消防给水稳压系统设计

李金奎

摘要：本文以ATmega64单片机为核心设计了一款操作简单、技术性能稳定、可靠安全、维修保养方便的消防给水稳压控制系统。该系统对管道压力进行检测，与设定水压进行比较，实现对管道压力的控制，保证消防管道正常有水。本文介绍了系统总体方案、工作原理和工作过程，给出了硬件设计框图和主程序流程图，系统在实际应用中运行良好。

Abstract： Based on ATmega64 single chip microcontroller， this paper designs a fire water supply voltage regulation system with simple operation， stable technical performance， reliable， safe and convenient maintenance. The system detects the pipeline pressure， compares it with the set water pressure， controls the pipeline pressure， and ensures the normal water in the fire pipeline. This paper introduces the overall scheme， working principle and working process of the system， and gives the hardware design block diagram and main program flow diagram. The system runs well in practical application.

關键词：消防给水稳压系统；设计；总体方案

Key words： fire water supply voltage regulation system；design；overall plan

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）33-0144-02

0 引言

消防安全是建筑工程建设与居住的基本要求，有效监测建筑火灾、控制火灾、迅速扑灭火灾，保障人民生命和财产的安全，保障国民经济建设，是建筑消防系统的任务。设计一款合理的建筑给水稳压系统并将其引进消防工程中，具有举足轻重的意义。消防给水稳压系统设计一般采用单片机控制、PLC控制、智能控制和模糊控制等四种控制方式。本文采用单片机控制方式，系统通过测量管道压力值，与设定水压进行比较，对水压偏差进行控制，保证消防管道正常有水；该控制方式具有成本低、控制灵活、高稳定性和后期维护升级简单等优点。

1 消防给水稳压系统设计任务及主要指标

消防给水稳压系统设计任务包括：①自动时，非火警及非源水位过低条件下，低压起泵、高压停泵，两台水泵交替运行，一用一备、互为备用，低液位停泵保护；系统的高、低压通过检测压力来判断；②紧急启动按钮可以在非火警及非源水位过低条件下直接起泵，高压停泵；③系统设手动巡检模式和自动巡检模式，巡检提示周期应能按需设定，最长周期不应超过360h；每台泵额定工况下运行时间不少于2min；巡检时逐台巡检每台泵，直至巡检结束；④运行记录包括管道压力、水箱液位、水泵及控制柜工作状态、报警及故障发生的时间；记录信息的采集间隔时间不超过6h，记录装置存储容量应满足连续记录不少于180天；设置报警记录画面，在屏上显示最近出现的报警记录及时间；也能通过时间设定显示历史记录内容。

系统主要功能及指标：①实时显示消防管道压力值；②当两台水泵同时发生故障时，提供报警功能；③可采集实际水压范围0～10MPa，水深范围0～10m，可通过上位机设定；④可手动紧急启停水泵；⑤若水箱的水位低于最低水位，为防止损坏水泵，停止水泵工作；⑥若检测出的压力值低于设定的压力值，启动水泵向管道补水，高于设定值，停泵；⑦可以设定起泵停泵压力参数；⑧通过SD卡实时记录水泵的工作状态、管道压力等信息；⑨可实现手动或自动巡检。

2 系统总体设计方案

消防给水稳压系统原理图如图1所示。该系统主要由压力传感器、水位传感器、主控模块、输入输出显示模块和水泵机组五部分组成。系统方案的选择主要体现在主控模块的选择，目前可选控制器包括PLC、单片机和计算机。通过比较，本文最终采用了AVR系列中的ATmega64单片机作为主控制器。该系统单片机负责接收压力传感器、水位传感器发送来的参数，并对其进行A/D转换处理，根据比对结果，向两台水泵发出控制命令，实现启停泵；利用485通信协议实现单片机与上位机之间的通信，实现对管道的实时检测。

3 消防给水稳压系统硬件组成及功能

3.1 系统硬件构成

该系统主要包括五部分，一是主控模块，本文采用ATmega64单片机系统；二是输入部分，包括水泵状态采集、压力信号采集、液位信号采集、信号调理电路和光耦隔离电路；三是输出部分，包括光耦隔离、继电器控制电路、水泵机组；四是辅助电路，包括数码管显示电路、声光报警电路、RS485通讯接口和电源模块等。系统具体硬件框图如图2所示。

3.2 系统硬件功能介绍

①主控模块：采用AVR单片机，AVR单片机是Atmel公司1997年推出RISC单片机。广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。单片机负责接收压力检测模块发送来的信号，并对其进行A/D转换处理，若检测出的压力值低于设定的压力值，启动水泵向管道补水，高于设定值停泵；同时单片机还会不断检测水箱水位，若水箱的水位低于设定的最低水位，为防止损坏水泵，停止水泵工作；

②数据采集模块：主要包括压力传感器和水位传感器，该模块负责采集消防管道压力、消防水箱水位相关参数，并实时将数据传送给单片机处理；该模块输出4～20mA的電流信号，经信号调理电路中的I/U变换电路，转换为0～5V电压信号，送入单片机进行A/D转换，并将所得数字量供单片机处理。

③通讯模块：采用RS485通信协议负责单片机与上位机之间的通讯，实现交换、控制信息。RS485接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合传输信号，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好；RS485接口的数据最高传输10Mbps；RS485最大的通信距离约为1219m，传输速率与传输距离成反比；RS485接口芯片已广泛应用于工业控制、仪器仪表、机电一体化产品等诸多领域。

④声光故障报警：当两台水泵出现故障时，系统发出停泵命令，并通过LED二极管发光，同时蜂鸣器发声报警。

⑤上位机实时监测系统：用来显示、记录水泵机组工作状态，管道压力值等，方便用户查询历史数据记录，打印相关数据，还可以参数设置和实现对水泵机组的控制。（图2）

4 消防给水稳压系统软件设计

主程序设计思路：通过压力检测保证消防管道正常有水；若检测出的压力值低于设定的压力值，启动水泵向管道补水，高于设定值，停泵；若水箱的水位低于最低水位，为防止损坏水泵，停止水泵工作；两台水泵要交替运行；若一台水泵向管道补水过程中出现故障，自动切换到第二台水泵工作，两台都出现故障时，停止双泵工作，报警。系统主程序流程图如图3所示。

5 总结

本文以ATmega64单片机为核心设计了一款操作简单、技术性能稳定、可靠安全、维修保养方便的消防给水稳压控制系统。该系统对管道压力进行检测，若检测出的压力值低于设定的压力值，启动水泵向管道补水，高于设定值，停泵；从而可以保证消防管道正常有水；一旦发生火灾，能够保证喷头或消防栓流出满足消防用水所需的水量和水压，保障人民生命和财产的安全；目前，本设计已成功应用于高层建筑消防系统中，具有一定的创新性和实际应用价值，具有良好的市场前景。

参考文献：

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