可靠启动的消防水泵控制器的制作方法

本实用新型涉及一种可靠启动的消防水泵控制器，具备消防水泵电控启动和机械应急启动两种功能。

背景技术：

消防水泵是消防水灭火系统的关键环节，其运行可靠性要求较高。特别是近十多年来，城市建设突飞猛进，超高层建筑越来越多，居住面具越来越紧凑，这对消防水灭火系统的可靠性提出了更高的要求。

目前，现有技术中的消防水泵一般采用全压启动、软启动、星三角降压启动、自耦降压启动方式启动等电控启动。电控启动控制线路节点多，难免有控制线路故障情况，在火灾紧急情况下不能等到故障修复后再启动消防泵，这将会延误火灾等消防救援时间，给人民生命财产安全带来极大威胁。

现有技术无法兼顾就机械应急启泵和通过消防中心发出启动指令自动启泵两种控制方式，无法满足GB50974→2014《消防给水及消火栓系统技术规范》于2014年11月1日实施第11.0.12条的强制性条文规定:消防水泵控制柜应设置机械应急启泵功能，并应保证在控制柜内的控制线路发生故障时由有管理权限的人员在紧急时启动消防水泵。有鉴于此，设计一种具备消防水泵电控启动和机械应急启动的消防水泵控制器成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供可靠启动的消防水泵控制器，它可以解决目前消防水泵在控制线路出现故障时消防水泵不能启动，耽误火灾救援的难题；能实现消防泵只要供电正常，无论控制线路如何都能保证应急启动装置强制启动设备，符合GB50974→2014《消防给水及消火栓系统技术规范》的规定。

本实用新型的目的可通过以下的技术措施来实现：

一种可靠启动的消防水泵控制器，与现有技术相比，其不同之处在于，该消防水泵控制器包括：控制柜体，柜体上方有声光报警，柜体前面有触摸屏，在柜体内下方有个“自启”锁控开关和“远控”锁控开关；控制柜体内部有PLC可编程控制器，采用PLC-触摸屏为系统处理端，增加了人机交换的方便性、直观性；控制柜体内部还有2组可正常操作的变频启动运行单元，分别控制2台消防水泵电机；控制柜体内部还安装了2套应急启动装置，分别控制2台消防水泵电机；相应地，在应急启动装置设带快速储能机构解锁操作手柄，在柜体面板上设“总停止”按钮；将强启手柄推上去，便可直接强行启动控制终端；按柜体面板上的“总停止”按钮，便可脱扣分闸停机；所述变频启动运行单元，是一次主电源经断路器QF10/QF20、真空交流接触器KM1和交流接触器KM3或真空交流接触器KM5和交流接触器KM7、变频启动器BP1或BP2提供消防水泵电机主电源；所述应急启动装置是一个带快速储能解锁机构的操作手柄和2台真空交流接触器所组成，操作手柄通过长拉杆分别联动2台真空交流接触器的分闸/合闸衔铁；分闸/合闸衔铁下均有合闸线圈，合闸保持扣板和扣板拉簧；操作手柄合闸操作时，长拉杆作用于分闸/合闸衔铁，使分闸/合闸衔铁在扣板拉簧拉力的做功下强制拉合真空封装的接触器触头KM1或KM5。

所述PLC可编程控制器是两台西门子S7-200系列PLC组合为一主一备控制；具体是用两台S7-224XP组合为一主一备控制；

主控制可编程控制器的由S7-224XP、KA303常开触点、KA153常开触点、KA101常开触点、KA100常开触点、KA200常开触点、KA305常开触点、KA103常开触点、KA106常开触点、KA104常开触点、KA150继电器线圈、KA151继电器线圈、KA152继电器线圈、自启锁SA1、KA153继电器线圈、KA154继电器线圈和触摸屏PLC1组成；其中KA303或KA153、KA101、KA103、KA106和KA104常开触点，分别对应联在S7-224XP的I0.5、I0.6、I1.2、I1.3、I1.5端与DC+24V端之间；KA100或KA200与KA305并联在S7-224XP的I0.7端与DC+24V端之间；KA150、KA151、KA152和KA154继电器线圈，分别对应联在S7-224XP的Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.4端与N端之间；KA153继电器线圈与自启锁SA1串联后连接S7-224XP的Q0.3端和与N端之间；触摸屏PLC1连接S7-224XP的COM-1端；

