基于PLC的高層建筑供水系統(tǒng)設計

1、前 言隨著城市建設規(guī)模的不斷擴大，人們對供水質(zhì)量和供水可靠性提出了越來越高的要求。日常用水對人們生活有著極其重要的意義，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性直接影響到小區(qū)住戶的正常工作和生活，也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管理水平的高低。傳統(tǒng)的小區(qū)大多采用水塔供水系統(tǒng)，水塔高位水箱供水具有控制方式簡單、運行經(jīng)濟合理等優(yōu)點，但存在基建投資大，維護不方便，啟動電流大等缺點，主要應用于高層建筑。目前的供水方式朝高效節(jié)能、自動可靠的方向發(fā)展，變頻調(diào)速技術以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風機、水泵、空氣壓縮機、制冷壓縮機等高能耗設備上廣泛應用。因此基于PLC（可編程控制器）的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，越來越受到人們

2、的重視和青睞。通過對現(xiàn)有供水系統(tǒng)的調(diào)研和分析，確定以可靠性高、使用簡單、維護方便、編程靈活的工控設備變頻器和PLC作為主要控制設備來設計變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，并引入計算機對供水系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控與管理，保證整個系統(tǒng)運行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的技術經(jīng)濟性能。第一章 建筑給水監(jiān)控1.1 給水系統(tǒng)監(jiān)控1.1.1給水系統(tǒng)監(jiān)控功能水箱液位顯示及報警 水泵起?？刂扑眠\行狀態(tài)顯示及過載報警 水流、水壓狀態(tài)顯示累計各設備運行時間并據(jù)此制定設備維護周期1.1.2給水設備監(jiān)控物理量 液位信號1）控制液位2）報警液位3）指示液位4）液位信號 壓力信號 壓差信號 流量信號 溫度信號 運行狀態(tài)控制 1.1.3建筑給水

3、系統(tǒng)方式高位水箱供水方式 可分為并列供水方式、串聯(lián)供水方式、減壓水箱供水方式、減壓閥供水方式1、高位水箱并列供水方式 在各分區(qū)獨立設水箱和水泵，水泵集中設置在建筑底層或地下室，分別向各區(qū)供水。2、高位水箱并列供水方式 水泵分散設置在各區(qū)樓層中，地區(qū)水箱兼做上一區(qū)的水池。3、減壓水箱供水方式 整個高層建筑的用水量有低層水泵提升至屋頂總水箱，然后再送至各分區(qū)減壓水箱。4、減壓閥供水方式 以減壓閥代替減壓水箱氣壓水箱供水方式氣壓水箱并列供水方式；氣壓水箱減壓閥供水方式。無水箱供水方式 根據(jù)給水系統(tǒng)中用水量情況自動改變水泵轉速，調(diào)整流量并使水泵具有較高工作效率。 1.2本課題供水系統(tǒng)結構及原理1.2.

4、1本課題供水系統(tǒng)結構圖上位機組態(tài)等報警、控制等量輸出故障、狀態(tài)等量輸入水泵機組通訊模塊可編程控制器PLCA/D模塊壓力、流量等傳感器人機界面本課題給水系統(tǒng)圖1.2.2 本課題供水系統(tǒng)原理 本次課程設計為基于PLC的高層建筑供水系統(tǒng)的監(jiān)控，整體分為高區(qū)與低區(qū)兩部分給水區(qū)域，且兩部分給水區(qū)域均提供兩臺水泵（均為恒速泵），在樓下設置水箱，根據(jù)用戶用水量控制泵的啟停。在高層用戶進水總管道處設置水壓傳感器，當傳感器為高壓（根據(jù)實際情況設置）時，表明用戶較少，只開啟任意一臺水泵，且為了設備的長期運行，令這兩臺泵按一定周期交替啟停；當傳感器為低壓（根據(jù)實際情況設置）時，表明用戶較多，另兩臺泵同時工作；并且在

5、這兩臺泵各自管道上安裝水流開關，反饋泵是否正常工作，如果出現(xiàn)異常，令泵立即停止工作。低層用戶區(qū)域與高層工作原理完全相同在進水管道同樣安裝水流開關，以反饋進水泵是否正常工作，如果異常立即關閉泵。在此基礎上，所有泵均受水池液位的控制，水池液位設為高位報警、低位報警、消火栓泵停泵液位，當高位報警進水泵立即停止工作；當?shù)鸵何粓缶M水泵馬上開始工作；當消火栓泵停泵液位報警，進水泵立即工作且高區(qū)、低區(qū)泵均立即停止工作，確保消防用水的充足。第二章 系統(tǒng)的PLC設計2.1 PLC控制及其編程2.1.1 PLC簡介 可編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制

6、應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC。它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的發(fā)展這種裝置的功能已經(jīng)大大的超過了邏輯控制的范圍。因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC 。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC?？删幊炭刂破魇且慌_計算機，它是專為工業(yè)環(huán)境應用而設計制造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅動能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應用，在實際應用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件需根據(jù)控制

