消防水泵的控制本科毕业论文.doc

成都理工大学工程技术学院毕业论文

消防水泵的控制

作者姓名： * * *

专业名称：建筑电气与智能化

指导教师：雷永峰 讲师
杨 琴 助教

成都理工大学工程技术学院
学位论文诚信承诺书
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2.本人已认真学习《成都理工大学工程技术学院毕业设计指导手册》，已知晓学院对论文撰写的内容和格式要求。
3.本人所提交的学位论文（题目：
），是在指导教师指导下独立完成，本人对该论文的真实性、原创性负责。若论文按有关程序调查后被认定存在作假行为，本人自行承担相应的后果。
承诺人（学生签名）：
20 年 月 日

消防水泵的控制

摘要
随着社会经济的不断发展，城市化建设的加快，伴随而来的大面积高楼层的建筑物逐渐在城市建筑物中占主要的地位，一旦发生火灾，给社会和人民造成经济和生命的危害是无法估量的，因此，对消防系统的要求和控制也越来越高，而消防水泵是消防系统的心脏，对消防水泵控制的研究和探讨也是非常重要的。
本文首先对消防水泵的发展历程做出了说明，并对本毕业设计的目的作出了阐述，然后大致介绍了消防水泵的硬件组成和安装的工艺，接着主要针对消防水泵的特殊性，然后在启动方式上做了一定的研究，最后选择了软启动的方式，并且对于能够及时地响应消防水泵要进行定期的消防水泵的巡检，本毕业论文选择的方式是自动巡检模式，避免了成本过高。为了保证水泵主泵在发生故障的时候，因而采取了主备泵互投的控制方式，能够更好的应用于消防系统。最后对PLC控制消防水泵的程序进行编写并画出了梯形图。

关键词 ：消防水泵 启动方式 软启动 主备泵互投 消防系统

I

Abstract
Along with the continuous development of social economy, the speeding up of the urbanization construction, with a large area of high floor buildings gradually in city buildings accounted for the status of the main, in the event of a fire, to the people and the society caused by economic and life harm is immeasurable. Therefore, is also getting higher and higher to the requirement and control of fire protection system, and fire pump is the heart of the fire control system, is also very important to the fire pump control research and discussion.
Mutual investment and meet the switching function of automatic inspection of fire pump and pump between the research and selection of OMRON CP1E-PLC PLC, realized the automatic control of fire pump. At first, the paper introduces the fire pump technology origin and development trend, fire pump control system hardware composition and the fire pump installation points; and PLC detailed introduction of the basic concept, development trend and working principle. Finally, the PLC were selection and PLC of fire pump control software design, including the control circuit diagram, ladder diagram, programming and so on.
PLC in the control of fire pump has a cost-effective, fast running speed, simple operation and other advantages, it is worth further study and research.
Keywords: fire pump, Hardware components, Water pump installation, PLC, Ladder diagram

II

目录
摘要 I
Abstract II
目录 III
前言 1
1 绪论 2
1.1 设计背景及提出 2
1.2 消防水泵控制的研究现状 3
1.3 本文的主要内容 4
2 消防水泵控制系统 5
2.1 消防水泵控制的结构 5
2.2 消防水泵控制系统的组成 6
2.3 消防水泵的连接安装要点 10
2.3.1 水泵的安装 10
2.3.2 吸水管的安装 11
2.3.3 出水管的安装 11
3 基于PLC消防水泵的控制 13
3.1 消防水泵的启动方式 13
3.1.1 启动方式的类型 13
3.1.2 启动方式的选择 14
3.2 消防水泵的启动与停止顺序 14
3.3 消防水泵自动巡检的过程 14
3.4消防水泵主备泵切换控制 16
4 软件设计 18
4.1 设计方案及相关要求 18
4.2 控制程序梯形图及说明 18
4.3 消防水泵启动程序 19
4.4 主备泵切换程序 19
4.5 I/O分配表 20
4.6 程序编写 22
总结 23
参考文献 24
致谢 25

