CN107390520B - 一种消防供水泵站控制系统及其设计方法 - Google Patents

一种消防供水泵站控制系统及其设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于流体机械领域，提供了一种消防供水泵站结构控制系统及其设计方法。泵站中的泵通过并联向不同支路用户供水，满足不同用户的要求，具有用户自定义系统；泵站中具有压力控制系统，当泵站中发生故障时运行工作；泵站中具有备用泵组和备用管路来代替出现故障的工作泵组或支路；泵站中工作泵组和备用泵组的阀门之间也存在控制系统；泵站具有故障智能报警系统其目的在于使泵站具有很好的智能性、故障处理能力及监测报警能力，保证泵站满足用户的需求和安全、稳定的运行。

Description

一种消防供水泵站控制系统及其设计方法
技术领域
本发明属于流体机械领域，涉及一种供水泵站结构控制系统设计，特别是一种消防供水泵站控制系统及其设计方法。
背景技术
随着社会的不断发展，我国城市化的快速推进，城镇人口聚集地呈现出密度大、人口多等特点，由于居民大众的生活安全意识不强，防范力较弱，在无意识中可能引发本不应有的火灾事故，而一旦出现偶然性的火灾事故，将会增加社会危害，造成严重的人身财产损失，其后果不堪设想。就目前而言，处理一般火灾水还是作为灭火的最主要的工具，消防泵站是消防工程中重要组成部分和保卫人民财产的卫士。国内大部分的消防泵站控制和管理机制与国外相比还是处于相当落后的状况。泵站自动化监控程度低，大部分泵站的管理记录和统计都是手工操作,泵站控制和管理没有形成区域化的网络。在泵站计算机监控建设或者改造中，由于没有泵站计算机监控系统设计的国家规范可以遵守，建设单位、设计单位、工程管理单位对泵站计算机监控系统应该具有的功能、技术指标以及当前计算机控制技术的现状和发展趋势等方面内容的理解各有不同，因而各泵站的计算机系统结构形式、系统功能、性能指标等方面差别很大。当发生火灾事故时，传统的消防泵站，由于结构和性能的没有灵活性可言，只能针对固定管路区域供应确定的输水量，事故地区往往由于得不到充足的水源，火势不能及时的控制，造成人民财产的损失，而泵站的其它管路的输水量没有得到利用，浪费了泵站所利用的能源，不符合国家资源利用政策，因此如何解决建立有效的、可靠的现代化消防供水泵站是一个重要的问题。
发明内容
为了实现消防供水泵站的自动化运行控制，本发明提供一种消防供水泵站控制系统设计方法，其目的在于使泵站具有很好的智能性、及时集中水源控制火灾，人民财产的安全。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种消防供水泵站控制系统，包括进口阀门、输水泵，单向阀，支路阀门，支路输出流，流量预调控制系统，调节器，阀门控制系统，泵组阀门控制系统；
上游蓄水池的后端通过管道依次连接有进口阀门、若干并联泵组支路、所述并联泵组支路的输出端连接有若干下游支路；每条下游支路上依次设有支路阀门、支路输出流；
每条并联泵组支路由输水泵和单向阀组成；
所述流量预调控制系统与下游的各支路输出流、调节器连接；
所述调节器与阀门控制系统连接，阀门控制系统与各个下游的各支路阀门连接；
所述调节器还与泵组阀门控制系统连接，泵组阀门控制系统与各条并联泵组支路上的单向阀连接。
一种消防供水泵站控制系统的设计方法，包括如下步骤：
(1)各支路输出流设有流量预调控制系统，当事故地区发生火灾，通过操作流量预调控制系统输出信号给调节器，调节器通过信号运算输出信号给阀门控制系统和泵组阀门控制系统来将初始支路流量Q0变为Q1完成流量的集中，使事故地区得到充足的水源；
(2)阀门控制系统接收到调节器所发出的信号，输出信号控制下游各支路上的支路阀门的开度，来增加事故地区管路中的流量，减少其它非事故区管路中的流量；
(3)泵组阀门控制系统接收调节器所发出的信号，输出信号控制并联泵组各支路上单向阀的开度使其变大，增加管路中的流量。
步骤(1)中，所述流量预调控制系统的传递函数如下：
G1(s)＝K1
式中：
s—复变量；
G1(s)—流量预调器的传递函数；
K1—放大系数，其中本系统中
步骤(1)中，所述调节器的传递函数如下：
(a)调节器和阀门控制系统之间的传递函数：
(b)调节器和泵组阀门控制系统之间的传递函数：
式中：
s—复变量；
K2—系统稳定系数，9.5<K2<11；
K3—系统稳定系数，0<K2<3；
ξ1—系统结构参数，1<ξ1<1.5；
G21(s)—调节器与阀门控制系统之间的传递函数；
G22(s)—调节器与泵组阀门控制系统之间的传递函数。
步骤(2)中，所述阀门控制系统的传递函数如下：
式中：
s—复变量；