7、要求進行設計編制進行選用配置。2.1.2 PLC工作原理與特點 PLC工作時，總是從第一條指令開始，按照用戶程序固有的順序逐條執(zhí)行，直至用戶程序結束，然后再返回第一條指令，開始新一輪的程序執(zhí)行過程。PLC的掃描工作過程可分為以下三個工作過程： 1、上電處理 2、掃描過程 3、故障處理PLC的特點：1）可靠性高、抗干擾能力強2）編程簡單、使用方便3）系統(tǒng)設計、安裝、調(diào)試和投運的工作量小4)功能完善、通用性強5)體積小、能耗低2.1.3 STEP 7Micro/WIN編程軟件簡介 STEP 7Micro/WIN是專用于S7200系列PLC的編程軟件，在Windows環(huán)境下運行，其基本操作與標準Wi

8、ndows軟件內(nèi)似，具有操作簡便、簡單易學的特點，其為用戶編輯、調(diào)試和監(jiān)控應用程序提供了良好環(huán)境，支持梯形圖（LAD）、語句表(STL)和功能塊圖(FBD)三種PLC編程語言。 2.2本課題PLC編程及其監(jiān)控系統(tǒng)I/O地址分配表 編程思想已在1.1.2供水系統(tǒng)中描述過某高層建筑供水監(jiān)控系統(tǒng)I/O地址分配表名 稱類 型地 址名 稱類 型 地 址進水泵工作狀態(tài)輸入I0.0高層用戶進水端壓力（高壓）輸入I1.4進水泵流量開關輸入I0.1高層用戶進水端壓力（低壓）輸入I1.5高層水泵工作狀態(tài)輸入I0.2低層用戶進水端壓力（高壓）輸入I1.6高層水泵工作狀態(tài)輸入I0.3低層用戶進水端壓力（低壓）輸入I1

9、.7高層水泵流量開關輸入I0.4進水泵輸出Q0.0高層水泵流量開關輸入I0.5高層水泵輸出Q0.1低層水泵工作狀態(tài)輸入I0.6高層水泵輸出Q0.2低層水泵工作狀態(tài)輸入I0.7低層水泵輸出Q0.3低層水泵流量開關輸入I1.0低層水泵輸出Q0.4低層水泵流量開關輸入I1.1高位報警輸出Q0.5水池高液位輸入I1.2低位報警輸出Q0.6水池低液位輸入I1.3表21第三章 系統(tǒng)的組態(tài)設計3.1組態(tài)王簡介組態(tài)王（KingView）是目前國類比較流行的一種國產(chǎn)自動化通用組態(tài)軟件，適合于中小規(guī)模工業(yè)監(jiān)控機，價格低廉。組態(tài)王配有加密鎖，支持工程加密；驅動程序較為豐富，如支持DDE,板卡，OPC服務器，PLC,

10、智能儀表，智能模塊等；支持ActiveX控件、配方管理、數(shù)據(jù)庫訪問、網(wǎng)絡功能、冗余功能。其擴展性強，可與管理計算機或控制計算機聯(lián)網(wǎng)通信。組態(tài)王以Window98/ Window2000/ Window NT4.4中文操作系統(tǒng)為操作平臺，具有功能圖形完善，界面一致友好，易學易用的特點。該軟件包由工程管理器（ProjManager）、工程瀏覽器（TouchExplore）、畫面運行系統(tǒng)（TouchVew）三部分組成。ProjManager用于新建工程、工程管理，并能對已有工程進行搜索、備份及有效恢復，實現(xiàn)數(shù)字字典的導入和導出。組態(tài)王主要用來組成監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。使現(xiàn)場的信息實時的傳遞到控制室。保

11、證現(xiàn)場操作人員和工廠管理工作人員都可以看到各種數(shù)據(jù)。管理人員不需要深入生產(chǎn)現(xiàn)場就可以獲得事實和歷史數(shù)據(jù)。優(yōu)化控制現(xiàn)場作業(yè)，提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。3.2利用組態(tài)王創(chuàng)建工程步驟通常情況下，建立一個應用工程大致可分為以下幾個步驟：第一步：創(chuàng)建新工程，為工程創(chuàng)建一個目錄用來存放與工程相關的文件。第二步：定義硬件設備并添加工程變量，添加工程中需要的硬件設備和工程中使用的變量，包括內(nèi)存變量和I/O變量。第三步：制作圖形畫面并定義動畫連接，按照實際工程的要求繪制監(jiān)控畫面并使靜態(tài)畫面隨著過程控制對象產(chǎn)生動態(tài)效果。第四步：編寫命令語言，通過腳本程序的編寫以完成較復雜的操作上位控制。第五部：進行運行系統(tǒng)的配置，對

