CN108144237B - 一种智能消火栓***以及智能消火栓水压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能消火栓***，包括高压水箱、稳压泵、稳压控制***、和多个智能消火栓，所述智能消火栓***还包括补压泵，所述补压泵与稳压泵串联连接，并且所述补压泵与稳压控制***连接；在所述智能消火栓上还设置有增压泵、水压传感器和信息采集发送装置，所述信息采集发送装置分别与增压泵和水压传感器连接；所述智能消火栓***还包括主控台，所述主控台与所述稳压控制***通信连接；在所述多个增压泵之间设置中心节点控制器，所述中心节点控制器与所述多个增压泵所在的智能消火栓的信息采集发送装置；所述主控台与中心节点通信连接。本发明的有益效果是：(1)根据消火栓所需的扬程进行水压供给；(2)使稳压泵和补压泵协同运行。

Description

一种智能消火栓***以及智能消火栓水压控制方法

技术领域

本发明涉及消防领域，具体的涉及一种智能消火栓***以及智能消火栓水 压控制方法。

背景技术

随着我国人口的增多，为了能在有限的土地居住更多的人，现在的住宅小 区或办公商业区域都是建造的非常高，但是因为楼层太高出现的问题也随之而 来，消防设施问题就是其中问题之一，因为人口的增长和工厂的增多地下水过 度使用，消防栓内水压过低只能在低楼层使用，在高楼层失火时都需要辅助装 备才能达到一定的水压，再使用消防栓进行灭火，但是在再瞬息万变的火灾面 前时间就是金钱，往往在准备或安装的时候，火灾又再次发生了扩散，给救火 工作带来了很大的麻烦，而且耽误了救火的第一时间，人身安全和财产不能得 到保障。

现有技术中，有些消火栓的设计会在消火栓上设置增压泵，以进一步增加 消火栓的出水口水压，使水流冲射的更远，利于灭火。但是，在消火栓上增设 增压泵也会带来一系列的问题，比如当增压泵用水水压过大时，稳压泵不足以 在单位时间内支撑更多水提供给增压泵，从而造成水源不稳定等情况发生。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种智能消火栓***以及智能消火栓水压控制 方法，使得消防用水能够按照智能消火栓需求的水压进行供给。

具体地，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种智能消火栓***，包括高压水箱、稳压泵、稳压控制***、和多 个智能消火栓，每个所述智能消火栓设置在楼宇不同楼层中，其特征在于， 所述智能消火栓***还包括补压泵，所述补压泵与稳压泵串联连接，并且 所述补压泵与稳压控制***连接；在所述智能消火栓上还设置有增压泵、 水压传感器和信息采集发送装置，所述信息采集发送装置分别与增压泵和 水压传感器连接；所述智能消火栓***还包括主控台，所述主控台与所述稳压控制***通信连接；在所述多个增压泵之间设置中心节点控制器，所 述中心节点控制器与所述多个增压泵所在的智能消火栓的信息采集发送装 置；所述主控台与中心节点通信连接。

较佳的，所述稳压泵还与稳压控制***连接，所述稳压控制***包括 可编程控制器、变频器、PID调节器以及信号接收器，所述信号接收器接收 主控台发送的水压信号，并将所述水压信号转换成反馈信号输至PID调节 器；所述PID调节器对水压信号与给定压力进行比较，得出偏差值，发出相 应的输出信号给变频器和可编程控制器；所述变频器和可编程控制器根据 控制信号对水泵组的频率和水泵台数进行调解；所述稳压控制***还包括 液位控制传感器和液位控制器，所述液位控制传感器设置在高压水箱内壁， 用于实时检测高压水箱中水位数据，并将其传至液位控制器，所述液位控 制器根据相关数据形成控制信号传至可编程控制器。

一种智能消火栓水压控制方法，使用前述的智能消火栓***，所述方 法包括步骤：

步骤1：主控台接收火场范围信息；

步骤2：主控台根据火场范围信息和智能消火栓的位置信息，确定智能 消火栓的需求扬程；

步骤3：根据需求扬程确定增压泵功率。

较佳的，在步骤3之后，所述方法还包括：

步骤4：根据所述需求扬程和增压泵前后压差，判断是否需要增开补压 泵，若需要，则按预设功率开启补压泵。

较佳的：

中心节点控制器获取增压泵的特性曲线系数、运行效率最大值以及与 运行效率最大值对应的效率输送流量，其中所述特性曲线系数为增压泵前 后压差与增压泵输送流量的特性曲线系数；

