一种消防水泵组的控制和巡检一体化电气系统

1.一种消防水泵组的控制和巡检一体化电气系统，包括电气系统硬件：配置于电源开关柜中的：连接于双电源进线切换用的2路自动断路器，及与之配合的交流接触器组成的交流电源开关系统和变压器、整流器组成的直流电源系统；配置于一体化电气控制柜中的：
连接于电源开关柜的双电源进线切换开关的电源自动断路器(1)，可编程序控制器(3)，变频调速器(4)，用于工频回路的交流接触器(5)，用于变频回路的交流接触器(6)，串联于可编程序控制器与变频或工频回路交流接触器之间的继电器组(2)，用于消防水泵组启动或停止的自动断路器组(7)及与之配合的交流接触器组(8)；配置于一体化电气控制柜面板上的：电源电压/电流指示表(9)，消防水泵组巡检指示灯组(10)；以及传输电缆接口，声光报警器，连接用电线和传输电缆；电气系统软件的可编程序控制器中包括巡检和控制的内部程序，其特征是
——电气系统硬件中一体化电气控制柜面板上还设计有配合于可编程序控制器内部程序的触摸屏(11)，自动/手动开关按钮(12)；
——电气系统硬件中每台消防水泵的电机轴上装有测定水泵电机转速的光电旋转编码器(14)，每台消防水泵的电机电路中装有高分辨率电流传感器(13)；
——电气系统硬件中一体化电气控制柜中还设计有增加设置于可编程序控制器的高速计数模块(15)、模拟量输入模块(16)、通讯模块(17)；
——电气系统软件中还设计有连接前述电气系统硬件的简捷接线方法，巡检和运行的简捷接线方法和程序，提高单台水泵运行速度的接线方法和程序，进行精确检测的接线方法和程序，进行组网通信的接线方法和程序，以及与之相应的可编程序控制器程序和触摸屏文本：
——所述的电气系统硬件的简捷接线方法是将经电源自动断路器(1)的总电源线直接接入变频调速器(4)和工频回路交流接触器(5)；再将工频回路交流接触器与变频调速器经变频回路接触器(6)并联接入用于消防水泵组启动或停止的自动断路器组(7)及与之配合的交流接触器组(8)上；火警信号触发的消防控制中心的灭火指令传输到可编程序控制器(3)，再经继电器组(2)断开变频回路接触器(6)，接通工频回路交流接触器(5)，再根据消防灭火的需要通过开关按钮(12)分别启动消防水泵自动断路器组(7)及与之配合的交流接触器组(8)；
——所述巡检和运行的简捷接线方法和程序是电源经自动断路器(1)接通后，变频调速 器(4)受可编程序控制器(3)的指令低频运行，输出设定周率的低频电流，低频电流经变频回路接触器(6)及自动断路器组(7)及与之配合的交流接触器组(8)接到各消防泵的电源进线端，可编程序控制器指令继电器组(2)启动或停止的消防水泵的交流接触器，按经触摸屏(11)设定的周期和时间顺序动作；当发生火警时，灭火指令传输到可编程序控制器，可编程序控制器立即指令变频回路接触器瞬时停止运行，并随即启动工频回路接触器；
——所述的提高单台水泵运行速度的接线方法和程序是打开开关按钮(12)中的提压开关，按设定于可编程序控制器(3)中的指令，通过继电器组(2)关闭工频回路接触器(5)，接通变频回路接触器(6)，变频调速器(4)按设定周率输出高频电流至需要提速的消防水泵接触器；
——所述的系统的进行精确检测的接线方法和程序是消防水泵电机轴上装有的光电旋转编码器(14)，将获得的水泵电机转速数据输入到增加设置于可编程序控制器内的高速计数模块(15)，消防水泵电机电路中装有的高分辨率电流传感器(13)，将获得的水泵电机工作电流数据输入到增加设置于可编程序控制器内的模拟量输入模块(16)，根据水泵相似性原理折算出水泵的模拟运行状态，于是得到了各台消防水泵状态数据。