IV

II

前言
在现代国内外的社会生活中，火灾险情是世界各国共同关注与探讨的热点话题，它是给我们的生活造成巨大的危害之一的始作俑者，阻碍了社会的正常的经济发展并且对人类的正常生活行为造成了极大的危害，带来了难以估量的损失。据统计，火灾在我国造成的人员伤亡和财产损失仅次于矿难，所以，火灾使我们不得不关注的话题一。
进入21世纪以后，伴随社会的发展和施工技术的不断更新进步，建筑的高度也与日俱增，覆盖面积越来越大。同时伴随很多的大中型企业的租住面积增大，许多高楼大厦，工厂的建筑面积同时也不停的增大。这些建筑物有以下特点：结构复杂、内部可燃物装修材料偏多、人员分布密集、建筑内竖向管道多、用电设备多功率合比较大，基于中高层或者大面积建筑物的特点，一旦出现火灾将导致火势的扩张非常快，浓烟蔓延非常之快，人员不好组织分散等难题，最后会导致人民群众财产遭到损失，故现代建筑对消防系统的整体运行和控制提出了更高的要求，若发生火灾后消防水泵无法正常启动，则会对社会和人民的财产和安全造成极大的危害。
与欧美发达国家相比，我国的火灾报警及其消防水泵控制系统大约在二十世纪七十年代才开始投入研发和使用，进入八十年代后，通过学习西方先进的消防灭火技术，我国对消防水泵的控制技术有了改进和提高，九十年代以后，消防水泵控制系统得以加强。到了二十一世纪，高楼大厦层出不穷，发生火灾后能及时的扑灭从而减少人员和财产的伤亡，因而对消防水泵的控制要求更上了一个台阶。
选择该课题的目的是为了探求和探讨通过使用PLC实现对消防水泵的控制能够成为自动消防系统能否顺利运行的决定作用的一环。通过该论文深入的研讨能够确保社会和国家减少受到火灾的威胁，使其具有深远的意义。很好的保障了在出现火灾事故时生命安全和财产保障。

1 绪论
1.1 设计背景及提出
在现代国内外的社会生活中，火灾险情是全球共同关注与探讨的热点话题，火灾具有很强的随机性并且与人类自身的活动密切相关，它是给我们的生活造成巨大的危害之一，也对国家和社会的发展造成了巨大的经济危害，带来了不可挽回的损失。
自改革开放以来，经济发展的加快。我国每年发生的火灾起数也在不断增长，2001-2005年间，我国火灾发生的数量不低于120万，死亡和伤亡人数合击不低于3万人。根据国家公安厅所提供的数据，仅仅在2015一年之中，全国境内共发生火灾约三万余起，1800余人在火灾中死亡，直接或间接造成1000多人受伤，造成的直接财产损失高达数十亿元。进入21世纪以后，进入二十一世纪以来，我国城市化水平也与日俱增，城市中的高层建筑也越来越多，同时伴随着一些大中型企业的不断扩大，各个大楼，工厂的建筑面积也在不停的增大。这些建筑物有以下特点：结构复杂、内部可燃物装修材料偏多、人员分布密集、建筑内竖向管道多、用电设备多功率大等，基于以上建筑物的特点，一旦发生火灾将导致火势蔓延比较快，烟气扩散较快，人员难以疏散等难题，将给国家和人民的财产安全造成巨大的损失。
随着技术的发展，很多消防设备需要更新换代，许多消防灭火设备设施的操作方法需要调整和升级以减小火灾对人生命安全和财产安全的危害，比如手动控制升级为自动控制等。PLC可看作为一种可编程的储存器，以CPU为核心，它是一种集合了微机技术与传统的继电器装置发展起来的一种技术性的产物，克服了传统继电器技术的接线复杂、能耗较大等缺点，具有接线简单、易于编程、使用方便等优点，并且广泛的运用到工业中。本论文研究和探讨的基于PLC技术实现对消防水泵控制系统的设计，因此本课题的顺利完成将给发生火灾时人生和财产的安全带来更大的保障。
因此，为尽量减少火灾发生后人员的伤亡和财产的损失，能够合理顺利的设计出PLC对消防水泵的控制，也具有很重要的社会意义与价值。