基于特性曲线系数、运行效率最大值以及效率输送流量，获取增压泵 运行的高效区间；

计算当前增压泵实际流量，并判断所述实际流量是否为能效衰减流量； 当目实际流量为能效衰减流量，且在所述高效区间内时，获取实际流量在 高效区间对应的输送系数，并控制增压泵以此输送系数运行。

较佳的，获取增压泵出水前后压差ΔP以及当前增压泵的流量Q，以及 预先保存的增压泵额定流量值Q_d，计算的值，若小于预设的第 一阈值，则增开补压泵。

较佳的，所述中心节点控制器获取增压泵变频器的输出频率，以及增 压泵的输出功率，稳压控制***获取稳压泵和补压泵的输出频率和输出功 率，根据公式

确定增压泵的实际流量，其中Q_f为增压泵的实际流量，b₀、b₁、b₂为 预设的第一转换系数，f为增压泵、稳压泵和补压泵的输出频率的均值，P_o为增压泵、稳压泵和补压泵的输出功率的均值；

根据公式

确定增压泵的实际扬程，其中H_f为增压泵的实际扬程，b₀、b₁、b₂为预设 的第一转换系数，c₀、c₁、c₂为预设的第二转换系数，f为增压泵、稳压泵 和补压泵的输出频率的均值，P_o为增压泵、稳压泵和补压泵的输出功率的 均值，ρ为水的密度，g为重力加速度。

较佳的，在所述智能消火栓的出水口处还设置温度传感器，用于监测 消火栓出水口的截面温度，所述中心节点控制器根据增压泵的实际流量、 增压泵的实际扬程、从增压泵上获取的增压泵的工作电流、增压泵的工作 电压、增压泵进水口和出水口处的截面压强，以及从温度传感器中获取的 增压泵进水口和出水口处的截面温度，根据公式

确定增压泵电机效率，其中η为增压泵电机效率，ρ为水的密度，g为 重力加速度，Q_f为增压泵的实际流量，H_f为增压泵的实际扬程，I为增压 泵的工作电流，U为增压泵的工作电压，为平均等温系数，为水的比热， p₁、p₂分别为增压泵进水口和出水口处的截面压强，T₁、T₂分别为增压泵进 水口和出水口处的截面温度，为水的平均比容。

较佳的，在所述步骤4之后，所述方法还包括：

S41、获取稳压泵的压头与流量之间的线性关系式、补压泵的压头与流 量之间的线性关系式；S42、结合所述稳压泵的压头与流量之间的线性关系 式、所述补压泵的压头与流量之间的线性关系式，获得所述稳压泵与所述 补压泵的流量关系式；S43、对所述稳压泵和所述补压泵的流量关系式进行 适应性调整，以获得所述补压泵与所述稳压泵的频率关系式；S44、实时监 测所述稳压泵的频率并依据所述补压泵与所述稳压泵的频率关系式，输出 控制信号调整所述补压泵的频率。

较佳的，

根据所述稳压泵的压头与流量之间的线性关系式和所述 补压泵的压头与流量之间的线性关系式来确定系数a₁₁、a₂₁、 b₁₁、b₂₁，根据公式

来确定系数c₁₁、c₂₁；

根据公式

来确定补压泵的频率，其中f_b为补压泵频率，f_w为稳压泵频率。

本发明的有益效果是：(1)能够根据消火栓所需的扬程进行水压供给；(2)使 稳压泵和补压泵协同运行，避免出现水压不稳的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的智能消火栓***结构示意图；

图2为发明提供的智能消火栓结构示意图；

图3为本发明提供的稳压控制***结构示意图；

图4为本发明提供一种智能消火栓水压控制方法第一示意图；

图5为本发明提供一种智能消火栓水压控制方法第二示意图。

附图标记说明

为进一步清楚的说明本发明的结构和各部件之间的连接关系，给出了 以下附图标记，并加以说明。

阀1；槽体2；水压传感器3；集成块4；发射器5；显示器6；显示屏 7；报警器8；接收器9；出水口10；入水口11。

通过上述附图标记说明，结合本发明的实施例，可以更加清楚的理解 和说明本发明的技术方案。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面 的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相 似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一 致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本 发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限 制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所 述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还 应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列 出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各 种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信 息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被 称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境， 如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时” 或“响应于确定”。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