2.根据权利要求1所述的一种消防水泵组的控制和巡检一体化电气系统，其特征是所述的进行组网通信的接线方法和程序是：将前述各台消防水泵状态数据经增加设置于可编程序控制器中的通讯模块(17)，传输至消防控制中心的监控主机上进行监控并备案，或经此通讯模块实时将消防水泵故障信息自动发送给消防控制中心或相关监控人员。

一种消防水泵组的控制和巡检一体化电气系统\n[0001] 技术领域：本发明属于配合消防用水泵使用运行的设备，特别是一种消防水泵组的控制和巡检一体化电气系统。\n[0002] 背景技术：现有技术文献1中国专利ZL95207683.7公开了一种微机控制自动巡检消防给水设备控制柜，其特征是包括：一个可编程序控制器，其内的系统程序在自动巡检周期时钟启动后使微机执行自动巡检程序，并把变频调速器的频率输出设置为一个低频常数，在执行消防程序时可编程序控制器又控制与工频电源连接的继电器组的闭合使消防水泵以额定转速运行；一个微机控制器，在自动巡检时，控制变频器的上电、启动和停止，又控制与变频调速器输出端相连的继电器组逐一闭合、关断；一个变频调速器其低频输出信号通过此继电器组逐一驱动消防水泵进行低速转动完成自动巡检。\n[0003] 现有技术文献2中国专利ZL200620001068.2公开了一种消防给水设备数字智能巡检控制器，其特征在于：包括中心控制装置、主回路电器巡回检测装置和消防水泵巡回检测装置串联，该消防给水设备数字智能巡检控制器的外部依次并联显示器、声光报警器、数据传输接口、存储器以及与消防控制中心连接。\n[0004] 现有的消防巡检系统，如文献1、2所述的那样，主要用于消防水泵的日常检测，通过定期通电的方式对闲置中的消防水泵进行周期性的巡检。这种方法对消防水泵的日常检查起了一定的作用，但是由于巡检柜的控制系统是由变频调速器、可编程序控制器等电器部件组成，一次性的投资较大。平时用来巡检，发生消防火警时即退出使用，所用巡检设备不能充分发挥其应有的作用。同时，消防水泵工作运行时还需要另外配置一套与巡检设备电气互锁的控制装置，这样既增加了使用成本，也加大了控制的难度。\n[0005] 附图4为现有的消防水泵巡检控制系统接线示意图。如图中所示：在这个系统中电源经双回路切换开关的自动断路器及与之配合的交流接触器QF01及KM01或QF02及KM02，不仅送到消防水泵控制柜的自动断路器及与之配合的交流接触器QF1及KM1、QF2及KM2、QF3及KM3、QF4及KM4至相应的消防水泵，还必须送到消防水泵巡检柜的的自动断路器及与之配合的交流接触器QF03及KM03至变频器。消防水泵巡检柜还设有与变频器输出端相接的另一套数个交流接触器KM04、KM05、KM06、KM07对消防水泵进行逐一巡检。图中，消防水泵控制柜和消防水泵巡检柜是两个相互独立的控制系统，它们的运行都受消防控制中心控制。消防水泵控制柜设置了一套交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4，消防水泵巡检柜也相应地设置了另一套交流接触器KM04、KM05、KM06、KM07，两套交流接触器之间还要进行电气互锁。平时消防水泵巡检柜工作，消防水泵控制柜停止工作，火警时消防水泵控制柜工作，消防水泵巡检柜停止工作，致使变频调速器及相关设备只是在巡检时的短时间内使用，未能发挥应有效能和作用。\n[0006] 综上所述，现有技术的电气系统存在以下不足：1、控制繁琐复杂，容易产生误动作，降低了控制的可靠性；2、控制设备重复设置，增加了制造成本；3、变频调速器及相关设备备没有能充分发挥其应有效能和作用；4、缺少精确检测功能；5、没有完善的组网通信功能。