1.2 消防水泵控制的研究现状
人类在很早之前就意识到火灾对人类活动本身造成的危害，为了避免或者减小火灾造成的人员伤亡或者财产损失，更加重视对消防灭火技术的开发和研究，制定和创造出一系列消防灭火技术的方案与措施，具体包括研究火灾是如何形成的，建立消防灭火的机构和培养专业的消防队伍，制定消防法等。
古建筑是古代劳动人民创造的宝贵遗产，具有很高的的艺术价值。一旦损坏，便是一种难以弥补的损失，火灾是造成古代毁坏的主要原因。认真分析远古时代发生火灾的特点和规律，随之发展相应时代的消防灭火技术，增强对古代建筑物的保护能力，是我们当代人义不容辞的责任与义务。
从古至今，历代君王都把消防灭火作为确保国家安全的重中之重，据史书记载，至上周起就开始设立火官这一官职来制定当地禁火的法律法规，以后的历朝历代都沿用了这一职位。进入春秋战国时期以后，时任齐国宰相的管仲提出了《修火宪》作为本国的法律，思想家墨子也在《杂守》、《守城备》中提出消防灭火技术的措施。建国以后，参照西方的职业化消防体制建立了公安消防局并成立了专业的消防队，随着不断的发展，部队的消防灭火的理论知识和技能水平在不断的提高。消防工程技术的研究仍在不断的加深，进入二十一世纪以后，研究成果也在与日俱增。
一旦在出现火灾的情况下，需要使用的消防用水几乎都要经过消防水泵的加压，使得出水管排出的消防用水的水压和水量满足设计的要求，水泵若安装调试得当，控制合理的话，可以对火灾引发的危害起到很好的控制作用。
最早的泵是在大约于公元前300年左右出现的，阿基米德发明了一种泵，称为阿基米德式螺旋抽水机，至今仍有厂家在生产。希腊人克特西比乌斯（公元前285-222年）发明的压力泵是一种最原始的活塞泵。主要用来生产水柱以及从井口举起水。（至今还保存在古罗马时代的遗址上，如在英国的西尔切斯特），中国历史上南北朝时期出现的方板链泵作为一种链泵是泵类机械的一项重要发明[1]。
消防水泵是指在发生火灾时保证消防用水的压力和水量的加压给水泵，才能达到灭火的目的，故选择一个合理的消防水泵尤为重要。消防水泵又分为老式和新式两种，区别在于老式的止水阀和安全阀是分开的，所以老式的结构更为复杂，价格也更贵。
与欧美发达国家相比，我国的火灾报警及其消防水泵控制系统大约在二十世纪七十年代才开始投入研发和使用，进入八十年代后，通过学习西方先进的消防灭火技术，我国对消防水泵的控制技术有了改进和提高，九十年代以后，消防水泵控制系统得以加强。到了二十一世纪，高楼大厦层出不穷，发生火灾后能及时的扑灭从而减少人员和财产的伤亡，因而对消防水泵的控制要求更上了一个台阶。

1.3 本文的主要内容
本文通过对消防水泵技术的发展历程的基础上，针对目前研究的热点及其具体的发展方向，对消防水泵的硬件和软件的控制作了较为深入的探讨，主要完成了以下工作：
本文分为四个章节，每章所讲的大致内容如下：
第一章是对消防水泵的概述，简短明要本次毕业设计的设计背景和研究意义，大致介绍了消防水泵的发展历程和研究现状。
第二章介绍了消防水泵和PLC硬件构成及工作原理。重点讲解了它的硬件关键构成部分，也讲述了消防水泵安装的施工流程和施工工艺。
第三章讲的是PLC对消防水泵的控制方式，首先阐述了各种消防水泵的启动方式的原理，然后对各种启动方式做出对比之后进行了启动方式的选择，接着讲述了消防水泵的启停顺序和自动巡检的过程，最后解释了主备泵切换的工作过程及原理。
第四章是进行具体的软件设计，首先解释了各控制程序的原理，画出了各程序的梯形图并对梯形图作出了解释说明，最后做出了I/O分配表，并写出了具体的程序。

2 消防水泵控制系统
2.1 消防水泵控制的结构
2.1.1 消防水泵的结构
消防水泵由电动机、叶轮、轴承、密封环、泵体、泵轴等组成的。
每个消防水泵都应配有电动机，电动机是水泵的心脏，作用是把电能转化为机械能为水泵供能，根据场地流量和扬程的大小来选择具体的电动机。
叶轮通过电动机提供的电能，使水具有机械能，然后高速排除，起一个推动水的作用，叶轮是水泵的核心。
泵体接受叶轮排出的水，并使液体能具有一定的压力，起一个能量转换的作用。
其他部件如轴承密封环泵轴等都起一个连接和支撑的作用。如图2.1所示：