备用控制可编程控制器的由S7-224XP、KA303常开触点、KA153常开触点、KA201常开触点、KA100常开触点、KA200常开触点、KA305常开触点、KA203常开触点、KA208常开触点、KA204常开触点、KA250继电器线圈、KA251继电器线圈、KA252继电器线圈、KA254继电器线圈和触摸屏PLC2组成；其中KA303或KA153、KA201、KA203、KA208和KA204常开触点，分别对应联在S7-224XP的I0.5、I1.1、I1.2、I1.3、I1.5端与DC+24V端之间；KA100或KA200与KA305并联在S7-224XP的I0.7端与DC+24V端之间；KA250、KA251、KA252和KA254继电器线圈，分别对应联在S7-224XP的Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.4端与N端之间；触摸屏PLC1连接S7-224XP的COM-1端。

优选地，所述控制柜体内部还设有双电源投切组件，当外部无双电源切换装置时可在柜体内实现PC级双电源转换。

优选地，所述声光报警是PLC可编程控制器PLC2/PLC2上的KA154/KA254常开接点所连接声光报警装置。

本实用新型的消防水泵控制器的PLC可编程控制器中包括手动控制方式、接收消防中心启动指令自动控制方式、应急控制方式三组的控制模式，保证消防水泵设备及时运行。

本实用新型适用范围：

1.本实用新型可以单独使用，也可以与现有技术的消防水泵控制器可并柜组合；

2.本实用新型适用于：消防控制器；矿山排水设备；供风自救设备；等带有高可靠性的设备，故障停运会影响人生财产安全的控制领域都可以使用该产品。

本实用新型设计参数：

主电源：三相四线/AC380V+N；

负载功率：75KW（视实际需求可更改）；

远控模式：启动-有源DC24V点动启动；

停机-有源DC24V点动停机；

水位报警-有源DC24V高电位报警；

防护等级：IP55。

附图说明

图1是本实用新型实施例的消防水泵启动一次电路图。

图2是本实用新型实施例的主消防水泵启动二次电路图。

图3是本实用新型实施例的备用消防水泵启动二次电路图。

图4是本实用新型实施例的主控制可编程控制器输入端控制部分电路图。

图5是本实用新型实施例的备用控制可编程控制器输入端控制部分电路图。

图6是本实用新型实施例的远/近控操作转换电路图。

图7是本实用新型实施例的主控制可编程控制器的电路图。

图8是本实用新型实施例的备用控制可编程控制器的电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实施例提供了一种可靠启动的消防水泵控制器，其特征在于，该消防水泵控制器包括：控制柜体，在柜体内下方有个“自启”锁控开关和“远控”锁控开关；所述控制柜体内部有PLC可编程控制器，采用PLC-触摸屏为系统处理端；控制柜体内部还有2组可正常操作的变频启动运行单元，分别控制2台消防水泵电机；控制柜体内部还安装了2套应急启动装置，分别控制2台消防水泵电机；相应地，在应急启动装置设带快速储能机构解锁操作手柄，在柜体面板上设“总停止”按钮；将强启手柄推上去，便可直接强行启动控制终端；按柜体面板上的“总停止”按钮，便可脱扣分闸停机；所述变频启动运行单元，是一次主电源经断路器QF10/QF20、真空交流接触器KM1和交流接触器KM3或真空交流接触器KM5和交流接触器KM7、变频启动器BP1或BP2提供消防水泵电机主电源；所述应急启动装置是一个带快速储能解锁机构的操作手柄和2台真空交流接触器所组成，操作手柄通过长拉杆分别联动2台真空交流接触器的分闸/合闸衔铁；分闸/合闸衔铁下均有合闸线圈，合闸保持扣板和扣板拉簧；操作手柄合闸操作时，长拉杆作用于分闸/合闸衔铁，使分闸/合闸衔铁在扣板拉簧拉力的做功下强制拉合真空封装的接触器触头KM1或KM5；所述PLC可编程控制器是两台西门子S7-200系列PLC组合为一主一备控制。