\n[0007] 由此可见，研究并设计一种简化了控制回路，提高了控制可靠性；减少了控制设备，降低了制造成本；在火警现场需要的情况下，还可以通过变频调速器提高单台消防水泵的转速而提升水压，以及具有精确检测和组网通信功能的消防水泵组的控制和巡检一体化电气系统是必要的。\n[0008] 发明内容：本发明的目的是克服现有技术的不足，设计一种简化了控制回路，提高了控制可靠性；减少了控制设备，降低了制造成本；在火警现场需要的情况下，还可以通过变频调速器提高单台消防水泵的转速而提升水压，以及具有精确检测和组网通信功能的消防水泵组的控制和巡检一体化电气系统。\n[0009] 本发明的目的是这样实现的：\n[0010] 一种消防水泵组的控制和巡检一体化电气系统，包括电气系统硬件：配置于电源开关柜中的：连接于双电源进线切换用的两路自动断路器及与之配合的交流接触器组成的交流电源开关系统，和变压器、整流器组成的直流电源系统；配置于一体化电气控制柜中的：连接于电源开关柜的双电源进线切换开关的电源自动断路器，可编程序控制器，变频调速器，用于工频回路的交流接触器，用于变频回路交流接触器，串联于可编程序控制器与变频或工频回路交流接触器之间的继电器组，用于消防水泵组启动或停止的自动断路器组及与之配合的交流接触器组；配置于一体化电气控制柜面板上的：电源电压/电流指示表，消防水泵组巡检指示灯组；以及传输电缆接口，声光报警器，连接用电线和传输电缆；电气系统软件：连接前述电气系统硬件的通常接线方法、可编程序控制器中包括巡检和控制的内部程序，其特征是电气系统硬件中：一体化电气控制柜面板上还设计有配合于可编程序控制器内部程序的触摸屏，自动/手动/提压开关按钮；每台消防水泵的电机轴上装有测定水泵电机转速的光电旋转编码器，每台消防水泵的电机电路中装有高分辨率电流传感器；\n一体化电气控制柜中还设计有增加设置于可编程序控制器的高速计数模块、模拟量输入模块、通讯模块；电气系统软件中：还设计有由连接前述电气系统硬件的简捷接线方法，巡检和运行的简捷接线方法和程序，提高单台水泵运行速度的接线方法和程序，进行精确检测的接线方法和程序，进行组网通信的接线方法和程序，以及与之相应的可编程序控制器程序和触摸屏文本。\n[0011] 本发明的目的还可以采用如下的进一步技术措施来实现：\n[0012] 所述的电气系统硬件的简捷接线方法中，将经电源自动断路器的总电源线直接接入交流变频器和工频回路交流接触器；再将工频回路交流接触器与变调速频器、变频回路接触器并联接入用于消防水泵组启动或停止的自动断路器及与之配合的交流接触器上。\n[0013] 所述的电气系统硬件的简捷接线方法中，火警信号触发的消防控制中心的灭火指令传输到可编程序控制器，可编程序控制器指令继电器断开变频回路接触器，接通工频回路接触器，再根据消防灭火的需要通过开关按钮分别启动消防水泵的自动断路器及与之配合的交流接触器。\n[0014] 所述巡检和运行的简捷接线方法和程序是：电源经自动断路器接通后，变频调速器受可编程序控制器的指令低频运行，按设定周率输出低频电流，低频电流经变频回路接触器接入消防水泵的自动断路器及与之配合的交流接触器接到各消防泵，可编程序控制器指令继电器启动或停止的消防水泵的交流接触器，按经触摸屏设定的周期和时间顺序动作，使消防水泵低速运行，达到巡检的要求；当发生火警时，灭火指令传输到可编程序控制器，可编程序控制器立即指令变频回路接触器瞬时停止运行，并随即启动工频回路接触器，\n50周的工频电流接到消防水泵的进线端，消防水泵按灭火要求全速运行。\n[0015] 所述的提高单台水泵运行速度的接线方法和程序是：打开开关按钮中的提压开关，按可编程序控制器中的指令，通过继电器关闭工频回路接触器，接通变频回路接触器，指令变频调速器按设定周率输出高频电流，至需要提速的消防水泵交流接触器，于是该台消防水泵高速运行，按消防现场需要提升出水水压。