一种智能消火栓***，如图1所示，包括高压水箱、稳压泵、稳压控制 ***、和多个智能消火栓，每个所述智能消火栓设置在楼宇不同楼层中， 所述智能消火栓***还包括补压泵，所述补压泵与稳压泵串联连接，并且 所述补压泵与稳压控制***连接；在所述智能消火栓上还设置有增压泵、 水压传感器和信息采集发送装置，所述信息采集发送装置分别与增压泵和 水压传感器连接；所述智能消火栓***还包括主控台，所述主控台与所述 稳压控制***通信连接；在所述多个增压泵之间设置中心节点控制器，所 述中心节点控制器与所述多个增压泵所在的智能消火栓的信息采集发送装 置；所述主控台与中心节点通信连接。

各增压泵上分别设有的信息采集发送装置能够采集各自增压泵上的水 压信息以及能够从增压泵中获取增压泵运行时的水流参数，所述水流参数 包括增压泵前后压差、增压泵的实时流量以及增压泵的实时频率和增压泵 的功率，各信息采集发送装置通过无线或有线通信方式通过中心节点控制 器相互通信连接，并在中心节点控制器的控制下，协调所述局域网中的各 增压泵运行，即组成一组基于增压泵的局域物联网。所述局域物联网为WiFi 网络、蓝牙网络、Z-wave网络或Zigbee网络，可以组成星形网络、树形网 络、网状网络等。

所述增压泵的信息采集发送装置通过智能消火栓上的水压传感器接收 增压泵的水压数据，所述信息采集发送装置与增压泵连接，所示信息采集 发送装置还接收增压泵在实际运行时的实时流量以及增压泵的实时频率和 增压泵的功率，这些数据组成了局域网的运行参数。中心节点控制器将接 收到的各种增压泵数据传输给主控台，以供主控台进行数据的计算和分析， 所述中心节点控制器接收主控台发送的控制信息，根据所述控制信息控制 调节各增压泵的运行状态。

中心节点控制器根据收到的运行参数，通过互联网形成大数据处理与 传递的物联网连接。将工作点的工作量和完成情况汇总到远程调度中心进 行调度，以减少人力，提高资源利用效率，并对设备的精准控制，使总运 输成本和总能耗最低，提高作业效率。

多个局域网的中心节点控制器通过互联网与主控台组成广域网，各中 心节点控制器与主控台远程连接，向主控台实时发送本局域网的运行参数。 广域物联网为可以实现互联网功能的一种网络，例如3G网络、4G网络或有 线网络。

进一步的，所述智能消火栓***还与分布在楼宇的不同位置上的多个 火警传感器连接，以检测楼宇中的火警信息，所述火警传感器包括温度传 感器、烟雾传感器、红外传感器等能够检测火灾物理量的传感器；所述智 能消火栓如图2所示，还包括，阀1、槽体2、水压传感器3、集成块4、发射 器5、显示器6、显示屏7、报警器8、接收器9、出水口10、入水口11，所述 阀1的底部设置有入水口11，阀1的一侧设置有出水口10和槽体2，所述阀1 与槽体2连接处还设置有水压传感器3，所述水压传感器3用于实时检测水压， 并且就水压数据实时传输至集成块4，所述水压传感器3由水压传感器芯体、 膜片和电路板组成，所述集成块4设置在槽体2内，所述集成块4上设置有发 射器5、接收器9和显示器6，所述显示器6上设置有单片机、显示屏7和报警 器8，所述水压传感器3与集成块4电连接，所述水压传感器3、集成块4均与 电源电连接，所述智能消火栓还至少包括接收终端，所述水压传感器用于 检测消火栓自身的水压值，并通过发射器发送给主控台，所述接收终端能 够接收主控台发送给消火栓的信息。所述多个火警传感器与主控台连接， 所述多个智能消火栓与主控台连接，所述主控台接收到各类火警传感器发 送的报警信息后，根据火警传感器的位置信息确定火场范围边界，并根据 所述火场范围边界信息和智能消火栓的位置信息，确定智能消火栓的需求 扬程，通常所述需求扬程以能达到火场范围边界最远处为准，将所述需求 扬程发送给接收终端，所述接收终端为救火人员随身携带的接收主控台信 息的无线接收设备。所述智能消火栓的槽体2中还设置有锂电池和无线充电 模块，所述锂电池用于对所述智能消火栓中的元器件供电，所述锂电池与 无线充电模块连接。与所述智能消火栓的无线充电模块配套设置有无线充 电器，无线充电器与无线充电模块通过无线电力输送技术相连接。

