隧道消防管道保温控制设备

柴新元

0 引言

北方地区冬季管道防冻一直是困扰工程的一大难题，尤其是北方地区，隧道都分布于山区，消防管道的特殊性，对消防管道的保温防冻显得尤其重要，如何使消防管道的保温控制可靠、稳定、精确、安全运行，对隧道消防安全至关重要。我公司产品在高速隧道的消防管道防冻工程中的应用较好地解决了这个问题，为此类问题的彻底解决尝试性地开创了一条新的途径。

管道防冻电伴热工程，即发热电缆低温伴热系统，是用电能直接转化为热能的新型供暖系统。本设备利用先进可靠的RS485通讯技术研究和解决了管道防冻系统电伴热控制设备的设计、应用的一些技术性问题，使保温防冻系统自动控制其温度保持在允许的范围内，实现了对管道的主动性保温防冻。

1 传统电伴热控制设备的现状

传统电伴热控制设备存在不规范、技术落后、产品参差不齐等问题，本设备将传统控制系统升级。注重系统的先进性、安全性和可靠性。传统电伴热控制有如下几种控制:

1)大多采用温控器控制的，只要温度低于设定温度，就接通接触器通电加热，达到设定上限就停止工作。只满足基本使用功能，自动化程度低，安全性、可靠性差。温控器一旦损坏，可能造成加热不停止工作，很容易造成火灾等危险。

2)采用触摸屏、可编程控制器控制的方式，只是通过补偿导线把现场温度信号引入PLC来进行控制，这样可能造成温度传输偏差比较大，保护功能不够完善，控制精度不够准确，尤其是北方地区和高原地区，一旦发生冰冻，直接导致管道破裂受损，一旦发生火灾，不能及时灭火，后果不堪设想。

2 新型电伴热控制设备工作原理

管道保温防冻的目的就是补充由于管道外壳内外温差引起的热散失。要达到管道防冻保温的目的，只需要提供给管路损失的热量，保持管道内流体的热量平衡，就可维持其温度基本不变。发热电缆管道保温防冻系统就是提供给管路损失的热量，维持其温度基本不变，保证管道不受破坏，尤其对消防管道，其一旦受到破坏，安全无法保证。管道电伴热系统由发热电缆供电电源系统、管道防冰冻电缆加热系统和管道电伴热智能控制报警系统三部分组成。电伴热智能控制报警系统包括数据采集模块、温度传感器、触摸屏、PLC、故障蜂鸣报警器及变压器等电路，以便观察、控制与调节电伴热工作情况。工作状况下，温度传感器安置在被加热的管道上，可随时测量出其温度。温控器根据事先设定好的温度，与温度传感器测出的温度比较，通过伴热电缆控制箱内的空气开关与交流接触器，及时切断与接通电源，以达到加热防冻目的。控制原理框图见图1。

图1 控制原理框图

本设备为全智能型产品，全图文触摸屏显示并操作，动态检测管道温度的工况，曲线记录参数变化，故障报警可图文及声光报警，系统由参数设置，工况监控，运行手册，操作手册，运行记录，注意事项六个页面完成用户操作，用户权限人性化设计，分一般操作，中级操作，高级操作三个等级，有效保障操作安全运行。参数设置可对操作系统进行转换，包含手动、自动、半自动等功能;工况监控可对电流、电压、电量、温度、漏电等进行实时监控和记录。并通过声、光报警提示并与消防中控并网。或者将其通过传输线异地传送到总值班室监测事故和运行集中管理。

触摸屏采用国际著名合资品牌，高亮度，高分辨率，高质量保证，与中央处理模块单独架构，实现可靠物理隔离，壁挂及立柜箱体均可适用，中央处理模块标准导轨安装，触摸屏嵌入螺柱顶。

本设备由温度传感器、模拟量采集模块、PLC、触摸屏、控制电器等组成。温度传感器和采集模块放在现场，避免了长距离传输造成的信号误差，传统的做法是通过采用热电耦通过补偿导线把信号传输回控制室，热电耦在高温时精度比较高，热电阻测量低精度比较高，而本方案是通过RS485通讯技术传输信号，不会造成信号的误差，使控制精度更精确。本设备可实时监测显示每段管网的温度。根据温度传感器采集管道温度与控制箱内的触摸屏设定温度作比较，不大于触摸屏设定温度下限启动控制箱启动加热。不小于触摸屏设定温度上限停止加热。由模拟量采集模块把现场管道温度传感器的信号通过RS485方式传回PLC控制器，触摸屏采集PLC控制器信号实时显示每段管道的温度，温度的上下限值可通过触摸屏来设置，通过和设定值比较后根据不同情况发出声光报警并控制现场控制箱。本系统经过四年运行一直比较稳定可靠，保证工程的正常运行。本系统具有如下特点:

1)自动化程度高、有手动/自动/半自动两种控制方式。2)控制精度可达±1%。3)运行可靠，维护方便。4)故障自诊断和自处理功能，对过流、欠压、过压、漏电等故障均能自行诊断，并发出报警信号。

3 设备检查及调试

整个系统安装完毕要进行全面系统的调试，确保系统正常安全工作。首先检查所有管道、所有配件均已正确安装，发热电缆外观是否完好无损。其后将全部回路的空气保护开关断开，用摇表检测每个回路并作好记录。通电前，要测量电源线是否接通，发热电缆是否接通，检查电伴热温度传感器是否连接正常，校验温度信号是否准确等。通过测试检查系统启动是否自如，另外检查电源箱各开关、显示灯、报警信号工作是否正常。通电试运行，调节电伴热工作温度，3次降低或提高工作温度，检查发热电缆是否正常伴热。观察3个伴热工作周期，记录每个周期时间。做故障报警实验即断路实验、漏电实验、高温低温实验，观察并记录实验过程。在寒冷环境温度下，要观察电伴热工作情况及周期。最后，系统测试完毕后填写调试报告。

4 结语

综上所述，本隧道消防管道控制设备具有如下优点:

1)智能化高，技术先进。2)安全可靠，反应灵敏。3)温度均匀，经济节能。4)安装方便，无需维护。5)保护环境，实时报警。

［1］ 台达电子集团.台达PLC应用技术手册［M］.北京:中国电力出版社，2003.

［2］ 周建清.PLC应用技术［M］.北京:机械工业出版社，2007.

［3］ 赵俊生，杨怀林，姚年春.电气控制与PLC技术［M］.北京:机械工业出版社，2007.

［4］ 徐国林.PLC应用技术手册［M］.北京:机械工业出版社，2003.

［5］ 李朝青.PC机及单片机数据通信技术［M］.北京:北京航空航天大学出版社，1999.