所述的PLC可编程控制器中包括手动控制方式、接收消防中心启动指令自动控制方式、应急控制方式三组的控制模式；工作原理如下：

1、待机状态

参考附图1，一次主电源三相四线AⅠ、B1、C1、N，AⅡ、BⅡ、CⅡ、N其中任意一回路得电，经双电源转换开关：QK，QK选择一有效供电回路为：断路器QF10、真空交流接触器KM1、空交流接触器KM3/断路器QF20、空交流接触器KM5、空交流接触器KM7提供一次主电源；

a一次触头状态：KM1、KM3、KM4、KM5为释放分闸；

b二次控制电源（AC220V）：为QF11、QF21、QF31、FU1、FU2、FU3供电，电源经以上元件为整个控制系统可控式供电，使其进入初始化待命状态；

c二次主要控制回路状态：停止按钮SB2、SB4静止→KA100，KA200释放、强启超前联动接触器KC160，KC260释放→KA305释放、PLC1【I0.7=0】、PLC2【I0.7=0】；Ⅰ组启动按钮SB1静止→KA101释放、PLC1【I0.6=0】；Ⅱ组启动按钮SB3静止→KA201释放、PLC2【I0.6=0】； KM3触点检测：KA103释放、PLC1【1.2=0】，主备互锁：KA104释放、PLC1【I1.5=0】，KM7触点检测：KA203释放、PLC2【I1.2=0】，主备互锁：KA204释放、PLC2【I1.5=0】；强启检测：KA106释放、PLC1【I1.3=0】，强启检测：KA208释放、PLC2【I1.3=0】；

d PLC1【Q0.0=0】、KA150释放，PLC1【Q0.1=0】、KA151释放，PLC1【Q0.2=0】、KA152释放，PLC1【Q0.3=0】、KA153释放，PLC1【Q0.4=0】、KA154释放；PLC2【Q0.0=0】、KA250释放，PLC2【Q0.1=0】、KA251释放，PLC2【Q0.2=0】、KA252释放，PLC2【Q0.4=0】、KA254释放，PLC2【Q1.0=0】、KA256释放；

e KM1线圈→KC160常闭点→KA150常开点、释放；KM3线圈→KC160常闭点→KA152常开点、释放；KM5线圈→KC260常闭点→KA250常开点、释放；KM7线圈→KC260常闭点→KA252常开点、释放；

f强启装置静止态→限位开关LS1释放→LS2释放→KC160释放，限位开关LS3释放→LS4释放→KC260释放。

2、近控操作（启/停）

aⅠ组操作（启/停按钮均为自复位式触点即按下动作松开归位）：按下启动按钮SB1→KA101线圈得电→KA101常开点闭合→PLC1【I0.6=1】或触摸屏Ⅰ组启动按钮；

bPLC1【Q0.0=1】KA150线圈得电→KA150常开点闭合→KC160常闭点闭合→KM1线圈得电吸合触头；变频启动器BP1启动，以上便完成了整个系统的软启动；

c停止→按下停止按钮SB2或SB4→KA100与KA200的线圈同时得电→KA100或KA200常开点闭合→PLC1【I0.7=1】，或者按下触摸屏任意一停止按钮→PLC1【Q0.0=0】→KA150线圈失电→KA150常开点断开→KM1线圈失电分闸，同时PLC1【Q0.2=0】→KA152线圈失电→KA152常开点断开→KM3线圈失电分闸，按下停止按钮SB2或SB4的同时其内部常闭点断开→切断所有控制回路的电源；联动KM1常闭点吸合使Ⅱ组控制回路恢复供电，联动KM1常开点断开→KA204线圈失电→KA204常开点断开→PLC2【I1.5=0】解除组别互锁，联动KM3常开点断开→KA103线圈失电→KA103常开点断开→PLC1【I1.2=0】软件监测KM3是否可靠断开；1号电机因KM1、KM3失电而停止运转，整个系统回到待机状态。