所述无线充电器和无线充电模块内部分别具有一个扁平的线圈，无线 充电器中的线圈通过交变电流产生磁感应变化，通过电磁感应使无线充电 模块内部的线圈发生磁通量的变化产生感应电流，为所述锂电池充电。

进一步的，所述水压传感器3将检测到的水压值发送给主控台后，主控 台能够实时在主控台屏幕上显示当前智能消火栓的水压值，当水压值有异 常时向监视人员发出警报，这样即实现了对智能消火栓的自动巡检，不需 要耗费大量的人力物力对散布在小区中楼宇中各处的消火栓进行手工检 测，能够实现实时全面的智能消火栓巡检。

进一步的，如图3所示，所述稳压泵还与稳压控制***连接，所述稳压 控制***包括可编程控制器、变频器、PID调节器以及信号接收器，所述信 号接收器接收主控台发送的水压信号，并将所述水压信号转换成反馈信号 输至PID调节器；所述PID调节器对水压信号与给定压力进行比较，得出偏 差值，发出相应的输出信号给变频器和可编程控制器；所述变频器和可编 程控制器根据控制信号对水泵组的频率和水泵台数进行调解；所述稳压控制***还包括液位控制传感器和液位控制器，所述液位控制传感器设置在 高压水箱内壁，用于实时检测高压水箱中水位数据，并将其传至液位控制 器，所述液位控制器根据相关数据形成控制信号传至可编程控制器。

进一步的，本发明还提供了一种智能消火栓水压控制方法，使用之前 所述的智能消火栓***，如图4所示，所述方法包括步骤：

S1：主控台接收火场范围信息；

所述火场范围信息通过分布在楼宇中不同位置的火警传感器的感应范 围所确定。具体的，可以以每个火警报警器为圆心，以该火警报警器感应 距离为半径，作多个第一圆，则每个第一圆所覆盖的范围即为对应火警报 警器感应范围，认为该范围内存在火情。确定所述每个火警报警器感应范 围的并集，将所述并集确定为火场范围。

S2：主控台根据火场范围信息和智能消火栓的位置信息，确定智能消 火栓的需求水压。

将智能消火栓距离所述火场范围边缘的最远距离确定为所述智能消火 栓的需求水压，这样能够保证该智能消火栓能够全面覆盖火场范围。

S3：根据需求水压确定增压泵功率。

具体的，可以根据公式

确定需求水压强度，其中H_xh为需求水压强度，A_d为水带比阻，L_d为 水带长度，q_xh为射出水流量，B为水枪水流特性系数，可通过查表得到，H_sk为消火栓栓口水头损失，通常为2mH₂O(即2m水柱压强)，A为消火栓出口 截面面积，R为消火栓出口半径，J为单位水力坡降，L_ds为预先保存的消火 栓测量时使用的水带长度，P₁和P₂分别为预先保存的消火栓测量时在消火 栓口和在水带出水口测得的水压值，S为当前智能消火栓距离当前火场范围 边缘的最远值，k为经验系数，ΔH为预先保存的消火栓测量时水枪喷射的 垂直高度，γ为预先保存的消火栓测量时水枪喷射的角度。再通过预先设 置的需求水压强度与增压泵功率的对照表确定增压泵的功率。

进一步的，如图5所示，在S3之后，所述方法还包括：

S4：根据需求扬程和增压泵前后压差，判断是否需要增开补压泵，若 需要，则按预设功率开启补压泵。

其中需求扬程即为S3中当前智能消火栓距离当前火场范围边缘的最远 值S。在实际使用中，消火栓中的水压始终由稳压泵进行稳压，当进一步使 用增压泵对消火栓中的水进行向外界的增压时，会出现稳压泵不足以提供 “足够的”水供增压泵使用的情况，这时通常使稳压泵加大稳压功率以提 供足够的水压。对于消防现场，通常以“不计代价”的方式进行水源提供， 为了适应这种对水的大量需求，通常稳压泵会以最大功率运转，或者直接 开启补压泵，将尽量多的水进行供应。但这样做会带来的一个问题，即会 导致输水管路中水压过大而导致管路爆裂的情况发生，一旦发生这样的情 况，不但消火栓的水压无法保证，也导致珍贵的消防用水被白白浪费。为 了避免出现这样的情况，本发明中智能消火栓的信息采集发送装置在消火 栓向外射水的过程中，获取增压泵2出水前后压差ΔP以及当前增压泵的流 量Q，并结合预先保存的增压泵额定流量值Q_d，计算的值，若小 于预设的第一阈值，则增开补压泵。