G3(s)—阀门控制系统的传递函数；
K4—系统稳定系数，2<K4<4；
ξ1—系统结构参数，11<ξ2<19.3。
步骤(3)中，所述泵组阀门控制系统的传递函数如下：
式中：
s—复变量；
G4(s)—泵组阀门控制系统的传递函数；
K5—系统稳定系数，1<K5<2。
本发明的有益效果为：
提高了城市消防供水泵站的管理水平和运行的可靠性、经济性、科学性，能够及时的提供事故地区的充足的水源，控制火灾火势，最大程度上保卫了人民财产。最大限度利用泵站所消耗的能量，符合国家节约型社会的政策。
附图说明
图1是一种消防供水泵站控制系统结构示意图。
图2是一种消防供水泵站控制系统设计方法的控制流程图。
附图标记说明：
1-上游蓄水池，2-进口阀门，31-输水泵Ⅰ，32-输水泵Ⅱ，33-输水泵Ⅲ，41-单向阀Ⅰ，42-单向阀Ⅱ，43-单向阀Ⅲ，51-支路阀门Ⅰ，52-支路阀门Ⅱ，53-支路阀门Ⅲ，61-支路输出流Ⅰ，62-支路输出流Ⅱ，63-支路输出流Ⅲ，7-流量预调控制系统，8-调节器，9-阀门控制系统，10-泵组阀门控制系统。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
一种消防供水泵站控制系统，包括进口阀门2、输水泵Ⅰ31，输水泵Ⅱ32，输水泵Ⅲ33，单向阀Ⅰ41，单向阀Ⅱ42，单向阀Ⅲ43，支路阀门Ⅰ51，支路阀门Ⅱ52，支路阀门Ⅲ53，支路输出流Ⅰ61，支路输出流Ⅱ62，支路输出流Ⅲ63，流量预调控制系统7，调节器8，阀门控制系统9，泵组阀门控制系统10；
上游蓄水池1的后端通过管道依次连接有进口阀门2、三条并联泵组支路、所述并联泵组支路的输出端连接有三条下游支路；下游支路一上依次设有支路阀门Ⅰ51和支路输出流Ⅰ61，下游支路二上依次设有支路阀门Ⅱ52和支路输出流Ⅱ62，下游支路三上依次设有支路阀门Ⅲ53和支路输出流Ⅲ63，
并联泵组支路一由输水泵Ⅰ31和单向阀Ⅰ41组成；并联泵组支路二由输水泵Ⅱ32和单向阀Ⅱ42组成；并联泵组支路三由输水泵Ⅲ33和单向阀Ⅲ43组成；
所述流量预调控制系统7与下游的支路输出流Ⅰ61、支路输出流Ⅱ62、支路输出流Ⅲ63、调节器8连接；
所述调节器8与阀门控制系统9连接，阀门控制系统9与下游的支路阀门Ⅰ51、支路阀门Ⅱ52、支路阀门Ⅲ53连接；
所述调节器8还与泵组阀门控制系统10连接，泵组阀门控制系统10与并联泵组支路上的单向阀Ⅰ41、单向阀Ⅱ42、单向阀Ⅲ43连接。
一种消防供水泵站控制系统的设计方法，包括如下步骤：
(1)各支路输出流设有流量预调控制系统7，当事故地区发生火灾，通过操作流量预调控制系统7输出信号给调节器8，调节器8通过信号运算输出信号给阀门控制系统9和泵组阀门控制系统10来将初始支路流量Q0变为Q1完成流量的集中，使事故地区得到充足的水源；
(2)阀门控制系统9接收到调节器8所发出的信号，输出信号控制下游各支路上的支路阀门的开度，来增加事故地区管路中的流量，减少其它非事故区管路中的流量；
(3)泵组阀门控制系统10接收调节器8所发出的信号，输出信号控制并联泵组各支路上单向阀的开度使其变大，增加管路中的流量。
当某一区域发生消防火灾，通过调控流量预调器产生传递函数G1(s)控制调节器使其产生信号分别通过传递函数G21(s)和传递函数G22(s)控制管路阀门控制系统和泵组阀门控制系统使其，增加该地区的流量，使该地区可以得到充足的消防水资源。
步骤(1)中，所述流量预调控制系统7的传递函数如下：
G1(s)＝K1
式中：
s—复变量；
G1(s)—流量预调控制系统的传递函数；
K1—放大系数，其中本系统中
步骤(1)中，所述调节器8的传递函数如下：
(c)调节器8和阀门控制系统9之间的传递函数：
(d)调节器8和泵组阀门控制系统10之间的传递函数：
式中：
s—复变量；
K2—管路调节系统稳定系数，9.5<K2<11；
K3—泵组调节系统稳定系数，0<K2<3；
ξ1—系统结构参数，1<ξ1<1.5；
G21(s)—调节器与阀门控制系统之间的传递函数；
G22(s)—调节器与泵组阀门控制系统之间的传递函数。
步骤(2)中，所述阀门控制系统9的传递函数如下：
式中：
s—复变量；
G3(s)—阀门控制系统的传递函数；
K4—系统稳定系数，2<K4<4；
ξ1—系统结构参数，11<ξ2<19.3。
步骤(3)中，所述泵组阀门控制系统10的传递函数如下：
式中：
s—复变量；
G4(s)—泵组阀门控制系统的传递函数；
K5—系统稳定系数，1<K5<2。
可以理解的是，图中所示的系统结构并不构成对系统的限定，可以包括比图示更多或更少的设备，或者组合某些设备，或者不同的设备部署。
本发明不限于上述实施例，也包含本发明构思范围内其它实施例和变形例。

