基于PLC 的消防控制系統設計

蘭 洲

（中化重慶涪陵化工有限公司，重慶 408000）

0 引言

某化工企業新建項目配套新建一套消防水系統。消防系統是保證企業安全生產的重要設施，需要具備完整設施和聯鎖控制系統。但是，所購置的消防設備僅有獨立運行的幾個泵：高壓電動消防泵、柴油消防泵及穩壓消防泵。

這些各自起停的消防設備，相互之間沒有聯鎖，也沒有一套完整的控制系統。根據設計要求說明：穩壓消防泵用于穩定消防主管網管道內的水壓，保證管網水壓在0.55～0.8MPa 之間，低于0.55MPa時自起動穩壓泵，高于0.8MPa 時自動停止；當生產廠區停電后，自動起動柴油消防泵；高壓電動消防泵無任何自起動條件，只能手動起停。若只靠一臺5.5kW 的穩壓泵自起動來維持一個龐大的生產區消防水主管網里的壓力是很難的。如果有火災發生，急需用水，穩壓泵的供水能力遠遠達不到要求。因此，該消防水系統的設計存在缺陷，不能算是一套完整的消防水系統[1-10]。

1 消防水系統的要求

一個標準的消防水系統能夠在生產區域內發生火災時，及時快速響應并滅火，盡快消除災情，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的具體要求如圖1 所示。

圖1 對消防水系統各裝置要求

為達到上述消防水系統的基本要求，一個完整的消防水系統應該包括消防水池裝置、消防管道供水裝置、消防監測及報警裝置、消防管網及消防栓裝置。

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定值時，液位檢測儀自動向供水泵發出指令，起動水池供水泵向水池供水，高于液位檢測儀設定值時，自動停止，當廠區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，自動向生產區域所有的消防管道網供水，并保證管網內的水有足夠的水壓，確保發生火災時能及時滅火。它是整個消防水系統的核心，主要由穩壓消防泵、高壓電動消防泵、柴油消防泵三大部分組成。

3）消防監測及報警裝置

消防監測及報警裝置是消防系統的眼睛，負責監測生產現場主要工作區域和容易發生火災的區域，一旦監測到有災情或是有災情發生的可能性，立即向現場操作室、綜控室發出報警信號。它主要包括感溫、感煙等監測設備，視頻監視，現場報警緊急按鈕及聲光報警器。

4）消防管網及消防栓裝置

消防管網及消防栓裝置是整個消防水系統滅火的執行裝置，包括消防管網、現場消火栓。

2 消防水系統的工作原理

根據圖1 的要求，消防水系統配置如圖2 所示。

圖2 消防水系統配置

從圖2 可以看出，為了在火災時及時消除災情，須保證兩個重要消防參數：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必須保證消防管網內的水有足夠的壓力，由壓力測控儀（pressure indication controller, PIC）來檢測和控制。根據這兩點要求，重新組織和設計消防的控制系統，并將供水和用水管網關聯起來；同時，還要考慮火災發生可能導致廠區停電對消防系統的影響。綜合這些，設計出消防水系統控制原理圖，如圖3 所示。

圖3 消防水系統控制原理圖

根據圖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。當液位低于設定的低限值時，起動供水泵P1 向水池供水，液位高于設定高限值時，停止供水泵。如果廠區內停電，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。廠區是否停電，可利用一個繼電器的常閉觸點來實現。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。

消防管網供水泵由消防穩壓泵P3、消防高壓水泵P4、消防柴油泵P5 三臺組成，并且與隔膜罐、消防管網相連。壓力測控儀PIC 監控隔膜罐內壓力（隔膜罐壓力即消防管網壓力）。正常情況下，消防管網壓力維持在0.55～0.8MPa 之間，當PIC 檢測到管網壓力低于設定低限值時，比如0.45MPa 時，發出指令起動穩壓泵P3 向消防管網補充水量和水壓；當壓力高于設定高限值0.8MPa 時，停止穩壓泵P3。

當火災發生時，感溫、感煙等現場探測器立即發出聲光報警，并向綜合控制室顯示火災地點。駐廠負責人立即組織人員配戴好防護用品趕赴現場，并根據實際情況進行現場滅火。

現場滅火大量用水后，管網壓力迅速下降，而且用水量大，這時穩壓泵供水量不足，管網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 向管網供水，達到高限壓力時，自動停止。當災情嚴重，導致生產廠區停電時，穩壓泵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在火災發生時能夠正常使用，即使在火災影響廠區供電情況下，也能保證消防水系統正常運行。因此，消防水系統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PLC 程序設計

根據上述要求和原理圖進行接線，很容易實現，但是不建議采用傳統控制方法，因傳統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，有利于控制系統穩定；同時，消防水池的液位、管網壓力都引入PLC 進行聯鎖，根據原理圖進行程序設計。具體程序設計如圖4 所示，輸入輸出點尋址見表1。

4 結論

通過開啟消防栓來釋放消防管道內的壓力進行試驗，當壓力達到低限時，穩壓泵自動起動補水補壓，達到低低限時，高壓水泵起動；關閉消防栓后，管道內壓力穩定并上升，到達高限時，自動停止。其次，通過斷電繼電器KA 來試驗廠區停電情況，當消防水池液位到達低限，自起動柴油泵P2，管網壓力到達低低限，自起動柴油泵P5，達到高限自動停止。經過試驗驗證，系統應用效果良好。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，確保了控制系統穩定、故障率低，控制方便。

圖4 PLC 控制程序

表1 各個輸入輸出點PLC 地址

（續表1）