論變頻調(diào)速泵在消防中的運(yùn)用

我國(guó)城鎮(zhèn)化率逐年提高，城市建設(shè)高樓林立，隨之消防工程建設(shè)也越來(lái)越受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。在當(dāng)前水消防中變頻調(diào)速泵技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。其變頻范圍較廣能夠滿足不同消防環(huán)境下的使用。本文將對(duì)變頻調(diào)速泵在水消防中的應(yīng)用進(jìn)行探討和分析。

1 變頻調(diào)速泵概述

當(dāng)前高層建筑不斷增多，建筑消防問(wèn)題成為社會(huì)比較關(guān)注的問(wèn)題，變頻恒壓自動(dòng)供水由于其優(yōu)良的性能得到廣泛的使用。自動(dòng)供水控制系統(tǒng)能夠通過(guò)壓力傳感器采集管網(wǎng)承受壓力數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換成可控信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)化的變頻控制。通過(guò)這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠使變頻恒壓水系統(tǒng)代替水塔和高層水箱來(lái)為建筑水消防提供水源，有效提高建筑消防的效率和質(zhì)量。另外變頻調(diào)速水泵耗電量和電機(jī)的轉(zhuǎn)速的立方成正比例的關(guān)系，故變頻調(diào)速水泵能耗較低，節(jié)能效果十分明顯，變頻調(diào)速水泵耗電量比普通供水方法至少節(jié)省35%。變頻調(diào)速水泵結(jié)合可編程控制器使用，能夠?qū)崿F(xiàn)水泵的循環(huán)變頻以及電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用時(shí)間，并能夠使系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性大大提高。在消防給水中對(duì)穩(wěn)壓泵以及在消防泵巡檢時(shí)最好采用變頻控制，但在消防泵滅火控制中應(yīng)采用直接啟動(dòng)或降壓?jiǎn)?dòng)控制方式。

2 變頻調(diào)速泵在消防中的運(yùn)用分析

2.1 水消防中變頻調(diào)速泵應(yīng)用分析

通常的消防給水系統(tǒng)之中，消防系統(tǒng)管網(wǎng)主要由增壓和穩(wěn)壓泵進(jìn)行穩(wěn)壓，使消防系統(tǒng)保持消防水壓的準(zhǔn)備狀態(tài)，以保證系統(tǒng)能夠及時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)的火災(zāi)。若建筑物發(fā)生火災(zāi)時(shí)，技術(shù)人員啟動(dòng)變頻調(diào)速消防泵就可以及時(shí)提供能夠消防用水的壓力和水流量的建筑消防用水。根據(jù)我國(guó)消防相關(guān)規(guī)范，水消防工作時(shí)間最長(zhǎng)情況下以2.5小時(shí)為限，系統(tǒng)的消防泵耗能亦需要加以考慮。消防泵應(yīng)設(shè)有備用泵，備用泵應(yīng)不小于任一臺(tái)主消防泵。由多泵并聯(lián)恒壓供水理論，多泵并聯(lián)恒壓供水，變頻調(diào)速泵必須是其中最大的一臺(tái)泵，其余并聯(lián)泵自動(dòng)投入或超出是由變頻控制器按用水流量變化自動(dòng)控制的。如果變頻泵故障可能會(huì)導(dǎo)致變頻器跳閘，使全部消防泵停泵。從這一點(diǎn)考慮，消防泵采用變頻調(diào)速會(huì)降低消防供水的可靠性，不宜在水消防系統(tǒng)中應(yīng)用。三相電機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的調(diào)節(jié)方式有多種手段，例如利用交流電頻率的調(diào)節(jié)、電機(jī)轉(zhuǎn)子極數(shù)和轉(zhuǎn)動(dòng)差率的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)整。通常技術(shù)人員通過(guò)對(duì)電機(jī)極數(shù)調(diào)整來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，在以前的水消防系統(tǒng)中利用頻率對(duì)轉(zhuǎn)機(jī)速度進(jìn)行調(diào)整比較少見(jiàn)。伴隨著電力電子系統(tǒng)、信息科學(xué)的快速發(fā)展，變頻控制技術(shù)斷進(jìn)步和發(fā)展，研究人員利用水消防系統(tǒng)中調(diào)整水泵電源的交流電頻率調(diào)速能夠達(dá)到提高水消防系統(tǒng)供水效率和降低系統(tǒng)的能耗，變頻調(diào)速泵在水消防系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.2 消防給水系統(tǒng)中變頻調(diào)速泵控制分析