图2.1 消防水泵硬件结构
2.2 消防水泵控制系统的组成
2.2.1 消防水泵
消防水泵是灭火系统的核心，负责给消防用水加压，依据我国现行标准，其最大流量值应该大于或等于设计流量的1.5倍，60s内的真空值降落应该不大于2600Pa，灭火过程中产生的扬程不低于灭火地点产生扬程的65%，在火灾结束关闭消防水泵后，产生的扬程应不高于火灾地点的140%，灭火过程中产生的扬程高度应在消防水泵设定扬程值的1.1倍左右，消防水泵的特性曲线应该较为平缓，发生火灾险情后，启动时间最低不能超过5s，在火灾中设备启动时，电动机的功率的曲线稳定在一个额定的范围内，随着火灾的蔓延，功率也该增大，但是增大的幅度值应该不大，消防水泵组里的每一个水泵务必达到国家的最低要求标准[2]。
对消防水泵进行选型要十分慎重，特别是对大面积和中高层建筑来对它的具体型号进行选择，消防水泵宜根据可靠性、安装场所、水源流量、设计给水流量和扬程等各种要素来决定水泵的型式。消防水泵的性能应满足消防给水系统所需流量和压力的要求，消防水泵所配驱动器的功率应满足所选水泵流量扬程性能曲线上任何一点运行所需功率的要求当采用电动机驱动的消防水泵时，应选择电动机干式安装的消防水泵。流量扬程性能曲线应无驼峰、无拐点的光滑曲线，零流量时的压力不应超过设计压力的140%，且不宜小于设计额定压力的120%当出流量为设计流量的150%时，其出口压力不应低于设计压力的65%，泵轴的密封方式和材料应满足消防水泵在低流量时运转的要求。消防水泵给水泵的型号应保持一致，且不宜超过三台。多台消防水泵并联时，应校核流量叠加对消防水泵出口压力的影响。水泵的材质应符合水泵外壳宜为球墨铸铁和叶轮宜为青铜或不锈钢的基本规定。
此处选用的是XBD-W型消防泵，该产品的性能参数符合国家标准的消防要求。具有运行平稳无噪音，启动速度快，抗氧化性强等优点。产品图片2.2如下所示：

图2.2 XBD-W型消防水泵
2.2.2 可编程控制器
1.PLC的基本介绍
PLC（Programmable Logic Controller）是可编程控制器的简称，是一种能够编辑程序的的存储器，具有可靠性非常高和抗干扰能力特别好等优点，十分合理的解决了工业领域特别需要的安全、简便、性价比高等优点，PLC是专为工业控制而生的控制器，其系统基本硬件由CPU、输入单元、输出单元、通信接口、电源等组成[3]，是工业控制系统的心脏，PLC又可根据其硬件形式分为模块式、整体式、分布式、叠装式四种形式，消防水泵在消防灭火用水中起了决定性的作用，使用PLC对消防水泵的控制能使更加智能、简单、可靠，也减少了人工手动控制的工作量，并且实现了自动巡检功能。
输入接口部件
中央处理器（cpu）
输出接口部件