3、启动Ⅰ组/Ⅱ组转换

aⅡ组操作（启/停按钮均为自复位式触点即按下动作松开归位）：按下启动按钮SB3→KA201线圈得电→KA201常开点闭合→PLC2【I0.6=1】或触摸屏Ⅱ组启动按钮；

bPLC2【Q0.0=1】KA250线圈得电→KA250常开点闭合→KC260常闭点闭合→KM5线圈得电吸合触头，变频启动器BP2启动，以上便完成了整个系统的软启动；

c停止→按下停止按钮SB2或SB4→KA100与KA200的线圈同时得电→KA100或KA200常开点闭合→PLC2【I0.7=1】，或者按下触摸屏任意一停止按钮→PLC2【Q0.0=0】→KA250线圈失电→KA250常开点断开→KM5线圈失电分闸，同时PLC2【Q0.2=0】→KA252线圈失电→KA252常开点断开→KM7线圈失电分闸，按下停止按钮SB2或SB4的同时其内部常闭点断开→切断所有控制回路的电源；联动KM5常闭点吸合使Ⅰ组控制回路恢复供电，联动KM5常开点断开→KA104线圈失电→KA104常开点断开→PLC1【I1.5=0】解除组别互锁，联动KM7常开点断开→KA203线圈失电→KA203常开点断开→PLC2【I1.2=0】软件监测KM7是否可靠断开；2号电机因KM5、KM7失电而停止运转，整个系统回到待机状态；

d启动Ⅰ组/Ⅱ组手动控制下是可选的，当任意一组启动失败，系统会自动转入另外一组启动，并提示故障记录故障；停止是任意的，为了操作方便性，按任意停止按钮（不论是面板上的还是触摸屏上的停止键）整个系统都会停机。

4、远程控制操作（启/停）

远控操作方式按照实际应用状况而相对会改变，比如:无源触点非自锁控制、无源自锁控制、有源非自锁控制、有源触点自锁控制等等。本文描述的为：有源电压DC24V触发式控制模式；

a远控启：当外部DC24V触发电压经过接线板X1的1号端子和2号端子时DC24V继电器KJ1线圈得电→远控锁SA2（锁控开关，起安全保护作用，该开关为两种定向状态：左旋45度为关→禁止，触点断开；右旋45度为开→允许，触点闭合）为允许状态→KJ2常闭点闭合→KJ1常开点闭合→KA303和KA303`线圈同时吸合→KA303`常开点闭合→自锁KA303和KA303`的线圈；KA303常开点闭合→PLC1【I0.5=1】同时KA303常开触点闭合→PLC2【I0.5=1】；

b 2组PLC输入端口I0.5同时输入信号，软件会自行辨别并轮流启动2组水泵电机，（之所以需要2组轮流启动是为了使每台水泵都使用得当）。一旦确定启动组别之后任意一组PLC会自行输出信号，当系统检测到已经执行的启动命令启动失败后、在20秒之内会自动转换为另外一组启动，并在面板上提示故障灯与后台记录故障情况，其Ⅰ组启动方式与本文2近控操作b一样，其Ⅱ组启动方式与本文3启动Ⅰ组/Ⅱ组转换b一样；

c 远控停：当外部DC24V触发电压经过接线板X1的3号端子和4号端子时DC24V继电器KJ2线圈得电→经允许状态的远控锁SA2→KJ2常闭点断开→KA303和KA303`线圈同时掉电，2组PLC输入端口【I0.5=0】,软件自动执行停机命令，其Ⅰ组停机过程与本文2近控操作c一样，其Ⅱ组停机过程与本文3启动Ⅰ组/Ⅱ组转换b一样。如此便完成了整个远程控制过程的一个循环控制。

