摘要：本文介绍了一种依据国标GBT21208要求设计的新型的固定式电动消防泵控制柜，详细阐述了它的工作原理和功能特点，并给出了相应的设计框图。在分析传统的消防泵控制柜缺陷的同时提出了本新型控制器的优点。
概述
电动消防泵是一种广泛应用于医院、商场、写字楼和住宅楼等中高层建筑物里的一种补水装置，当发生意外火灾时，启动消防泵可保证管网内的水压达到灭火装置的要求，使火灾得到及时的扑救。在我国固定式电动消防泵供水系统中一般采用一个(或多个)主用泵搭配一个(或多个)备用泵的模式，并配备专用的控制柜来实现对消防泵的控制。
消防泵的启动和停止，传统的消防泵控制柜一般通过二次线路中多个中间继电器和时间继电器来实现，这种控制方式尽管成本较低，但存在元器件数量多、接线复杂、通用性差等缺点，给设备的维护和升级带来了很大的困难。随着消防系统对消防泵控制柜要求的提高，目前市场上已经有一些控制柜生产厂商根据客户的需求，开发出了带有双电源切换功能、消防泵自动巡检功能和远程控制等功能的控制柜，大大提高了消防泵控制系统的可靠性和自动化程度，但这些新增的功能模块与消防泵的控制相互独立，只是两个系统功能上简单的集成，而且很多控制柜都是各个功能模块由不同的生产厂家提供，从而造成这些系统维护和升级非常困难，成本相对也比较高。另外，现有的消防泵控制柜一般都是依据《民用建筑灭火系统设计规程》和《高层民用建筑防火设计规范》(以下简称《民规》和《高规》)的相关要求进行设计，由于这些规范适用的对象是建筑物内整个消防系统，对消防泵控制柜具体的要求和规范并不完善，从而造成目前国内市场上消防泵控制柜的功能和结构五花八门，在功能和可靠性上存在缺陷。
为规范电动消防泵控制柜的设计，由中国电器工业协会提出、上海电器科学研究所(集团)有限公司起草，深圳市泰永科技股份有限公司参与，共同制定出了固定式电动消防泵控制器专门的国家标准——《低压开关设备和控制设备-固定式消防泵驱动器的控制器》(GBT21208-2007)，并于2007年正式对外发布。
本文提出的一种新型的消防泵控制柜就是以GBT21208-2007为基础，结合《民规》和《高规》的相关要求而设计。
2、系统组成
本新型消防泵控制柜主要由电气驱动器件、柜外操作装置、智能控制器组成，具体的布局如图一所示。
控制柜中的电气驱动部分和目前市场上控制柜中采用的驱动器件类同，由隔离开关、断路器、防雷器、TSE、降压和全压启动装置组成，但与传统的控制柜内所有器件均布置在一个壳体内不同的是，本控制柜内的箱体由防火板分隔成常用和备用两个隔间，常用驱动器件布置在右边独立的隔间内，备用驱动器件、TSE和智能控制器布置在左边的备用隔间内。这样布置的好处是：当常用驱动器件因短路等异常情况产生电弧或火花时，即使常用驱动器件被烧毁，由于防火板的作用，备用侧的器件不会受到影响，从而使得备用器件真正起到作用，而传统的控制柜采取的器件布局达不到这种效果。
在控制柜的面板上安装了隔离开关和断路器的柜外操作手柄，在工程技术人员对消防泵控制柜进行维护和检修时，可以通过这些手操装置先断电，再打开柜门操作。避免了传统控制柜经常发生操作人员带电开门带来的危险和检修时必须断掉总开关的弊端，大大提高控制柜操作的安全性和规范性。
智能控制器安装是系统的核心控制部分，安装在控制柜的面板上，其组成原理框图如图二所示。智能控制器以PIC单片机为主控制单元，周边配备以专用电能处理芯片ATT7026A为核心的采样处理模块、时钟模块、485通信模块和LCD液晶显示的人机操作单元。集成了智能型双电源切换功能，消防泵自动周期巡检功能、远程通信功能、电机保护功能和系统参数实时查询和修改功能。
功能及特点
3.1消防泵的启动
本电动消防泵控制柜依据国内大多数建筑物采用一用一备配置消防泵的实际来进行设计，提供本地启动、紧急启动、火灾启动和远程启动四种启动方式，除紧急启动外，其他三种启动方式均接入到智能控制器中。接收到启动信号后，智能控制器会自动启动常用泵，当常用泵遇到短路或过载等故障而无法正常运行时，系统会先停止常用泵，然后延时10s启动备用泵，并对常用泵的故障进行报警和记录。紧急启动是不受智能控制器控制的启动方式，一般只在智能控制器无法正常工作时才投入使用;操作人员可以通过控制柜面板上的紧急启动按钮启动泵。
控制柜同时支持消防泵全压和星三角降压两种启动方式，在设计时，控制柜内预留有降压和全压启动器的安装位置，智能控制器上也预留有控制接口。采用不同的启动方式，只需装上相应的启动器，不需要改变控制柜的结构和接线方式。
3.2双电源切换功能
目前消防市场上双电源柜和消防泵控制柜一般是两个独立的生产厂商提供，传统的带有双电源切换功能的消防泵控制柜，一般是通过一个独立的双电源柜配合一个消防泵控制柜来实现。这样的双电源功能的消防泵控制柜不仅成本高，而且由于多了一个控制柜，使得结构复杂，占地面积也比较大，在维护和系统升级方面也存在很大的困难。