當(dāng)前水消防中變頻調(diào)速泵得到了廣泛的應(yīng)用。在變頻調(diào)速泵中控制方式較多，主要有以下幾種方式：

(1)繼電接觸器控制。這是操作最為簡(jiǎn)單的控制方式。根據(jù)消防條件或外界環(huán)境的變化，根據(jù)模電技術(shù)，可以利用繼電接觸器對(duì)水泵電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行來(lái)達(dá)到變頻的目的。

(2)數(shù)字電路控制。數(shù)字電路對(duì)變頻調(diào)速泵的控制電路固定在變頻狀態(tài)，其他的供水泵均處在工作頻段狀態(tài)。其控制方法比較新穎和先進(jìn)，但是供水水泵組全部進(jìn)行軟啟動(dòng)、全流量的頻率變化調(diào)節(jié)不能通過(guò)這種方式進(jìn)行控制。故其控制的精度比較低、水泵在切換的時(shí)候壓力波動(dòng)較大、調(diào)試相對(duì)會(huì)較為麻煩，工頻泵在起動(dòng)的時(shí)候抗沖擊和抗雜波干擾的能力比較弱。這種控制方式的系統(tǒng)造價(jià)較低。當(dāng)消防節(jié)水管網(wǎng)的壓力下降到規(guī)定閾值時(shí)，通過(guò)壓力傳感器傳送出水壓信號(hào)并自主啟動(dòng)穩(wěn)壓泵來(lái)對(duì)消防管網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)水加壓作業(yè)，當(dāng)官網(wǎng)的壓力達(dá)到最大閾值時(shí)時(shí)自動(dòng)停止供水。技術(shù)人員可以依據(jù)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)進(jìn)行消防中心聯(lián)動(dòng)接口的系統(tǒng)設(shè)置，消防中心消火栓按鈕啟動(dòng)發(fā)出火警信號(hào)后，電控系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)變頻消防主泵進(jìn)行滅火作業(yè)。

(3)集成電路控制。利用單片機(jī)或其他集成電路進(jìn)行水消防變頻水泵的頻率控制，其控制效果要好于于邏輯電子電路，但在不同區(qū)域間的管網(wǎng)、不同供水方式下調(diào)試和維護(hù)相對(duì)麻煩。由于控制程序預(yù)先燒錄在控制芯片之中，當(dāng)進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)或增加功能時(shí)，就需要重新對(duì)電路板進(jìn)行更換或修改，技術(shù)人員需要重新進(jìn)行系統(tǒng)程序的設(shè)置，故這種控制方式便捷性稍差，另外集成電路控制的可靠性和抗干擾能力不能滿足復(fù)雜環(huán)境下的變頻調(diào)速泵的控制。系統(tǒng)中，水泵起對(duì)消防供水補(bǔ)壓的作用，來(lái)滿足消防單位對(duì)供水所需壓力的需求。貯能罐可以貯存并接收來(lái)自自來(lái)水管網(wǎng)的能量，還能起到在啟泵時(shí)減輕對(duì)管網(wǎng)影響的作用。壓力傳感器用于接收用戶管網(wǎng)壓力信息，控制水泵轉(zhuǎn)速。能量調(diào)節(jié)儀接收自來(lái)水管網(wǎng)的壓力信息，調(diào)節(jié)控制水泵充分利用管網(wǎng)能量，避免對(duì)管網(wǎng)的破壞和影響?？刂乒裼脕?lái)接收壓力傳感器的信息并經(jīng)過(guò)科學(xué)的處理后來(lái)控制變頻調(diào)速水泵的作業(yè)。其中設(shè)備核心部件是能量調(diào)節(jié)儀，其自身?yè)碛?個(gè)可供任意設(shè)值的壓力數(shù)值，通過(guò)和自來(lái)水管網(wǎng)壓力數(shù)值相交產(chǎn)生4個(gè)壓力測(cè)量點(diǎn)。監(jiān)測(cè)管網(wǎng)壓力情況由能量調(diào)節(jié)儀時(shí)刻檢測(cè)和數(shù)據(jù)收集。每監(jiān)測(cè)到相關(guān)數(shù)值都需做出科學(xué)的判斷，并需將判斷的數(shù)據(jù)結(jié)果傳到主機(jī)組的變頻控制系統(tǒng)，能夠達(dá)到自動(dòng)補(bǔ)壓的目的。