\n[0016] 所述的系统的进行精确检测的接线方法和程序是：消防水泵电机轴上装有的光电旋转编码器，将获得的水泵电机转速数据输入到增加设置于可编程序控制器内的高速计数模块，消防水泵电机电路中装有的高分辨率电流传感器，将获得的水泵电机工作电流数据，输入到增加设置于可编程序控制器内的模拟量输入模块，经数据处理后，根据水泵相似性原理折算出水泵的模拟运行状态，于是得到了各台消防水泵状态数据，从而精确判断水泵工作状态，进行精确的数据故障分析。\n[0017] 所述的进行组网通信的接线方法和程序是：将前述各台消防水泵状态数据经增加设置于可编程序控制器中的通讯模块，传输至消防控制中心的监控主机上进行监控并备案，也可经此通讯模块实时将消防水泵故障信息自动传送给消防控制中心或相关监控人员。\n[0018] 本发明实施得到的一种消防水泵组的控制和巡检一体化电气系统，经试用，与现有技术的电气系统相比显示了如下有益效果：\n[0019] 1、简化了控制回路，提高了控制的可靠性。相比现有技术的需要互锁的消防水泵控制柜和消防水泵巡检柜是两个相互独立的控制系统，本发明的控制和巡检一体化设计简化了控制回路，从而提高了控制可靠性程度。\n[0020] 2、减少了控制设备，降低了设备成本。相比现有技术的两个相互独立的消防水泵控制柜和消防水泵巡检柜，从图3与图4中对比得到本发明的控制和巡检一体化设计减少了一组数个交流接触器及与之相配套的接线和柜体空间，从而降低制造成本30％以上。\n[0021] 3、在火警现场需要的情况下，还可以通过变频调速器提高单台消防水泵的转速而提升水压。而现有技术的电气系统尚未见到具有此项功能。\n[0022] 4、具有精确检测功能。采用光电旋转编码器获取水泵电机转速数据，采用高分辨率电流传感器获取水泵电机工作电流数据，采用高速计数模块和模拟量输入模块，经可编程序控制器数据处理后，根据水泵相似性原理折算出水泵的模拟运行状态，从而精确判断水泵工作状态，进行精确的数据故障分析。\n[0023] 5、具有组网通信功能。将前述各台消防水泵状态数据经与可编程序控制器配合的通讯模块传输至消防控制中心的监控主机上进行监控并备案，也可经通讯模块实时将消防水泵故障信息自动传送给消防控制中心或相关监控人员。\n[0024] 附图说明：图1为符合本发明主题结构的控制和巡检一体化电气系统硬件示意图；图2为图1中的本发明电气系统硬件面板示意图；图3为本发明的控制和巡检一体化电气系统的接线示意图；图4为现有技术的消防水泵巡检控制系统的接线示意图；图5为本发明的精确检测和组网通信系统的接线示意图。\n[0025] 具体实施方式：以4台消防水泵组成的消防水泵组为例，如图1、图2、图3、图5中所示：一种消防水泵组的控制和巡检一体化电气系统，包括电气系统硬件：配置于电源开关柜中的：连接于双电源进线切换用的两路自动断路器QF01、QF02及与之配合的交流接触器KM01、KM02组成的交流电源开关系统和变压器、整流器组成的直流电源系统；配置于一体化电气控制柜中的：连接于电源开关柜的双电源进线切换开关的电源自动断路器QF031-1，可编程序控制器PLC-3，变频调速器BP1-4，用于工频回路交流接触器KM03-5，用于变频回路交流接触器KM04-6，串联于可编程序控制器与变频或工频回路交流接触器之间的成组继电器KA-2，用于消防水泵组启动或停止的自动断路器QF1、QF2、QF3、QF4-7及与之配合的交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4-8；配置于一体化电气控制柜面板上的：电源电