5、自启试验

由于消防控制柜不可能经常运行，所以每个月都要为水泵电机做一次启动试验，以防设备长期不用而导致受潮等故障，也是为了提前检查出故障隐患。在本设备人机界面触摸屏上可以设置其每个月的具体启动时间、停止时间，精确单位为：秒；

a 当自启试验其中时间满足后，系统会提前10分钟每分钟提示声光报警，然后执行启动命令→PLC1【Q0.3=1】→自启锁孔开关SA1为允许位置（同以上SA2一样主要是起到保护作用）→KA153线圈得电，KA153内部两组常开触点闭合分别同时触发，之后的执行程序与本文4远程控制操作b一样；

b 当自启停机时间满足之后，PLC1【Q0.3=0】→经允许状态的自启锁→KA153线圈失电，使其常开触点断开→触发PLC1【I0.5=0】和PLC2【I0.5=0】其Ⅰ组停机过程与本文2近控操作c一样，其Ⅱ组停机过程与本文3启动Ⅰ组/Ⅱ组转换b一样。如此便完成了自启试验过程的一个循环。

6、应急启动装置强制启动

当所有的控制回路全部无法工作，使其正常操作无法启动水泵电机，而此时又必须要运行水泵电机抢险救灾，在一次主电源供电正常的情况下、应急启动装置强制启动装置便可在30秒内由有权限的操作者控制强制投入手柄、成功启动水泵电机抢险救灾（符合国家标准GB50974→2014《消防给水及消火栓系统技术规范》第11.0.12条（强条）规定：消防水泵控制柜应设置机械应急启泵功能，对消防泵控制柜提出了一个全新的概念→机械应急启泵功能）。此时有权限钥匙的操作员解锁两组组强启装置任意一组的操作手柄（在柜体外操作手柄处安装了一把挂锁）直接将操作手柄往上推至强启位置；

由于国标图库中尚无对该装置的标准图库，附图中“强制启动”字符用线连接的是一个机械储能机构装置联动触头强制吸合的简化图；

a 选择Ⅰ组强启：当操作手柄行程到快速储能机构动作前→手柄位置检测开关LS1吸合→手柄位置检测开关LS2吸合，电源经保险丝FU1→到LS1→LS2→KC160线圈得电→KC160常闭点断开→KM1和KM3线圈与系统的控制回路断开→KC160常开点闭合→电源经FU1→KC160闭合的常开点直接给KM1、KM3供电，同时KC160的一组常开点控制KM1、KM3线圈的另一端直接与电源N线闭合，如果此时KM1和KM3的线圈还是好的，就会快于机械强合前吸合KM1、KM3的主触头，这样增加了合闸的同步性、速度性还有安全性（电合闸快于机械合闸）。同时KC160常闭点断开→切断Ⅰ组与Ⅱ组的控制回路电源，同时KC160的常开点闭合→KA305线圈得电→KA305常开点闭合→PLC1【I0.7=1】、PLC2【I0.7=1】锁定PLC（达到一个与强投装置互锁目的，考虑的是某些不可靠因素或者不稳定因素使控制回路出现间歇性故障而引起控制冲突）；倘若此时KM1或者KM3线圈坏了又或者KC160等应急控制回路出问题了，那么机械强启便会强制拉合KM1、KM3触头使其强制吸合为水泵电机供电（强启是直接启动）；

b 停机1、在面板上按任意停机按钮SB2或SB4→该按钮内部常开点闭合→电源经保险丝FU3→停止按钮常开点（按下时闭合）→强启装置脱扣线圈QT1得电吸合脱扣连杆→强启装置脱扣→KM1、KM3衔铁失去拉力分闸；

c 将Ⅰ组强启手柄往下扳→到即将机械脱扣的位置手柄触发行程开关LS5→LS5常开点闭合→电源经保险丝FU1→LS1→LS5→QT1线圈得电脱扣，如果此时脱扣线圈QT1还是没有脱扣，继续往下扳手柄即可强行机械脱扣（优先使用脱扣线圈是为了增加操作的便捷性、其效果与机械脱扣一样）；