接受信号 输出信号

电源部件

图2.3 PLC基本结构
如图2.3所示，PLC系统硬件主要由CPU、输入单元、输出单元、通信接口、电源等组成。中央处理器CPU是可编程控制器的核心部分，它包括接口电路和微处理器[3]。微处理器实现可编程控制器的运算和控制能力，小型PLC大多采用8位微处理器，中型PLC大多采用16位微处理器，而对于大型PLC，大多采用高速位片式微处理器，具有运算快等有点[4]。
存储器可以分为两类：一种是可读或者可操作的存储器RAM，另一种是只读存储器ROM、EPROM、PROM和EEPROM。在可编程控制器中，存储器的作用是存放用户程序、系统程序和工作数据[5]。
输入/输出单元是可编程控制器与外部设备之间的连接部件，通过检测输入数据把这些作为被控制的依据。输入部分、输入部分、逻辑部分三部分组成了可编程控制器的控制系统[6]。
按钮开关、传感器等输入器件构成了PLC控制系统的输入部分，PLC的输入端与输入期间相连，通过电路转换和信号传递以后，通过中央处理器将输入的信号寄存在寄存器中[7]。
电磁阀的线圈、接触器的线圈等带信号灯的执行器件称为输出部分，输出部分与PLC的输出端相连，中央处理器执行相关的程序以后使输出器件做出通电或者断电等动作。
存储器和微处理器组成了系统的逻辑部分，内部能够灵活的编写各种各样的程序，实现不同的功能，PLC的内部可看作由许多的软继电器组成，比如输入、时间、输出、中间等继电器组成，我们可参照继电器的控制方式来绘制梯形图，使用起来较为方便简洁[8]。
2.消防水泵上PLC的选型
在消防水泵的一泵一备用启动控制电路中，输出和输入的接口点数分别为17和13，控制的设备仅为两台泵本身，要满足主备泵之间的相互切换和自动巡检功能，因此可选用结构较为简单性价比较高的整体式PLC较为合适[9]。
在这里我们所选用的系统是性价比较高的OMRON公司的CP1E作为该消防水泵控制系统的核心控制系统，OMRON是世界上最富盛名的生产PLC的常见之一，其产品的销量在本国仅次于三菱。在我国也是大规模被利用。欧姆龙CP1E-PLC在消防水泵的控制中具有抗干扰能力强，可靠性较高、通用性强、性能稳定、结构简单、响应速度快、成本低廉等优点，广泛的运用到了消防用水及生活用水的各个领域，并且具有良好的适用性[10]。
CP1E-PLC的具体性能如下：带有10个I/O点的CPU单元，基本指令时间1.19μs以上，专用指令时间7.9μs以上，保持继电器和辅助继电器分别为150个和136个，继电器和计数器分别为16和48个程序语言是梯形图，计数方式为线性或者环形，符合USB 2.0 B型连接器,不仅经济，具有良好的稳定性和可编程能力。产品如图2.4所示：

图2.4 CP1E型PLC

系统控制图如图2.5所示 ：
手动/自动切换开关
启泵提示灯
CP1E-N40S1DR-A

Ⅰ泵电动机
开水泵顺序开关

Ⅱ泵电动机

Ⅲ泵电动机
起泵开关

泄压力磁伐
自动巡检开关

压力继电器开关
Ⅰ~Ⅲ泵电动机指示灯

故障提示灯
水位继电器开关

检修开关
警铃

图2.5 系统控制图

2.3 消防水泵的连接安装要点
2.3.1 水泵的安装
首先在安装前，应检查整个消防水泵设备的完整性，看是否存在着零件缺失损坏或者锈蚀，且消防水泵在安装的时候最好离消防专用抽水池更近，方便自灌式抽取消防用水，且消防用的抽水池也应至少要划分为两个区域，方便一个消防水池检修时，吸水管道能从另外一个水池中抽取消防用水。水泵可安装在高出水平面30-40mm处，用混凝土固定，穿好地钉，等混凝土凝结后，再进行校对。在安装水管前，先要安装进水管和出水管的支撑，使其承载力不大于管道本身的重量，且在两条管道上都应该设置调节阀[11]。泵出水口出处要安装一枚压力阀随时检测水压以保证消防水泵在额定的压强下运转。对于整套消防水泵设备来说，竖向水平距离和设计图纸上的偏差不应超过0.1‰，横向不超过0.2‰。一般来说在管道与水泵安装完成后，不允许在水管上进行焊接操作。

2.3.2 吸水管的安装
最适合消防水泵系统的是自灌式吸水模式，并且至少应该确保每个消防泵配有两条吸水管，防止一根吸水管道损坏时系统无法进行正常运转抽水，且每根抽水管道需要安装一个安全止回阀防止流量过大使管道爆裂。当进水管从消防水池中抽水的时候，应在消防水泵出水管上设置减压型倒流防止器[12]。当安装抽水管道的时候最好采取平尺进行找平，进口处必须达到图纸规定高度，进水管口的尺寸应为管道尺寸的两倍。当吸水口处无吸水井时，吸水口处应设置旋流防止器。

