我國城鎮(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)也越來越受到社會各界的廣泛關(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。本文將對變頻調(diào)速泵在水消防中的應(yīng)用進行探討和分析。

1 變頻調(diào)速泵概述

當(dāng)前高層建筑不斷增多，建筑消防問題成為社會比較關(guān)注的問題，變頻恒壓自動供水由于其優(yōu)良的性能得到廣泛的使用。自動供水控制系統(tǒng)能夠通過壓力傳感器采集管網(wǎng)承受壓力數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換成可控信號進行自動化的變頻控制。通過這種系統(tǒng)設(shè)計能夠使變頻恒壓水系統(tǒng)代替水塔和高層水箱來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)變頻以及電動機的軟啟動，延長設(shè)備的使用時間，并能夠使系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性大大提高。在消防給水中對穩(wěn)壓泵以及在消防泵巡檢時最好采用變頻控制，但在消防泵滅火控制中應(yīng)采用直接啟動或降壓啟動控制方式。

2 變頻調(diào)速泵在消防中的運用分析

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)能夠及時應(yīng)對突發(fā)的火災(zāi)。若建筑物發(fā)生火災(zāi)時，技術(shù)人員啟動變頻調(diào)速消防泵就可以及時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)我國消防相關(guān)規(guī)范，水消防工作時間最長情況下以2.5小時為限，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泵，其余并聯(lián)泵自動投入或超出是由變頻控制器按用水流量變化自動控制的。如果變頻泵故障可能會導(dǎo)致變頻器跳閘，使全部消防泵停泵。從這一點考慮，消防泵采用變頻調(diào)速會降低消防供水的可靠性，不宜在水消防系統(tǒng)中應(yīng)用。三相電機對轉(zhuǎn)動速度的調(diào)節(jié)方式有多種手段，例如利用交流電頻率的調(diào)節(jié)、電機轉(zhuǎn)子極數(shù)和轉(zhuǎn)動差率的調(diào)整來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)整。通常技術(shù)人員通過對電機極數(shù)調(diào)整來調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速，在以前的水消防系統(tǒng)中利用頻率對轉(zhuǎn)機速度進行調(diào)整比較少見。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水泵電動機的運轉(zhuǎn)進行來達到變頻的目的。

(2)數(shù)字電路控制。數(shù)字電路對變頻調(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，但是供水水泵組全部進行軟啟動、全流量的頻率變化調(diào)節(jié)不能通過這種方式進行控制。故其控制的精度比較低、水泵在切換的時候壓力波動較大、調(diào)試相對會較為麻煩，工頻泵在起動的時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)造價較低。當(dāng)消防節(jié)水管網(wǎng)的壓力下降到規(guī)定閾值時，通過壓力傳感器傳送出水壓信號并自主啟動穩(wěn)壓泵來對消防管網(wǎng)進行補水加壓作業(yè)，當(dāng)官網(wǎng)的壓力達到最大閾值時時自動停止供水。技術(shù)人員可以依據(jù)作業(yè)現(xiàn)場情況來進行消防中心聯(lián)動接口的系統(tǒng)設(shè)置，消防中心消火栓按鈕啟動發(fā)出火警信號后，電控系統(tǒng)自動啟動變頻消防主泵進行滅火作業(yè)。

(3)集成電路控制。利用單片機或其他集成電路進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)試和維護相對麻煩。由于控制程序預(yù)先燒錄在控制芯片之中，當(dāng)進行系統(tǒng)升級或增加功能時，就需要重新對電路板進行更換或修改，技術(shù)人員需要重新進行系統(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，水泵起對消防供水補壓的作用，來滿足消防單位對供水所需壓力的需求。貯能罐可以貯存并接收來自自來水管網(wǎng)的能量，還能起到在啟泵時減輕對管網(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，避免對管網(wǎng)的破壞和影響。控制柜用來接收壓力傳感器的信息并經(jīng)過科學(xué)的處理后來控制變頻調(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，其自身擁有3個可供任意設(shè)值的壓力數(shù)值，通過和自來水管網(wǎng)壓力數(shù)值相交產(chǎn)生4個壓力測量點。監(jiān)測管網(wǎng)壓力情況由能量調(diào)節(jié)儀時刻檢測和數(shù)據(jù)收集。每監(jiān)測到相關(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)果傳到主機組的變頻控制系統(tǒng)，能夠達到自動補壓的目的。

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， 利用水泵進行集中加壓來向小區(qū)內(nèi)的建筑物進行供水。依照生活水泵和消防水泵是否正常工作來確定這兩種官網(wǎng)是否進行分開設(shè)置和官網(wǎng)的布置。消防系統(tǒng)需保證整個小區(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屋頂水箱， 水箱里必須存儲初期消防用水。變頻調(diào)速泵的變頻器內(nèi)部利用集成方式時，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。因為PID運算在之前已經(jīng)固化到變頻器的內(nèi)部，省略掉了對PLC的編程設(shè)計和對PID的設(shè)計，并且PID的參數(shù)在線調(diào)試時相對較為容易。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)水壓反饋的信號數(shù)值是否準(zhǔn)確就需要對其設(shè)置濾波時間的常數(shù)，同時還需對系統(tǒng)反饋的信號數(shù)值進行科學(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)試時間。此外，針對傳統(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，達到精度高、響應(yīng)快、控制規(guī)律簡單的控制目的。調(diào)速水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)不能任意進行調(diào)節(jié)。調(diào)速水泵需要保持在一定的揚程， 轉(zhuǎn)速可能降低的幅度不會太大，當(dāng)泵調(diào)速范圍超出時系統(tǒng)難以保證高效的工作，當(dāng)系統(tǒng)長時間運行時會造成較大的能源浪費。故水泵的設(shè)計工況點要盡量滿足其在高效調(diào)速范圍內(nèi)工作。通過科學(xué)的設(shè)計保證變頻調(diào)速泵在水消防中發(fā)揮最大的作用。

結(jié)語

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。