压/电流指示表9，消防水泵组巡检指示灯组10；以及传输电缆接口，声光报警器，连接用电线和传输电缆，电气系统软件：连接前述电气系统硬件的通常接线方法、可编程序控制器中包括巡检和控制的内部程序，其特征是\n[0026] --电气系统硬件中一体化电气控制柜面板上还设计有配合于可编程序控制器PLC内部程序的触摸屏11，自动/手动/提压开关按钮12；\n[0027] --电气系统硬件中消防水泵组的电机轴上装有测定水泵电机转速的光电旋转编码器U1、U2、U3、U4-14，消防水泵组的电机电路中装有高分辨率电流传感器T1、T2、T3、T4-13；\n[0028] --电气系统硬件中一体化电气控制柜中还设计有增加设置于可编程序控制器的高速计数模块15、模拟量输入模块16、通讯模块17；\n[0029] --电气系统软件中还设计有由连接前述电气系统硬件的简捷接线方法，巡检和运行的简捷接线方法和程序，提高单台水泵运行速度的接线方法和程序，进行精确检测的接线方法和程序，进行组网通信的接线方法和程序，以及与之相应的可编程序控制器程序和触摸屏文本。\n[0030] 如图2、3所示，所述的电气系统硬件的简捷接线方法中，将经电源自动断路器1的总电源线直接接入变调速频器4和工频回路交流接触器5；再将工频回路交流接触器与变频调速器变频回路接触器6并联接入用于消防水泵组启动或停止的自动断路器组7及与之配合的交流接触器组8上。\n[0031] 如图2、3所示，所述的电气系统硬件的简捷接线方法中，火警信号触发的消防控制中心的灭火指令传输到可编程序控制器3，再经继电器2断开变频回路接触器6，接通工频回路接触器5，再根据消防灭火的需要通过开关按钮12分别启动消防水泵的自动断路器\n7及与之配合的交流接触器组8。\n[0032] 如图2、3所示，所述巡检和运行的简捷接线方法和程序是：电源经自动断路器1接通后，变频调速器4受可编程序控制器3的指令低频运行，按设定周率，如10周，输出低频电流，低频电流经变频回路接触器6接入自动断路器组7及与之配合的交流接触器组8接到各消防泵，可编程序控制器指令继电器2启动或停止的消防水泵的交流接触器，按经触摸屏11设定的周期和时间顺序动作，使消防水泵低速运行，达到巡检的要求；当发生火警时，灭火指令传输到可编程序控制器，可编程序控制器立即指令变频回路接触器瞬时停止运行，并随即启动工频回路接触器，50周的工频电流接到消防水泵的进线端，消防水泵按灭火要求全速运行。\n[0033] 如图2、3所示，所述的提高单台水泵运行速度的接线方法和程序是：打开开关按钮12中的提压开关，按可编程序控制器3中设定的指令，通过继电器2关闭工频回路接触器5，接通变频回路接触器6，指令变频调速器4的按设定周率，如60周，输出高频电流至需要提速的消防水泵接触器，于是该台消防水泵高速运行，按消防现场需要提升出水水压。\n[0034] 如图5所示，所述的系统的进行精确检测的接线方法和程序是：消防水泵电机轴上装有的光电旋转编码器14，将获得的水泵电机转速数据输入到增加设置于可编程序控制器内的高速计数模块15，消防水泵电机电路中装有的高分辨率电流传感器13，将获得的水泵电机工作电流数据输入到增加设置于可编程序控制器内的模拟量输入模块16，经数据处理后，根据水泵相似性原理折算出水泵的模拟运行状态，于是得到了各台消防水泵状态数据，从而精确判断水泵工作状态，进行精确的数据故障分析。\n[0035] 如图5所示，所述的进行组网通信的接线方法和程序是：将前述各台消防水泵状态数据经增加设置于可编程序控制器中的通讯模块17，传输至消防控制中心的监控主机上进行监控并备案，也可经此通讯模块实时将消防水泵故障信息自动传送给消防控制中心或相关监控人员。