2.3.3 出水管的安装

图2.6 两根出水管安装图.
消防水泵的出水管也至少安装两根以上，管径的尺寸选择与水管连接的形式都要与设计图纸相符。每条出水管道上都应安装压力阀（时刻检测水压是否在限制范围之内，避免水压过高造成管道爆裂）和止回阀。在消防水泵的总出水管必须设置安全泄压阀和压力表，必须设置阀门进行控制，由此确保当任意一条出水管道出现问题或者在处于维修的时候另外的出水管道能供给足够的消防用水。先关闭消防水泵的运行的开关，切断回路，接通检修回路。消防水泵若不能正常供水或者流量不够压力不足，先检查消防水泵内部是否充满了足够多的水，若水量充足，且流量压力不足，则检测电动机的回路控制，看电压是否恒定水压是否正常。安装图纸如图2.6所示。

3 基于PLC消防水泵的控制
3.1 消防水泵的启动方式
在室内和室外灭火给水系统中，消防水泵安装在其报警阀后的压力开关控制器来控制启动，并且消防水泵的启动不应该受其水流控制器的信号来控制。在稳定高压的消防给水系统中，消防水泵的启动是受到设置在出水管道上的压力开关的控制，在这点上，室内的喷水系统和给水系统均相同，并且为了控制的简便快捷，出水管道上的压力开关可设置在房屋里专门的水泵房之内，并且消防水泵的压力控制值应该按照最不利水压点来计算得出，保证其顺利启动。
3.1.1 启动方式的类型
1.消防水泵的直接起动
消防水泵的直接起动一般适用于那些功率偏小的电动机，一般情况下，只能在功率小于15KW的泵上使用，价格偏低。
2.Y-△减压启动消防水泵
Y-△减压启动即为降压启动消防水泵，在启动后，经过一段时间，通过两次加速，才能够达到额定转速，一般在稍大功率的电机（18kw以上）的泵使用，启动时间较长。
3.消防水泵的软启动
顾名思义，速度逐渐增加才能够达到额定转速，对消防水泵本身的冲击力比较小，有利于水泵的保养，但是价格较高。
4.变频恒压控制启动
该启动方式除了具备消防水泵软启动的优势以外，还能够手动设定任意转速工作，以满足不同情况下的使用要求，对节能环保显著效果。

3.1.2 启动方式的选择
城市中对消防水泵的需求量较大，其扬程、水压和电动机的额定电流都要求也较高。第一不能直接选择水泵直接启动，这样容易造成发电机的损害。第二不能使用变频器启动可以解决该问题，因为使用变频器的工程造价较高，价格较贵。所以我们在这儿选择性价较高对泵本身冲击较小的软启动模式。
3.2 消防水泵的启动与停止顺序
在两台水泵及以上启动的情况下，因为两台以上的消防水泵的同时启动会给电力系统和给水管道造成不小的冲击，因此消防水泵的设置应该是这样的：先自检发出三声光电警报后，然后其中的一台水泵启动，接着开启另外一台，中间的时间差不应小于15S，多台消防水泵的启动顺序应为在所有消防水泵都关闭的情形下，先启动第一台（打开止水阀Ⅰ），然后间隔20S以后启动第二台（打开止水阀Ⅱ）...；停止顺序与启动顺序相截然相反。
3.3 消防水泵自动巡检的过程
当出现火险的情况下，消防水泵的及时启动就可以避免因为火灾而造成的巨大损失，所以消防水泵自动巡检与检修成为消防水泵是否能够顺利工作的先决条件。
消防水泵的巡检可分为人工巡检和自动巡检两种方式，，人工巡检方式是最为普遍常见的巡检模式，不仅消耗大量的人力物力，还会对电力系统造成污染，在实际的操作过程中，人工巡检造成人工工作的诸多不便，操作过程极为复杂，容易造成误操作。
自动巡检方式和人工巡检方式进行对比，有点如下：
1.巡检全过程为自动模式，不需要任何手动人为操作，避免了产生任何不必要的操作或误操作。
2.操作成本较低，极大的节约了能源（节水节电）
3.启动电流低，几乎对水泵所接电网无任何的冲击
4.当消防水泵开启自检模式，在这个过程中，水泵的运转速度较小，降低了自身的磨损程度，提高了泵自身的使用年限。
上海市工程建设规范《民用建筑水灭火系统设计规程》（DGJ08-94-2007）第9.1.16的规定了消防水泵的自检问题“超高层建筑、一类高层（10层及10层以上或高度超过28m）公共建筑的消防泵宜设定时自检装置”[13]。采用消防水泵自动巡检的方式进行巡检，在自动巡检的过程中同时能对元器件进行一轮检测，发现是否存在问题。
泵Ⅰ运转10min
根据国家标准《自动喷水灭火系统施工及验收规范》的第9.0.4的规定“消防水泵每个月应至少启动巡检一次”[14]。消防水泵的自动巡检方式为：在消防水泵未工作时，先让第一台水泵启动并运转十分钟，让其停止工作十五天左右，如果期间没有发生火灾启动水泵，则让第二台水泵启动并且运转十分钟左右，第三台，第四台亦是如此，就这样逐一驱动消防水泵，然后让他们这样循环运转，若发现其中一台水泵不能正常运转，计算机将会发出警报，将故障信息告知维护人员。当消防水泵自动巡检时，消防水泵的转动速度偏低，也不能自动喷射消防用水，当选用该方式时 ，不仅能对水泵进行巡检，而且电源电压的故障，欠压等做出报警提示。自动巡检图如3.1所示：
消防水泵通电

