王程程

（中鐵九局集團第四工程有限公司，遼寧 沈陽 110013）

1 建筑給水系統(tǒng)和消防系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 給水系統(tǒng)

傳統(tǒng)水池或水箱的進水主要通過浮球閥控制。采用浮球閥控制的水箱啟用靈敏度高，水頭損失小，無水錘現(xiàn)象，但使用壽命短、易損壞、易受到污染物的影響。電子式水位開關(guān)搭配水位控制器組成的控制結(jié)構(gòu)可以通過電子探頭對水位進行檢測，對檢測信號進行處理，當箱體內(nèi)水位浮動時，芯片輸出高或低電平信號，配合水位控制器實現(xiàn)對液位的控制，并實時監(jiān)控。電子探測方式安全穩(wěn)定，使用壽命長，不受污染物影響，適用于雨水、污水等有雜質(zhì)的水池。

1.2 消防系統(tǒng)

關(guān)于消防水泵的啟動，在《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB 50974—2014）中規(guī)定，消防水泵出水管設(shè)置的壓力開關(guān)、高位消防水箱出水管流量開關(guān)或報警閥壓力開關(guān)等開關(guān)信號應(yīng)能夠自動啟動消防水泵。我國居住小區(qū)、工廠、企業(yè)等消防水泵需要實現(xiàn)多建筑給水功能，設(shè)置消火栓報警按鈕啟動水泵投資較大，弱電信號損耗，影響報警系統(tǒng)的可靠性。

2 項目背景

某智能建筑總高度為81 m，共27層，地上、地下分別為26層和1層。地下室為設(shè)備用房，包括泵房和修建水池，設(shè)置給水泵3臺，2臺自動切換使用，1臺備用，排水泵3臺，2用1備。

3 智能化技術(shù)在給水系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 智能給水系統(tǒng)監(jiān)控要求

系統(tǒng)采取實地控制和監(jiān)控相互配合的方式，能夠合理掌控給水調(diào)度，精準調(diào)控用水需求，優(yōu)化水泵運行效率。給水監(jiān)控設(shè)備實時監(jiān)測給水系統(tǒng)運行情況，能夠?qū)崿F(xiàn)自動存水。系統(tǒng)運行時如需檢修，應(yīng)立刻上報管理層。監(jiān)測系統(tǒng)由水泵智能控制開關(guān)、水泵異常示警、水泵運行體系監(jiān)控、水箱水面控制等組成，依據(jù)水池水位高度開啟或關(guān)閉水泵，并在水溢、水竭的時候示警。

3.2 智能變頻恒壓供水系統(tǒng)

（1）智能供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

給水系統(tǒng)監(jiān)測原理圖如圖1所示。

圖1 給水系統(tǒng)監(jiān)控原理圖

系統(tǒng)采用2套電機、1臺水泵對水網(wǎng)進行恒壓供水，電機通過變頻方式或共頻方式工作，變頻調(diào)速器每次僅驅(qū)動1臺電機。變頻調(diào)速器根據(jù)水壓變化調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速，控制水流量大小，保證壓力值穩(wěn)定。提前設(shè)置控制程序，根據(jù)給水變化情況更換水泵運行模式，使水泵處于最佳的運行狀態(tài)。PLC變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有手動和自動兩種模式，水泵運行時，可隨意切換。

（2）智能壓力調(diào)節(jié)

基于PLC控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)研發(fā)的全智能恒壓供水系統(tǒng)，可以保證管道內(nèi)水壓穩(wěn)定，滿足給水需求，防止出現(xiàn)突發(fā)性事故，降低電耗量。系統(tǒng)控制設(shè)備一般采用壓力閉環(huán)方式，能夠校正發(fā)生改變的被控變量，校正改變的參數(shù)以及因外界因素影響產(chǎn)生的誤差，設(shè)備精度較高。

閉環(huán)恒壓供水的PID調(diào)節(jié)，當水泵出口處監(jiān)測的壓力值出現(xiàn)變化，若壓力值與預設(shè)值不符合，系統(tǒng)及時示警，并自動調(diào)整轉(zhuǎn)速，保證相對壓力下的給水量滿足要求。閉環(huán)恒壓給水系統(tǒng)的組成部分包括變頻器、可編控制程序以及傳感器等。