2.3 消防給水中不同分布形式下的變頻調(diào)速泵的應(yīng)用

在變頻調(diào)速泵的應(yīng)用中當(dāng)某小區(qū)僅使用加壓泵房， 利用水泵進(jìn)行集中加壓來(lái)向小區(qū)內(nèi)的建筑物進(jìn)行供水。依照生活水泵和消防水泵是否正常工作來(lái)確定這兩種官網(wǎng)是否進(jìn)行分開(kāi)設(shè)置和官網(wǎng)的布置。消防系統(tǒng)需保證整個(gè)小區(qū)至少有完整的消防供水系統(tǒng)， 利用變頻調(diào)速消防泵將消防用水輸至小區(qū)內(nèi)每棟建筑內(nèi)的消防管網(wǎng)， 每幢建筑物至少在屋頂有一個(gè)屋頂水箱， 水箱里必須存儲(chǔ)初期消防用水。變頻調(diào)速泵的變頻器內(nèi)部利用集成方式時(shí)，其能夠?qū)ID和PLC的功能以集成的方式結(jié)合到變頻調(diào)速泵的變頻器之內(nèi)，構(gòu)成面向應(yīng)用的控制變頻器。因?yàn)镻ID運(yùn)算在之前已經(jīng)固化到變頻器的內(nèi)部，省略掉了對(duì)PLC的編程設(shè)計(jì)和對(duì)PID的設(shè)計(jì)，并且PID的參數(shù)在線調(diào)試時(shí)相對(duì)較為容易。內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器利用優(yōu)化算法能夠保證水消防中的水壓調(diào)節(jié)保持在平滑和穩(wěn)定的狀態(tài)。在水消防變頻泵中保證官網(wǎng)水壓反饋的信號(hào)數(shù)值是否準(zhǔn)確就需要對(duì)其設(shè)置濾波時(shí)間的常數(shù)，同時(shí)還需對(duì)系統(tǒng)反饋的信號(hào)數(shù)值進(jìn)行科學(xué)的換算，使消防系統(tǒng)調(diào)試和作業(yè)操作比較簡(jiǎn)單、方便。采用內(nèi)置PID功能的變頻器生產(chǎn)出的恒壓供水設(shè)備，能夠降低設(shè)備成本，并節(jié)省安裝調(diào)試時(shí)間。此外，針對(duì)傳統(tǒng)的變頻調(diào)速供水設(shè)備的不足之處，有些產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用了變頻調(diào)速和智能控制技術(shù)，因此多電平直接高壓變頻器、模糊控制器等器件得到了應(yīng)用。如采用多電平的高壓變頻器，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的功率輸入、輸出、高品質(zhì)因數(shù)和系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行。利用模糊控制器能夠最大限度地適應(yīng)被控系統(tǒng)的變化，達(dá)到精度高、響應(yīng)快、控制規(guī)律簡(jiǎn)單的控制目的。調(diào)速水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)不能任意進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)速水泵需要保持在一定的揚(yáng)程， 轉(zhuǎn)速可能降低的幅度不會(huì)太大，當(dāng)泵調(diào)速范圍超出時(shí)系統(tǒng)難以保證高效的工作，當(dāng)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)會(huì)造成較大的能源浪費(fèi)。故水泵的設(shè)計(jì)工況點(diǎn)要盡量滿足其在高效調(diào)速范圍內(nèi)工作。通過(guò)科學(xué)的設(shè)計(jì)保證變頻調(diào)速泵在水消防中發(fā)揮最大的作用。

結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，水消防中變頻調(diào)速泵頻率控制的方式和技術(shù)手段都在不斷增加。在變頻調(diào)速泵中通過(guò)科學(xué)的控制能夠有效提高其工作效率和降低能耗，保證消防系統(tǒng)在最優(yōu)化的情況下工作。