关闭消防水泵ⅠⅠ
打开泄压阀

启动水泵Ⅱ

发出巡检信号

泵Ⅱ是否工作
启动水泵Ⅰ

否
故障灯亮

泵Ⅱ运转10min
水泵Ⅰ是否工作

否
关闭泵Ⅱ

复位
故障灯亮

图3.1 自动巡检图
3.4 消防水泵主备泵切换控制
根据GB50045-1995《高层民用建筑设计防火规范》第7.5.3条规定，“消防给水系统应该设有备用消防水泵，它应该与最大功率水泵一致” [15]，当主泵发生电气故障无法正常使用或者供水供压不足时时，这时就需要启动备用消防水泵能够投入运行来进行消防灭火的供水，可见消防备用水泵和主泵一样也在消防系统中起着至关重要的作用。
消防水泵的主泵无法启动或者供水量水压不足是由于以下原因造成的：
1.二次回路的控制电压过低导致泵的启动力矩小于阻力力矩。
2.电压电流过低导致发动机无法正常得电启动。
3.消防水泵内部发生故障，有异物堵塞叶轮，或者长时间不运转导致水管生锈等。
可编程控制器大多数都是控制两台消防泵（一用一备型），在控制面板上即可完成开关泵的操作，面板上的开关按钮，绿色为启动水泵，红·，可在当场调试水泵的过程中使用，转换开关位于中心位置左边45度时为Ⅰ泵自动Ⅱ泵备用，当系统检测到火灾信号时，Ⅰ泵启动运转，若Ⅰ泵存在故障启动无法启动，就会给控制中心发出一个信号，PLC会转换电路切换，Ⅱ泵会自动投入运转，转换开关位于中心位置右边45度时为Ⅱ泵自动Ⅰ泵备用，功能同Ⅰ泵同理，主备泵切换功能只有在转换开关手柄在自动位置上才有。
消防的多线模块、消防的总线模块，消火栓按钮分别为控制柜的三个外接口。主备泵是否能够成功切换功能试验方法：按下开关使其处于自动位置（例如Ⅰ泵自动Ⅱ泵备用），可编程控制器发出启动消防水泵的信号，断开控制回路，试看Ⅱ泵能不能够自动喷水消防灭火。
如图3.2，即消防水泵的主泵运行过程中发生故障或者根本无法正常启动时，Ⅰ泵的热继电器动作，I泵断电并且停止工作，经过一段延时后Ⅱ泵得电启动。

图3.2 水泵互投与切换图

4 软件设计
4.1 设计方案及相关要求
通过使用MATLAB，实现PLC对消防水泵自动控制的的方案，主要是能够实现自动巡检和互投与切换等功能，还有控制箱的接线和安装平面图图的设计，通过设计是该系统能够满足对消防水泵控制的基本要求。
根据系统的控制要求，这里采用的是欧姆龙CPM1E- PLC为控制核心，基于该PLC设计出满足对消防水泵控制的系统。