d 选择Ⅱ组强启：当操作手柄行程到快速储能机构动作前→手柄位置检测开关LS3吸合→手柄位置检测开关LS4吸合，电源经保险丝FU2→到LS3→LS4→KC260线圈得电→KC260常闭点断开→KM5和KM7线圈与系统的控制回路断开→KC260常开点闭合→电源经FU2→KC260闭合的常开点直接给KM5、KM7供电，同时KC260的一组常开点控制KM5、KM7线圈的另一端直接与电源N线闭合，如果此时KM5和KM7的线圈还是好的，就会快于机械强合前吸合KM5、KM7的主触头，这样增加了合闸的同步性、速度性还有安全性（电合闸快于机械合闸）。同时KC260常闭点断开→切断Ⅰ组与Ⅱ组的控制回路电源，同时KC260的常开点闭合→KA305线圈得电→KA305常开点闭合→PLC1【I0.7=1】、PLC2【I0.7=1】锁定PLC（达到一个与强投装置互锁目的，考虑的是某些不可靠因素或者不稳定因素使控制回路出现间歇性故障而引起控制冲突）；倘若此时KM5或者KM7线圈坏了又或者KC260等应急控制回路出问题了，那么机械强启便会强制拉合KM5、KM7触头使其强制吸合为水泵电机供电（强启是直接启动）；

e 停机1、在面板上按任意停机按钮SB2或SB4→该按钮内部常开点闭合→电源经保险丝FU3→停止按钮常开点（按下时闭合）→强启装置脱扣线圈QT2得电吸合脱扣连杆→强启装置脱扣→KM5、KM7衔铁失去拉力分闸；

f 将Ⅱ组强启手柄往下扳→到即将机械脱扣的位置触发行程开关LS6→LS6常开点闭合→电源经保险丝FU2→LS3→LS6→QT2线圈得电脱扣，如果此时脱扣线圈QT2还是没有脱扣，继续往下扳手柄即可强行机械脱扣（优先使用脱扣线圈是为了增加操作的便捷性、其效果与机械脱扣一样）。

7、关于安全保护

由于消防控制柜的特殊性（其稳定/可靠性是火灾中抢险救灾的关键），在投入运行的情况下是不允许有保护跳闸的，本实用新型柜体内部设计所有的辅助监测功能只起到报警提示并后台记录故障发生时间与故障处理完成时间的作用（如：过电流、过电压、欠电压、等），均不会引起运行跳闸。以下情况系统会强行保护：参考附图1，当KM1吸合为变频启动，到达启动时间后转入正常运行，此为一个正常的起运过程，在待机过程中KM3因某些不可测因素触头吸合了，引起电机动作，所以本设备设计了KM3监视端口→PLC1【I1.2】，如果检测到KM3在待机下吸合了故障灯会亮，并且会报警提示，后台记录（所有故障信息都会如此），方便巡检人员及时看到状况并及时采取措施；若此时有权限的操作员打开手柄锁操作强启手柄，限位开关LS1常开点会优先闭合；电源经FU1→LS1常开点闭合→QT1脱扣线圈得电动作，最终无法使机械强投装置生效；

同理：当KM5时吸合变频启动后转入运行，此为一个正常的起运过程；在待机过程中KM7因某些不可测因素触头吸合了引起电机动作，但若是启动设备引起了冲突，所以本设备设计了KM7监视端口→PLC2【I1.2】，如果检测到KM7在待机下吸合了故障灯会亮，并且会报警提示，后台记录（所有故障信息都会如此），方便巡检人员及时看到状况而及时采取措施。若此时有权限的操作员打开手柄锁操作强启手柄，限位开关LS3常开点会优先闭合；电源经FU2→LS3常开点闭合→QT2脱扣线圈得电动作，最终无法使机械强投装置生效。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以上述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利保护范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围之内。