12、運行系統(tǒng)、報警、歷史數(shù)據(jù)記錄等進行設置，使系統(tǒng)完成用于現(xiàn)場前的必備工作。第六步：保存工程并運行。3.3本課題組態(tài)創(chuàng)建過程1、新建連接設備圖3-12、新建畫面 圖3-23、新建變量 圖3-3定義變量圖3-4動畫連接 圖3-5最終結果顯示水池液位低于10時，消火栓泵停泵報警、低位報警且進水泵打開，所有高層、低層泵停止圖3-6水池液位介于10到30之間，低位液位報警，且進水泵打開，高低區(qū)泵可起可停圖3-7水池液位高于90時，進水泵關閉圖3-8水池液位顯示編程：if(本站點進水泵=1 && 本站點進水閥門=1)本站點水池液位=本站點水池液位+4;if(本站點高層用戶泵1=1 | 本站點

13、高層用戶泵2=1)本站點水池液位=本站點水池液位-4;if(本站點低層用戶泵3=1 | 本站點低層用戶泵2=1)本站點水池液位=本站點水池液位-4;if(本站點水池液位>=90)液位報警程序設計：本站點高位報警=0;if(本站點水池液位<90)本站點高位報警=1;if(本站點水池液位<=10)本站點消火栓泵停泵液位=0;if(本站點水池液位>10)本站點消火栓泵停泵液位=1;if(本站點水池液位<=30)本站點低位報警=0;if(本站點水池液位>30)本站點低位報警=1;當高層（低層）水壓傳感器為高壓（自行設定）時，表明用戶較少，高層水泵1、2（低層水泵1、

14、2）按一定周期交替啟停圖3-8當高層（低層）水壓傳感器為低壓（自行設定）時，表明用戶較多，高層水泵1、2（低層水泵1、2）全部啟動圖3-9總 結本次課程設計總體來說還是比較成功的，從初期的方案設計到PLC程序設計以及最后組態(tài)與PLC結合，都很成功，通過本次課程設計，進一步鞏固理論知識，加深對建筑設備自動化控制技術理論知識的理解和對這些理論的實際應用能力；以前僅僅是理論知識的學習，印象不是很深刻，尤其是對有些概念的理解，總是感覺很模糊，理解不到位，但經(jīng)過課程設計，這些問題得到了很大的解決，尤其是加深了對建筑設備自動化控制技術的理論的理解，熟練掌握可編程序控制器的使用和操作方法,加快了學習梯形圖語

15、言的速度,以及建立建筑設備自動化控制系統(tǒng)概念、積累工程現(xiàn)場經(jīng)驗、培養(yǎng)動手能力等方面都有很大的幫助；同時也培養(yǎng)查閱圖書資料、工具書的能力，培養(yǎng)分析問題、解決問題的獨立工作能力，學會了實驗數(shù)據(jù)的分析與處理、編寫設計說明書和技術總結報告?？傮w比較成功，但同時也比較辛苦，也遇到了很多障礙，比如在編PLC程序時，總是不能很好實現(xiàn)兩個水泵的交替運行，最終在同學的幫助下，發(fā)現(xiàn)有兩點原因:第一、程序沒有在泵1置位時，給泵2復位，總是出現(xiàn)其中一個泵不運行;第二、在計時器停止后，兩個泵未能很好復位。還有在進行組態(tài)王與PLC通信時，程序與組態(tài)都很完美，但總是通訊失敗，究其愿意，COM設置有問題。歷時兩周時間，可以說

16、比較艱辛吧，畢竟PLC已經(jīng)學過快一年了，組態(tài)王還是一個陌生的東西，得從頭學起，最后的課程設計論文更是熬到晚上三點鐘才弄好，但是，我很享受這個過程，在解決問題的同時，不僅學到的科學文化知識、鍛煉了解決問題的能力，更重要的是使同學之間的關系更加融洽，班級更加團結。參考文獻1、電氣控制與PLC應用 何波 中國電力出版社2、建筑設備自動化 王可崇 人民出版社3、建筑電氣控制技術 馬小軍 機械工業(yè)出版社4、微型計算機控制技術 潘新民 王燕 高等教育出版社5、電氣控制與PLC應用 黃江峰 巫莉 中國電力出版社6 電氣工程師設計手冊致 謝首先衷心感謝我的課程設計指導老師閆秀英老師和劉敏層老師！閆秀英老師善解人意、治學嚴謹、隨和大氣的治學態(tài)度與生活態(tài)度在平時上課過程當中就深有體會，尤其是在智能小區(qū)規(guī)劃課程后期的分組完成各個子系統(tǒng)的工作當中體現(xiàn)的淋漓盡致，在這次課設過程當中也給了我不少幫助。劉敏層老師作為一名工科老師，不僅以認真無私的傳授學生科學文化知識為天職，而且也充分利用課間或課堂時間加強學生人文素質(zhì)的培養(yǎng)，給學生耳目一新的感覺，此外，在平時實驗過程中劉老師總是很耐心，這在建筑設備自動化第一次實驗時