4.2 控制程序梯形图及说明

图4.1 水泵控制梯形图
图4.1为输入接口和输入接口的控制功能图，各节点的具体含义如下：
0000：Ⅰ区消防栓的启动运行开关 0504：Ⅰ区消防栓报警按钮 0001：Ⅱ区消防栓的启动运行开关 0002：消防水泵的启动运行开关 0505：Ⅱ区消防栓报警按钮 0003：消防水泵的关闭按钮 0005：选择Ⅰ泵为主泵（Ⅱ泵为备用泵）0500：Ⅰ泵触点器开关 0007：消防水泵Ⅰ的辅助接点器 0100：选Ⅲ泵为主泵 0502：Ⅲ泵触点器 0006：选Ⅱ泵为主泵（Ⅰ泵为备用泵）0501为Ⅱ泵触点器的开关 0008：消防水泵Ⅱ泵的辅助接点器 0101：选Ⅳ泵为主泵 0503：Ⅳ泵触点器 0104：水泵选择开关 0105：自动巡检开关 0510：报警电铃
4.3 消防水泵启动程序
本次设计的系统梯形图如图所示，在该梯形图中，消防水泵Ⅰ和消防水泵Ⅱ组成了一主一备的消防水泵系统，图中0500对应的是消防水泵Ⅰ，0501对应的是消防水泵Ⅱ。
当系统传感器检测到发生火灾信号时，立刻把信号传递给PLC，PLC作出启动Ⅰ区（0000）或者Ⅱ区（0001）接通的动作，亦或者当水箱中水量和水压不够时，触点器开关（0007）或者（0008）动作，传递一个信号给PLC，这时候闭合接通（0004）。这三个信号源均能使线圈（1000）通电转动，此时PLC下达一个启动消防水泵的指示（1007）。
4.4 主备泵切换程序
图4.3为主备泵切换的梯形图，如图，XK12分别是主泵和备用泵的启动运行或者切换开关，当PLC接入输入口端0005时，消防水泵Ⅰ为正常工作时的主泵，消防水泵Ⅱ为备用水泵，此时，0005开关闭合使得线圈0500通电转动，推动Ⅰ泵的触点器开始工作。若Ⅰ泵因某种原因无法启动（启动电流过低，电压不足，或者内部堵塞等原因），接触器接入0007点停止Ⅰ泵启动运行，此时，立刻发出信号启动内部的定时器T，在经过5s的延时确认以后，DI-FU108开始工作，产生信号在此经过T产生另外一个指令1009，使另外一个线圈0501通电转动，使Ⅱ泵的继电器工作，从而是Ⅱ泵投入运行。在此时，Ⅰ泵回路断开为Ⅱ泵的备用泵。相反在选择接入0006时，消防水泵Ⅰ为消防水泵Ⅱ的备用水泵，同理完成Ⅱ泵到Ⅰ泵的切换。

图4.2 主备泵切换提醒图

4.5 I/O分配表
欧姆龙的CP1E-PLC具有12个输出口和8个输入口，I/O分配表如表4.1所示，SA为一主一备的消防水泵系统，SA为电源开关，SB1至n均为消防栓，HL为电源指示灯，KM、KN为接触器，水泵的热继电器为FR，HW1为高压报警器，HY2为低水位报警器，I/O分配表如表4.1

表4.1 I/0分配表
输入
输出
SA电源开关
00000
HL1电源指示灯
01000
SB10~SBn消火栓
00001
泵Ⅰ接触器KM2，KA2
01001
SA
1自1备
00002
泵Ⅱ接触器KM2，KA2
01002
M1手动启动
00003
HW1管网压力高报警
01003
M2手动启动
00004
HY2低水位报警
01004
1自1备
00005
HL6检修开关未闭合
01005
SB1检修开关
00006
HA警铃
01006
BP水压过高
00007

SL水池缺水
00008

S2消铃旋钮
00009

FR1消防水泵Ⅰ的热继电器
00010

FR2消防水泵Ⅱ的热继电器
00011

4.6 程序编写
LD 00000 TIM 001 LD 00008
OUT 01000 AND NOT 01001 LD 01000
OUT 20003 #0050 LD 20003
OUT 20000