某化工企業(yè)新建項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)備僅有獨立運行的幾個泵：高壓電動消防泵、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時自起動穩(wěn)壓泵，高于0.8MPa時自動停止；當生產(chǎn)廠區(qū)停電后，自動起動柴油消防泵；高壓電動消防泵無任何自起動條件，只能手動啟停。

若只靠一臺5.5kW的穩(wěn)壓泵自起動來維持一個龐大的生產(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)壓泵的供水能力遠遠達不到要求。因此，該消防水系統(tǒng)的設(shè)計存在缺陷，不能算是一套完整的消防水系統(tǒng)。

1 消防水系統(tǒng)的要求

一個標準的消防水系統(tǒng)能夠在生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，及時快速響應(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。

一個完整的消防水系統(tǒng)的具體要求如圖1所示。

圖1 對消防水系統(tǒng)各裝置要求

為達到上述消防水系統(tǒng)的基本要求，一個完整的消防水系統(tǒng)應(yīng)該包括消防水池裝置、消防管道供水裝置、消防監(jiān)測及報警裝置、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、水池液位檢測儀、水池供水電動泵、供水柴油泵組成。當水池水位低于液位檢測儀設(shè)定值時，液位檢測儀自動向供水泵發(fā)出指令，起動水池供水泵向水池供水，高于液位檢測儀設(shè)定值時，自動停止，當廠區(qū)停電時由柴油泵供水。

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)時能及時滅火。它是整個消防水系統(tǒng)的核心，主要由穩(wěn)壓消防泵、高壓電動消防泵、柴油消防泵三大部分組成。

3）消防監(jiān)測及報警裝置

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

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消防水系統(tǒng)滅火的執(zhí)行裝置，包括消防管網(wǎng)、現(xiàn)場消火栓。

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)時及時消除災(zāi)情，須保證兩個重要消防參數(shù)：①必須保證消防水池有足夠的水量，便于滅火時供給，由消防水池的液位測控儀（level indication controller, LIC）來檢測和控制；②必須保證消防管網(wǎng)內(nèi)的水有足夠的壓力，由壓力測控儀（pressure indication controller, PIC）來檢測和控制。

根據(jù)這兩點要求，重新組織和設(shè)計消防的控制系統(tǒng)，并將供水和用水管網(wǎng)關(guān)聯(lián)起來；同時，還要考慮火災(zāi)發(fā)生可能導(dǎo)致廠區(qū)停電對消防系統(tǒng)的影響。綜合這些，設(shè)計出消防水系統(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：

由消防水池液位測控儀LIC檢測水池液位，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。當液位低于設(shè)定的低限值時，起動供水泵P1向水池供水，液位高于設(shè)定高限值時，停止供水泵。

如果廠區(qū)內(nèi)停電，電動泵P1不能供水時，液位測控儀LIC控制柴油泵P2起動，向消防水池供水。廠區(qū)是否停電，可利用一個繼電器的常閉觸點來實現(xiàn)。繼電器與廠電連接，常供電；正常情況，繼電器一直吸合，常閉觸點斷開；一旦停電，常閉觸點閉合，于是柴油泵便具備了起動條件。

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P5三臺組成，并且與隔膜罐、消防管網(wǎng)相連。壓力測控儀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PIC檢測到管網(wǎng)壓力低于設(shè)定低限值時，比如0.45MPa時，發(fā)出指令起動穩(wěn)壓泵P3向消防管網(wǎng)補充水量和水壓；當壓力高于設(shè)定高限值0.8MPa時，停止穩(wěn)壓泵P3。

當火災(zāi)發(fā)生時，感溫、感煙等現(xiàn)場探測器立即發(fā)出聲光報警，并向綜合控制室顯示火災(zāi)地點。駐廠負責(zé)人立即組織人員配戴好防護用品趕赴現(xiàn)場，并根據(jù)實際情況進行現(xiàn)場滅火。

現(xiàn)場滅火大量用水后，管網(wǎng)壓力迅速下降，而且用水量大，這時穩(wěn)壓泵供水量不足，管網(wǎng)壓力下降到低低限時，比如0.35MPa時，同時起動消防高壓水泵P4向管網(wǎng)供水，達到高限壓力時，自動停止。當災(zāi)情嚴重，導(dǎo)致生產(chǎn)廠區(qū)停電時，穩(wěn)壓泵P3和高壓水泵P4不能供水，立即起動消防柴油泵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起動電源，皆由UPS電源提供。

3 消防水系統(tǒng)PLC程序設(shè)計

根據(jù)上述要求和原理圖進行接線，很容易實現(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，主要有：

1）需要多個硬件中間繼電器進行轉(zhuǎn)換控制。

2）硬件個體元件多，容易出故障，并且線圈易燒毀，或觸點接觸不良。

3）控制回路的接線復(fù)雜，不便于查找故障點，且容易在接線時出錯。

4）無論是制作這樣的控制回路，還是查找故障，所需時間太多。

基于上述缺點，利用西門子PLC模塊自主編程實現(xiàn)該控制，將其簡單化、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，消防水池的液位、管網(wǎng)壓力都引入PLC進行聯(lián)鎖，根據(jù)原理圖進行程序設(shè)計。具體程序設(shè)計如圖4所示，輸入輸出點尋址見表1。

圖4 PLC控制程序

表1 各個輸入輸出點PLC地址

4 結(jié)論

通過開啟消防栓來釋放消防管道內(nèi)的壓力進行試驗，當壓力達到低限時，穩(wěn)壓泵自動起動補水補壓，達到低低限時，高壓水泵起動；關(guān)閉消防栓后，管道內(nèi)壓力穩(wěn)定并上升，到達高限時，自動停止。其次，通過斷電繼電器KA來試驗廠區(qū)停電情況，當消防水池液位到達低限，自起動柴油泵P2，管網(wǎng)壓力到達低低限，自起動柴油泵P5，達到高限自動停止。

經(jīng)過試驗驗證，系統(tǒng)應(yīng)用效果良好。利用PLC程序代替硬件元器件觸點，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。

本文編自2021年第4期《電氣技術(shù)》，論文標題為“基于PLC的消防控制系統(tǒng)設(shè)計”，作者為蘭洲。