进一步的，当开启补压泵之后，由补压泵、稳压泵和增压泵组成的供 水***会出现短暂的不稳定状态，从消火栓出水口的角度来看，消火栓的 实际流量和实际量程会在一定的时期发生变化，这时，根据所述增压泵、 稳压泵和补压泵的输出频率，计算实际流量和实际扬程；根据实际流量与 实际量程计算增压泵电机效率，判断增压泵电机效率是否在预设的高效区 间，若否，则将增压泵电机效率修正到高效区间。

可以由中心节点控制器获取增压泵的特性曲线系数、运行效率最大值 以及与运行效率最大值对应的效率输送流量，其中所述特性曲线系数为增 压泵前后压差与增压泵输送流量的特性曲线系数；基于特性曲线系数、运 行效率最大值以及效率输送流量，获取增压泵运行的高效区间；计算当前 增压泵实际流量，并判断所述实际流量是否为能效衰减流量；当目实际流 量为能效衰减流量，且在所述高效区间内时，获取实际流量在高效区间对 应的输送系数，并控制增压泵以此输送系数运行。其中，制作增压泵的特 性曲线为现有技术，本发明不再赘述。

可理解地，增压泵需要根据外界环境的实际情况运行，当外界环境所 需要的水量较大时，则增压泵输出的目标输送流量增加；相反当外界环境 所需要的水量较小时，则增压泵输出的目标输送流量减少。即增压泵根据 外界环境需求调节输送流量，从而导致每个时刻输出的目标输送流量不相 同。增压泵运行效率最大值对应的增压泵输送流量为效率输送流量，当增 压泵运行效率达到最大值以后，增压泵运行效率会衰减，在此衰减过程中对应的输送流量为能效衰减流量。获取增压泵实际流量，并判断增压泵实 际流量是否为衰减过程中的能效衰减流量，以确定增压泵实际流量是否为 增压泵输送流量达到最大值以后的流量。

当目标输送流量为能效衰减流量，且在所述高效区间内时，获取目标 输送流量在高效区间对应的输送系数，并控制增压泵以此输送系数运行。

更进一步地，当增压泵实际流量为能效衰减流量，即说明目增压泵实 际流量为增压泵输送流量达到最大值以后的流量。当目标输送流量与高效 区间内某一流量值对应，即目标输送流量在高效区间内，由公式可 计算出此对应高效区间内的流量的输送系数，其中S_z为增压泵输送系数， Q为增压泵当前流量，P_z为增压泵当前的功率，获取此输送系数，并控制增 压泵以此输送系数运行。可理解地，在此高效区间内，不同流量都对应一 个不同的输送系数，当以此对应的输送系数运行时，增压泵运行效率可达 到最大。

进一步的，所述中心节点控制器获取增压泵变频器的输出频率，以及 增压泵的输出功率，稳压控制***获取稳压泵和补压泵的输出频率和输出 功率，根据公式

确定增压泵的实际流量，其中Q_f为增压泵的实际流量，b₀、b₁、b₂为 预设的第一转换系数，f为增压泵、稳压泵和补压泵的输出频率的均值，P_o为增压泵、稳压泵和补压泵的输出功率的均值。

根据公式

确定增压泵的实际扬程，其中H_f为增压泵的实际扬程，b₀、b₁、b₂为预设 的第一转换系数，c₀、c₁、c₂为预设的第二转换系数，f为增压泵、稳压泵 和补压泵的输出频率的均值，P_o为增压泵、稳压泵和补压泵的输出功率的 均值，ρ为水的密度，g为重力加速度。

