的事故。

2 工作原理
對于一座需要四臺15kW消防水泵的高層建筑而言，在沒有消防用水需求商，第一臺水泵啟動（星形）10秒鐘，運行（三角形）30秒后，停機待命120小時（五天）。待命期間如果沒有消防用水，則第二臺水泵啟動10秒，運行30秒，停機待命120小時，如此周而復始地循環。在有消防用水需求時，泵組立即自動啟動，加壓供水，充分發揮其應用的作用。

3 硬件結構與工作過程
根據控制對象的具體情況，我們選用OMRON公司的小型可編程序控制器C20P進行控制設計。C20P屬于C系列的小型機，共有20個輸入/輸出點。其中輸入點12個，輸出點8個，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型機的內部指令十分豐富，能提供近50個定時/計數器供用戶使用，對于本設計完全能夠滿足要求。設計中輸入點用了5個，8個輸出點則全部用完。具體I/O分配如表1所示。

表1 系統I/O分配表 輸入

輸入	水流檢測	低壓檢測	高壓檢測	啟動按鈕	停止按鈕
	0001	0002	0003	0004	0005
輸出	0500	0501	0502	0503	0504	0505	0506	0507
	1#泵形 Y	1#泵D形	2#泵形 Y	2#泵D形	3#泵形 Y	3#泵D形	4#泵形 Y	4#泵D形

輸入信號分別為水流指示器、水壓檢測和手動輸入。其中水壓檢測和手動輸入各占兩點。水流指示器的結構原理為：在水管內安裝一個帶杠桿的橡皮擋板，杠桿一端連接一個微動開關。如果管道內有水流流動，水流就沖開橡皮擋板，其杠桿推動微動開關，使觸點的狀態發生變化。水壓采用電接點壓力表進行檢測。一般情況下如前述四臺泵循環試機運行。一旦發生火警，打開消防噴淋頭或者消防水槍，水流指示器的常開觸點閉合，或者按動消防專用啟動按鈕，水泵即逐臺按照水壓要求啟動運轉。實際工作中，若第一臺水泵投入后水壓達不到所需壓力，壓力表低壓檢測觸點斷開，第二臺水泵自動投入運行。若第二臺水泵投入后仍達不到所需壓力，即壓力表低壓檢測觸點仍不閉合，則第三臺水泵自動投入運行。依此類推。若水壓高于所需壓力，壓力表高壓檢測觸點閉合，則依次停后啟動的水泵，直到水壓穩定下來，保持水壓恒定在所需的壓力范圍內。這樣可以減小消防人員的操作難度，同時也減小了對管道薄弱環節的威脅。每一臺水泵都用兩只接觸器分別接成星形和三角形結構，用以啟動和運行。用水完畢后，水流檢測觸點斷開或者手動按下停水按鈕，則重新進入試機循環。
4 系統軟件設計
PLC的軟件設計一般采用梯形圖的形式進行編程，直觀且簡單易學。C系列PLC的指令豐富，提供了48個定時/計數器供用戶使用，從而給系統設計帶來了很大的方便。在設計中，長時間的定時控制若采用多個定時器級連的方式實現，雖然直觀，但略顯繁冗。我們在程序中用定時器設計了一個1分鐘的時鐘作為其他計數器的輸入，使得長時間的定時設計更便于實現，控制程序也就更加簡潔。在消防用水時為了避免由于水壓波動而導致水泵頻繁起停，我們在程序中采用了“延時濾波”處理，達到了較好的效果。在為提升水壓而增加后續水泵時，為了避免同時投入水泵而對電網造成過大的沖擊，也采用了延時的方法，達到了預期的目的。
5 結束語
本系統采用可編程序控制器進行控制系統設計，硬件結構簡單，成本低廉，響應速度快，性能/價格比很高，和單片機系統相比具有極高的可靠性。經一年多的現場使用考驗，性能穩定，運行可靠。另外還可以根據實際需要很方便地進行擴展。對于現代智能樓宇，控制系統還可以通過通訊模塊納入到整個樓宇的監控系統之中，體現出極大的靈活性和適應性，具有極高的實際推廣價值。