Claims (4)

1.一种消防供水泵站控制系统的设计方法，消防供水泵站控制系统包括进口阀门(2)、输水泵，单向阀，支路阀门，支路输出流，流量预调控制系统(7)，调节器(8)，阀门控制系统(9)，泵组阀门控制系统(10)；上游蓄水池(1)的后端通过管道依次连接有进口阀门(2)、若干并联泵组支路、所述并联泵组支路的输出端连接有若干下游支路；每条下游支路上依次设有支路阀门、支路输出流；每条并联泵组支路由输水泵和单向阀组成；所述流量预调控制系统(7)与下游的各支路输出流、调节器(8)连接；所述调节器(8)与阀门控制系统(9)连接，阀门控制系统(9)与各个下游的各支路阀门连接；所述调节器(8)还与泵组阀门控制系统(10)连接，泵组阀门控制系统(10)与各条并联泵组支路上的单向阀连接；其特征在于，设计方法包括如下步骤：
(1)各支路输出流设有流量预调控制系统(7)，当事故地区发生火灾，通过操作流量预调控制系统(7)输出信号给调节器(8)，调节器(8)通过信号运算输出信号给阀门控制系统(9)和泵组阀门控制系统(10)来将初始支路流量Q0变为Q1完成流量的集中，使事故地区得到充足的水源；
所述流量预调控制系统(7)的传递函数如下：
G1(s)＝K1
式中：
s—复变量；
G1(s)—流量预调控制系统的传递函数；
K1—放大系数，其中本系统中
(2)阀门控制系统(9)接收到调节器(8)所发出的信号，输出信号控制下游各支路上的支路阀门的开度，来增加事故地区管路中的流量，减少其它非事故区管路中的流量；
(3)泵组阀门控制系统(10)接收调节器(8)所发出的信号，输出信号控制并联泵组各支路上单向阀的开度使其变大，增加管路中的流量。
2.根据权利要求1所述的一种消防供水泵站控制系统的设计方法；其特征在于：步骤(1)中，所述调节器(8)的传递函数如下：
(a)调节器(8)和阀门控制系统(9)之间的传递函数：
(b)调节器(8)和泵组阀门控制系统(10)之间的传递函数：
式中：
s—复变量；
K2—管路调节系统稳定系数，9.5<K2<11；
K3—泵组调节系统稳定系数，0<K2<3；
ξ1—系统结构参数，1<ξ1<1.5；
G21(s)—调节器与阀门控制系统之间的传递函数；
G22(s)—调节器与泵组阀门控制系统之间的传递函数。
3.根据权利要求1所述的一种消防供水泵站控制系统的设计方法；其特征在于：步骤(2)中，所述阀门控制系统(9)的传递函数如下：
式中：
s—复变量；
G3(s)—阀门控制系统的传递函数；
K4—系统稳定系数，2<K4<4；
ξ1—系统结构参数，11<ξ2<19.3。
4.根据权利要求1所述的一种消防供水泵站控制系统的设计方法；其特征在于：步骤(3)中，所述泵组阀门控制系统(10)的传递函数如下：
式中：
s—复变量；
G4(s)—泵组阀门控制系统的传递函数；
K5—系统稳定系数，1<K5<2。
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