进一步的，在所述智能消火栓的出水口处还设置温度传感器，用于监 测消火栓出水口的截面温度，所述中心节点控制器根据增压泵的实际流量、 增压泵的实际扬程、从增压泵上获取的增压泵的工作电流、增压泵的工作 电压、增压泵进水口和出水口处的截面压强，以及从温度传感器中获取的 增压泵进水口和出水口处的截面温度，根据公式

确定增压泵电机效率，其中η为增压泵电机效率，ρ为水的密度，g为 重力加速度，Q_f为增压泵的实际流量，H_f为增压泵的实际扬程，I为增压 泵的工作电流，U为增压泵的工作电压，为平均等温系数，为水的比热， p₁、p₂分别为增压泵进水口和出水口处的截面压强，T₁、T₂分别为增压泵进 水口和出水口处的截面温度，为水的平均比容。

当计算得到增压泵电机的效率后，判断增压泵电机效率是否在预设的 高效区间(通常为75％以上)，若否，则通过调整增压泵频率的方式将增压 泵电机效率修正到高效区间。

进一步的，在所述S4之后，所述方法还包括：

获取稳压泵与补压泵的关系式，确定补压泵频率。

具体的，包括S41、获取稳压泵的压头与流量之间的线性关系式、补压 泵的压头与流量之间的线性关系式；S42、结合所述稳压泵的压头与流量之 间的线性关系式、所述补压泵的压头与流量之间的线性关系式，获得所述 稳压泵与所述补压泵的流量关系式；S43、对所述稳压泵和所述补压泵的流 量关系式进行适应性调整，以获得所述补压泵与所述稳压泵的频率关系式； S44、实时监测所述稳压泵的频率并依据所述补压泵与所述稳压泵的频率关 系式，输出控制信号调整所述补压泵的频率。

具体的，根据公式

来确定补压泵的频率，其中f_b为补压泵频率，f_w为稳压泵频率。其中 系数a₁₁、a₂₁、b₁₁、b₂₁根据所述稳压泵的压头与流量之间的线性关系式 和所述补压泵的压头与流量之间的线性关系式来确定，其中H_w表示稳压泵的压头，Q_w表示稳压泵的流量，H_b表示补压泵 的压头，Q_b表示补压泵的流量，在对稳压泵或补压泵进行出厂检测或者安 装前检测时，根据不同组的Q_w-H_w值和Q_b-H_b值套入公式和公式拟合出系数a₁₁、a₂₁、b₁₁、b₂₁。系数c₁₁、c₂₁由公式

确定，其中f_w,s为稳压泵在出厂实验时，当稳压泵流量为Q_w,s时，通过 实测得到的稳压泵工作频率；f_b,s为稳压泵在出厂实验时，当补压泵流量为 Q_b,s时，通过实测得到的补压泵工作频率，也可以根据不同的流量值Q_w,s和 工作频率f_w,s得到多个c₁₁值，再对得到的多个c₁₁值取平均值得到最终的c₁₁值；可以根据不同的流量值Q_b,s和工作频率f_b,s得到多个c₂₁值，再对得到的 多个c₂₁值取平均值得到最终的c₂₁值。最终，将系数a₁₁、a₂₁、b₁₁、b₂₁、 c₁₁、c₂₁预先存储在稳压控制***中，以供主控台进行计算时及时调取。这 样，就能够在稳压泵出现供压不足的情况下，根据稳压泵当前的工作频率 与补压泵工作频率的关系，控制补压泵按计算出的工作频率进行工作，避 免出现补压泵供压过大导致供水管路爆裂的危险，也避免了出现补压泵供 压不足而起不到支援消火栓水压的作用。

采用本发明提供的多个增压泵之间设置中心节点控制器的结构，使得 增压泵与整个局域网中的其他增压泵及中心节点控制器通信，可以实时掌 握每个增压泵的运行状态，防止增压泵组压力不平衡造成的水泵损坏，提 高***中水泵的使用寿命。中心节点控制器可将各增压泵的运行参数发向 主控台，使智能消火栓***保持良好的工作状态。多个局域网与主控台组 成广域网，各中心节点控制器与主控台远程连接，向主控台实时发送本局 域网的运行参数，实现远程监控。实现任务高峰或紧急情况下的增压泵调 度。

采用本发明提供的具有增压泵的消火栓的方式，能使消火栓设施水压 可以达到使用的标准，不会因为消火栓设施内水压过低只能在低楼层使用， 在高楼层失火时不需要临时安装辅助装备，不会耽误救火的第一时间，不 会使火灾发生扩散，人身安全和财产得到保障，本装置操作简单，适用任 何地域位置，经济实用，保养和维修都很方便。