我公司作为国内领先的ATSE生产和设计企业，在智能ATSE上有先进的技术和丰富的现场使用经验。在本新型消防泵控制柜中我们嵌入智能型双电源切换技术，在ATSE本体不变的基础上，将ATSE控制器的软件集成到智能控制器中，实现了两路电源切换的功能，使系统在只有一个柜体的空间里，实现了智能型双电源切换功能和电动消防泵的控制功能。
3.3周期自动巡检
在消防泵不工作的长时期内，泄漏水流流过静止消防泵，会携带沙、建筑混凝土材料、石灰、铁锈等，并聚积在消防泵中，导致泵体、底阀和单向阀卡死或锈死，使得火灾发生时设备不能发挥作用，造成不应有的损失。GBT21208、《民规》和《高规》中针对泵的这种问题，均明确要求消防泵要定期进行试运行。传统的消防泵检修一般通过人工定期试运行泵一段时间来防止泵卡死或锈死。
本新型消防泵控制柜采用功能强大的时钟芯片RX8025，通过软件的方式实现了泵的自动周期巡检功能，大大降低了消防泵维护的工作量。通过控制柜门上的LCD操作界面，操作人员可以方便的设置消防泵巡检的周期(月和周)和具体的时间(时和分)。本系统采用中断触发的方式启动泵的巡检功能，默认的间隔周期为一个月(周期可调)。巡检时间到后，如果没有发生火灾，系统先打开泄压阀10分钟，等建筑物管网内的水流出一部分后启动常用泵10秒钟，常用泵试运行时间到后停止常用泵，然后延时5分钟启动备用泵10s，备用泵试运行时间到后，停止备用泵并关闭泄压阀，在面板上的LCD屏上输出中文显示的巡检报告，同时通过485总线测试信息发送给中央控制室。在巡检过程中，如果突然接收到火灾启动信号，立刻退出消防泵的巡检，进入正常的消防启泵程序。
3.4电机保护
智能控制器中集成了两路电源电压和电流采样电路和功能模块，其中电流的采集采用图一和图二中所示的两级采样，使得不同型号和功率的控制柜，只需将控制柜备用壳体内的大电流互感器更换成合适的型号，而不需改变智能控制器中的采样电路。
系统每330ms采样一次电路中的电流和电压，并根据采样到的数据判断消防泵和ATSE的工作状态。当消防泵因异常情况出现过载或堵转时，系统会立即发出报警，并按设计要求作出相应的动作。由于火灾发生时，关闭消防泵以保护设备可能会使消防泵连同建筑物及其内部财物全部被火烧毁，标准GBT21208中规定虽然起动一个有故障的消防泵可能会导致导线、设备和电动机的暂时性或永久性损坏，但仍然应该起动，并规定消防泵在发生堵转时要能继续保持运行8～20秒钟，在3Ie过流时，消防泵要能保持运行至少3分钟。为达到此要求，本新型控制柜中采用的是我公司特制的断路器，去掉了断路器中双金属片，使其不具备热脱扣的性能。同时为为保证断路器有足够的过载能力，我们并对其中的脱扣电磁铁进行了重新的设计。另外，通过软件设计，实现了消防泵堵转和过流条件下的延时和自动停机的功能，在满足国标要求和灭火的要求下，实现了对消防泵电机的保护。
3.5远程监测
系统集成了485通信模块、远程报警和远程启动模块，可以方便的与建筑物内中央控制计算机联网。当消防泵系统出现故障时，智能控制器会立即将相应的报警信息发送给中央控制室计算机。中央控制室也可以通过计算机实时的查询或修改消防泵控制柜的系统参数和各个设备的运行状态。随着网络技术的发展，如果建筑物内的消防泵系统要实现联网，只需在控制柜内配备一个网络适配器或者在智能控制器内集成一个网络转串口模块就能很方便的实现控制器的升级。
3.6人机界面
本新型消防泵控制柜面板上安装192*64点阵的大屏幕液晶，采用全中文显示，用户可以方便的通过智能控制器上的按键对系统参数(如电流、电压、巡检时间、历史故障等)进行查询和修改。另外，系统还提供LCD屏、LED指示灯、蜂鸣器和声光报警器四种报警方式，当出现故障时，系统根据故障的严重程度立即采用国标要求的方式进行报警。如消防泵无法启动时，LCD屏立刻弹出中文提示的故障界面，声光报警器也会立刻鸣叫(此故障比较严重，不用LED灯和蜂鸣器报警)，同时系统通过485总线将消防泵无法启动的故障传给中央控制室的计算机，提醒监控人员进行处理。
本新型控制柜严格按照国标的要求，采用可编程的控制器进行控制系统设计，不仅大大提高了电动消防泵控制的自动化和智能化程度，还使得整个系统的结构更为简单，进一步提高了消防系统的可靠性和规范性。本系统充分考虑了消防泵控制系统的发展趋势和高层建筑物对消防泵控制柜越来越高的要求，在硬件和软件设计时预留了控制接口和软件模块，可以很方便的根据实际情况进行功能扩展和系统升级。
另外，本系统的智能控制器具有很强的兼容性，针对不同功率的消防泵和不同的启动方式，无需更换智能控制器，只需要通过LCD屏进行按键操作或通过计算机进行远程设置，更改相应的系统参数即可。
目前，我公司研发的这种新型的消防泵控制柜已经完成样机的生产，各项功能均满足设计要求，硬件部分的EMC测试已经达到GBT21208-2007的要求，电气性能也已通过专门检测机构的测试，现在已经进入市场推广阶段。