為了維持給水管道壓力穩(wěn)定，需要及時校驗管道壓力并反饋到給水控制設(shè)備，形成壓力閉環(huán)控制體系。以PID調(diào)整為主的控制設(shè)備可以保證供水管道壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)。在水泵中引入變頻調(diào)速系統(tǒng)，控制出口水壓穩(wěn)定壓力值。壓力傳感器設(shè)置在水泵周邊的主輸水管道內(nèi)，檢測結(jié)果以壓力變化為主。PID調(diào)整設(shè)備對壓力傳感器反饋的壓力值與出口壓力預設(shè)值進行計算和比較，采用頻率指令的方式將計算結(jié)果傳達到變頻器，實現(xiàn)水泵轉(zhuǎn)速調(diào)整，保持出口處壓力穩(wěn)定。參照給水管道壓力變化情況，以變頻器智能調(diào)節(jié)的方式調(diào)整水泵電機的轉(zhuǎn)速，使管道壓力相同，優(yōu)化供水和節(jié)能效果。

（3）壓力負反饋控制。

供水系統(tǒng)采用壓力負反饋控制方式，壓力傳感器將給水管道內(nèi)的水壓轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大器放大后與預設(shè)壓力進行比較，對差值進行PID運算，控制變頻器輸出頻次，以PLC控制并聯(lián)的水泵，使變頻調(diào)速水泵與工頻之間同步轉(zhuǎn)換，調(diào)整壓力。在系統(tǒng)內(nèi)并行啟動2臺水泵，通過出水管道口的壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換為4～20 mA的常規(guī)信號，植入PID調(diào)節(jié)設(shè)備，計算后，將壓力值與預設(shè)壓力參數(shù)對比，得到調(diào)節(jié)參數(shù)，將參數(shù)輸入變頻器，控制水泵轉(zhuǎn)速。當1臺水泵的供水量小于耗水量時，使用PLC控制器進行加泵。PLC設(shè)備根據(jù)耗水量變化調(diào)整泵數(shù)，使用變頻器調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)穩(wěn)定給水。當供水負載變換時，電機的電壓和頻率隨之改變，形成定額壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所有水泵電機均可以通過變頻器實現(xiàn)開啟和關(guān)閉，達到軟啟動的效果，有效避免了設(shè)備開啟時電流過大導致的電機損壞，延長電機的運行壽命。以變頻泵循環(huán)的方法驅(qū)動給水系統(tǒng)，按照“先開先關(guān)”的原則開啟和關(guān)閉水泵，避免備用泵與工作泵完全閉合，在兩泵有效運行的同時，保證備用泵不會出現(xiàn)長時間閑置產(chǎn)生銹蝕，提升使用效率，減少運營成本和維護成本。

3.3 自動監(jiān)測及報警

自動檢測及報警示意如圖2所示。

圖2 自動檢測及報警示意

低位蓄水池處，設(shè)置1個液位傳感器或壓力傳感器檢測水池液面位置。當水池水位上升至上限（停泵水位），傳感器向現(xiàn)場控制器發(fā)出信號，現(xiàn)場控制器向水泵機組輸送信號，使水泵自動停機。當水位低于預設(shè)低位報警水位，系統(tǒng)報警。壓力傳感器可以通過壓力變化連續(xù)檢測水池液位，將信號發(fā)送至現(xiàn)場控制器，停泵和報警液位的設(shè)定可隨時調(diào)整。

4 智能化技術(shù)在消防系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 智能消防聯(lián)動

給水工程消防系統(tǒng)的智能化設(shè)計重點是消防聯(lián)動。當樓內(nèi)有火情時，由控制器確認火情信息，F(xiàn)A系統(tǒng)輸出信息傳輸命令與智能系統(tǒng)控制命令。信息傳輸命令指報警音響啟動，將火情信息通過有線或無線傳輸至顯示器端，實現(xiàn)報警并確認現(xiàn)場情況。智能控制系統(tǒng)命令指打開水路閥門，啟動消防設(shè)施，包括水泵、滅火器噴射裝置和排煙裝置等。為了確?；馂?zāi)現(xiàn)場能夠及時得到處理，預防智能系統(tǒng)因意外故障無法啟動，設(shè)置報警和開啟水泵的手動開關(guān)。FA消防聯(lián)動自動化系統(tǒng)具備的控制功能和顯示功能包括：實現(xiàn)消防設(shè)備的開、關(guān)工作，清晰展示設(shè)備運行狀態(tài)；消防泵和排煙風機采用人工操作和自動操作相結(jié)合的方式，實現(xiàn)對設(shè)備的有效控制；提示火情發(fā)生的具體地點和故障發(fā)生位置；展示重點部位如疏散通道、滅火器材位置、樓層平面圖以及仿真圖表等；實時顯示電源是否滿足供電要求相位；確定火情時，關(guān)閉非滅火配電，打開緊急照明和緊急逃生指示燈；發(fā)生火情時，控制所有的電梯停止在一樓，接收反饋信息；連接到無線廣播。