采用本发明提供的稳压泵与稳压控制***连接的方式，实现供水量从 零至最大之间的无级调节，使***始终工作在最佳节能状态，“用多少水， 供多少水”。大功率稳压泵的电机均可由变频器实现软启动，对电网和水路 管网无冲击，大大延长稳压泵、稳压泵电机、水路管网及其它控制设备的 使用寿命。稳压泵和补压泵可循环交替运行，均衡了各台泵的平均工作时 间，避免了水泵锈蚀。***运行压力稳定，控制精度高。

本发明提出的智能消火栓水压控制方法，根据增压泵的前后压差与增 压泵输送流量的特性曲线参数、运行效率最大值以及与运行效率最大值对 应的效率输送流量获取增压泵运行的高效区间，在此区间内，不同的输送 流量对应不同的输送系数。当增压泵的目标输送流量在为增压泵运行效率 达到最大值以后的能效衰减流量，且在所述高效区间时，控制增压泵以此 目标输送流量与高效区间对应的输送系数运行，从而实现增压泵运行效率 达到此流量对应的最大效率，提高增压泵的输送效率，降低了能耗。

本发明实施例提供的智能消火栓水压控制方法通过增、减稳压泵的数 量，可确保稳压泵在所有负荷条件下都在最高工作点上工作，提高了稳压 泵的工作效率，且稳压泵数量的合理调配明显减少了不必要的资源浪费现 象；也可以预防稳压泵的电机不能正常运行和在低负荷条件下超载，使得 ***运行更加稳定，减少了泵输送***的能耗。

本发明实施例提供的智能消火栓***通过读取增压泵、稳压泵和补压 泵的变频器输出功率和输出频率，依据由增压泵、稳压泵和补压泵的变频 器输出功率、输出频率，就能计算增压泵泵的流量和扬程。其结构简单、 无需安装流量计即可通过计算得到所需的参数。

本发明实施例提供的智能消火栓水压控制方法采用增压泵的实际流量 和增压泵的实际扬程通过运算反推增压泵电机效率，并且引入了增压泵进 水口和出水口处的截面温度，即考虑到了水路过火后水温对增压泵电机效 率的影响，可进一步提高计算结果的精确度。

本发明实施例提供的智能消火栓水压控制方法能够实时监测稳压泵的 频率并依据补压泵与稳压泵的频率关系式，输出控制信号调整补压泵的频 率。本发明避免造成稳压泵和补压泵的压头的损失或水泵喘振的现象，增 加稳压泵和补压泵泵寿命，及减少泵能耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在 本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包 含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种智能消火栓***，其特征在于，包括高压水箱、稳压泵、稳压控制***、和多个智能消火栓，每个所述智能消火栓设置在楼宇不同楼层中，其特征在于，所述智能消火栓***还包括补压泵，所述补压泵与稳压泵串联连接，并且所述补压泵与稳压控制***连接；在所述智能消火栓上还设置有增压泵、水压传感器和信息采集发送装置，所述信息采集发送装置分别与增压泵和水压传感器连接；所述智能消火栓***还包括主控台，所述主控台与所述稳压控制***通信连接；在所述多个增压泵之间设置中心节点控制器，所述中心节点控制器与所述多个增压泵所在的智能消火栓的信息采集发送装置通信连接；所述主控台与中心节点通信连接；所述稳压泵还与稳压控制***连接，所述稳压控制***包括可编程控制器、变频器、PID调节器以及信号接收器，所述信号接收器接收主控台发送的水压信号，并将所述水压信号转换成反馈信号输至PID调节器；所述PID调节器对水压信号与给定压力进行比较，得出偏差值，发出相应的输出信号给变频器和可编程控制器；所述变频器和可编程控制器根据控制信号对水泵组的频率和水泵台数进行调解；所述稳压控制***还包括液位控制传感器和液位控制器，所述液位控制传感器设置在高压水箱内壁，用于实时检测高压水箱中水位数据，并将其传至液位控制器，所述液位控制器根据相关数据形成控制信号传至可编程控制器。