4.2 智能消防控制

文章研究的對象配備的消防控制系統(tǒng)包括建筑內(nèi)消防栓應(yīng)急系統(tǒng)；棚頂自動噴灑滅火裝置；備用自動發(fā)電機及滅火系統(tǒng)。FA中的消防系統(tǒng)以實現(xiàn)系統(tǒng)的有效銜接和配合為目標，完成對火情的及時反饋和處理。

建筑內(nèi)部消防栓由水路系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成，水路系統(tǒng)包括進排水管、水泵、閥門等構(gòu)件，主要作用是提供消防用水；電控系統(tǒng)控制進水水泵運行，噴淋裝置啟動和信息反饋裝置的信息輸出。水路系統(tǒng)和電控系統(tǒng)相互配合，缺一不可。出現(xiàn)火情時，受災(zāi)人員或附近人員可以通過按下消防啟動按鈕或由消防系統(tǒng)自動識別火情，將火情信息傳遞給消防站機房，消防站機房通過電控系統(tǒng)控制消防水路系統(tǒng)啟動，及時提供滅火用水，同時將信息傳遞給消防隊，達到最佳的處理效果。由于建筑頂部的儲水池只能保證滅火初期用水，大部分滅火用水量主要來自市政管網(wǎng)，所以消防系統(tǒng)需要設(shè)置獨立的室內(nèi)抽水泵。消防聯(lián)動系統(tǒng)應(yīng)具備的控制和顯示功能包括：控制室內(nèi)消火栓的開啟、關(guān)閉；顯現(xiàn)室內(nèi)消火栓運行狀況；顯示啟泵按鈕所在地點。

自動噴灑滅火裝置能夠在短時間內(nèi)撲滅火災(zāi)，包括噴頭、報警閥、水流顯示機、安全信號閥、水泵、管網(wǎng)等部件，通常情況下必須保持裝置內(nèi)部處于充水狀態(tài)，噴淋出口使用遇熱易熔的特殊材質(zhì)堵塞，發(fā)生火災(zāi)時，噴口處填塞物遇熱熔解，達到滅火效果。根據(jù)水流傳感器傳遞給報警閥和顯示器，工作人員通過顯示信息確定火災(zāi)發(fā)生確切位置及火情嚴重程度，迅速提供足夠的水量實現(xiàn)滅火。

樓頂?shù)闹亓κ綔缁鹚淙萘坑邢?，儲水量最大值?8 m3。在城市供水管網(wǎng)和消防水池中，需要配置高壓水泵，在系統(tǒng)內(nèi)安裝噴水增壓泵。噴水控制系統(tǒng)具備的控制和顯示功能包括控制噴水；壓力泵的啟動和停止；噴射；壓力泵運行狀況；水流指示器；報警閥；安全信號閥等。

5 結(jié)語

隨著科學技術(shù)的進步，建筑智能化系統(tǒng)日益更新，對建筑行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。給水系統(tǒng)作為建筑設(shè)備管理自動化系統(tǒng)的重要組成部分，應(yīng)能夠提供安全可靠運行狀態(tài)，滿足城市居民用水需求。建筑行業(yè)應(yīng)不斷提高技術(shù)人員業(yè)務(wù)水平，配套設(shè)施規(guī)范方面應(yīng)加強監(jiān)督管理，要求建設(shè)單位和設(shè)計單位能夠與時俱進、求實創(chuàng)新。實現(xiàn)城市居民生產(chǎn)生活智能化的有序推進，使居民能夠享受到更加安全、舒適、便利的新型智能建筑。