2.一种智能消火栓水压控制方法，使用权利要求1所述的智能消火栓***，其特征在于，所述方法包括步骤：

步骤1：主控台接收火场范围信息；

步骤2：主控台根据火场范围信息和智能消火栓的位置信息，确定智能消火栓的需求扬程；

步骤3：根据需求扬程确定增压泵功率。

3.根据权利要求2所述的智能消火栓水压控制方法，其特征在于，在步骤3之后，所述方法还包括：

步骤4：根据所述需求扬程和增压泵前后压差，判断是否需要增开补压泵，若是，则按预设功率开启补压泵。

4.根据权利要求2~3任一所述的智能消火栓水压控制方法，其特征在于：

中心节点控制器获取增压泵的特性曲线系数、运行效率最大值以及与运行效率最大值对应的效率输送流量，其中所述特性曲线系数为增压泵前后压差与增压泵输送流量的特性曲线系数；

基于特性曲线系数、运行效率最大值以及效率输送流量，获取增压泵运行的高效区间；

计算当前增压泵实际流量，并判断所述实际流量是否为能效衰减流量；当目实际流量为能效衰减流量，且在所述高效区间内时，获取实际流量在高效区间对应的输送系数，并控制增压泵以此输送系数运行。

5.根据权利要求4所述的智能消火栓水压控制方法，其特征在于，获取增压泵出水前后压差以及当前增压泵的流量Q，以及预先保存的增压泵额定流量值Q_d，计算的值，判断是否小于预设的第一阈值，若是，则增开补压泵。

6.根据权利要求5所述的智能消火栓水压控制方法，其特征在于，所述中心节点控制器获取增压泵变频器的输出频率，以及增压泵的输出功率，稳压控制***获取稳压泵和补压泵的输出频率和输出功率，根据公式

确定增压泵的实际流量，其中为增压泵的实际流量，b₀、b₁、b₂为预设的第一转换系数，f为增压泵、稳压泵和补压泵的输出频率的均值，P_o为增压泵、稳压泵和补压泵的输出功率的均值；

根据公式

确定增压泵的实际扬程，其中为增压泵的实际扬程，b₀、b₁、b₂为预设的第一转换系数，c₀、c₁、c₂为预设的第二转换系数，f为增压泵、稳压泵和补压泵的输出频率的均值，P_o为增压泵、稳压泵和补压泵的输出功率的均值，ρ为水的密度，g为重力加速度。

7.根据权利要求6所述的智能消火栓水压控制方法，其特征在于，在所述智能消火栓的出水口处还设置温度传感器，用于监测消火栓出水口的截面温度，所述中心节点控制器根据增压泵的实际流量、增压泵的实际扬程、从增压泵上获取的增压泵的工作电流、增压泵的工作电压、增压泵进水口和出水口处的截面压强，以及从温度传感器中获取的增压泵进水口和出水口处的截面温度，根据公式

确定增压泵电机效率，其中为增压泵电机效率，ρ为水的密度，g为重力加速度，为增压泵的实际流量，为增压泵的实际扬程，I为增压泵的工作电流，U为增压泵的工作电压，为平均等温系数，为水的比热，p₁、p₂分别为增压泵进水口和出水口处的截面压强，T₁、T₂分别为增压泵进水口和出水口处的截面温度，为水的平均比容。

8.根据权利要求7所述的智能消火栓水压控制方法，其特征在于，在所述步骤4之后，所述方法还包括：

S41、获取稳压泵的压头与流量之间的线性关系式、补压泵的压头与流量之间的线性关系式；S42、结合所述稳压泵的压头与流量之间的线性关系式、所述补压泵的压头与流量之间的线性关系式，获得所述稳压泵与所述补压泵的流量关系式；S43、对所述稳压泵和所述补压泵的流量关系式进行适应性调整，以获得所述补压泵与所述稳压泵的频率关系式；S44、实时监测所述稳压泵的频率并依据所述补压泵与所述稳压泵的频率关系式，输出控制信号调整所述补压泵的频率。

9.根据权利要求8所述的智能消火栓水压控制方法，其特征在于，

根据所述稳压泵的压头与流量之间的线性关系式和所述补压泵的压头与流量之间的线性关系式来确定系数a₁₁、a₂₁、b₁₁、b₂₁，根据公式

来确定系数c₁₁、c₂₁；

根据公式

来确定补压泵的频率，其中为补压泵频率，为稳压泵频率。