畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-PLC高、低壓無(wú)塔供水系統(tǒng).doc

本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要本系統(tǒng)的主要內(nèi)容是將plc控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于工程實(shí)踐中，以人們的生活用水、消防高壓用水為被控對(duì)象，將plc控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)融合于系統(tǒng)中。該統(tǒng)改變了以前生活和消防兩套獨(dú)立供水的模式，同時(shí)克服了傳統(tǒng)有塔有箱供水方式的缺點(diǎn)，是一種節(jié)能、占地少、投資小、系統(tǒng)安全可靠、維護(hù)和管理方便的供水控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)基于變頻器內(nèi)置pm調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以管網(wǎng)的壓力變送器壓力信號(hào)作為反饋信號(hào)，由上位機(jī)發(fā)出的當(dāng)前狀態(tài)作為給定輸出，調(diào)節(jié)生活供水壓力使其保持低恒壓狀態(tài);當(dāng)火災(zāi)發(fā)時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)管網(wǎng)壓力為高恒壓狀態(tài)。同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮了夜間低流量狀態(tài)下，水泵機(jī)組停運(yùn)行，由氣壓罐進(jìn)行低流量供水，保證了系統(tǒng)避免頻繁啟停，同時(shí)保證水泵的高效運(yùn)行?；诠┧到y(tǒng)和消防系統(tǒng)構(gòu)筑了一個(gè)dcs集散系統(tǒng)。2臺(tái)變頻器和plc作為下位機(jī)設(shè)備，工控機(jī)作為上位機(jī)集中控制，上下位機(jī)之間通過(guò)通訊，把系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)、當(dāng)前給定通過(guò)上位機(jī)來(lái)綜合判斷，并通過(guò)上位機(jī)以漢化界面形式予以顯示，而下位機(jī)的變頻部分則實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓功能，plc實(shí)現(xiàn)4臺(tái)水泵機(jī)組邏輯控制和定期巡檢，及部分故障綜合報(bào)告。關(guān)鍵詞：生活和消防用水；恒壓；通訊 abstractthe main content of this thesis is the practice for using programmable logic controller(plc) and computer controller. the system combines the plc, computer controller, and automatic technology in order to control the living water supply and fire fighting water supply. the system is with the virtue of energy saving, smaller volume, lower investment, higher reliability and easier for maintenance and manage compared with the traditional water supply method with tower and bank.the system is based on the inner pid regulate function of frequency converter to regulate the living water stress with low constant stress, and the stress signal is sensed by the stress translator as feedback signal and the construction is sent by the computer as the given signal. the water stress is regulated to high constant stress when the fire happens. the system is also designed to supply the water by air pot with low flux at night when the demand of water decreases and pump is stopped. the design avoids the system working and pausing frequently and assures the system working with high efficiency a distributed control system is built based on the water supplying system and the fire fighting system. two abb frequency converters and a siemens programmable logic controller(plc) are with the lower-level computer and industry computer are with the host computer. the communication between with the host computer and low-level computer not only translate the system condition, but also send the control instruction. the system condition is shown with chinese window in the host computer, and the constant stress function is realized through the frequency converter part. the plc controls the system logic and check the system with constant period. the fault report is also given through plc.key words: water supply for living and fire fighting; constant stress; communication目 錄第1章 緒 論11.1 雙恒壓供水系統(tǒng)的目的和意義11.2 消防和生活供水的特點(diǎn)11.2.1 生活和消防供水方式的討論21.2.2 生活和消防供水的實(shí)現(xiàn)51.3 目前高樓的供水模式61.3.1 恒速泵直接供水61.3.2 高位水箱供水61.3.3 氣壓罐供水7第2章 方案設(shè)計(jì)82.1 控制系統(tǒng)的組成82.1.1 供水系統(tǒng)的組成82.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案功能總體說(shuō)明92.2恒壓供水系統(tǒng)的機(jī)理及調(diào)速泵的調(diào)速原理102.2.1 雙恒壓供水系統(tǒng)工作原理102.2.2 調(diào)速泵系統(tǒng)構(gòu)成122.2.3 雙恒壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)132.3變頻器142.3.1 變頻器輸入、輸出接口142.3.2 變頻調(diào)速恒壓系統(tǒng)的基本特點(diǎn)15第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)173.2 plc輸入、輸出i/o口分配173.2.1 輸入口173.2.2 輸出口183.3控制系統(tǒng)功能介紹193.4 恒壓系統(tǒng)plc流程圖193.5 控制系統(tǒng)編程的可靠性243.5.1優(yōu)先程序的設(shè)計(jì)253.5.2 故障檢測(cè)程序的設(shè)計(jì)253.5.3 聯(lián)鎖控制程序的設(shè)計(jì)26第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)284.1 概 論284.2通訊系統(tǒng)的總體構(gòu)成284.2.1 plc通訊程序294.3通訊控制協(xié)議344.3.1系統(tǒng)的通訊原理344.3.2 系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)354.4系統(tǒng)說(shuō)明37第5章 系統(tǒng)調(diào)試385.1變頻器的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定故障處理385.1.1變頻器有關(guān)參數(shù)設(shè)定385.1.2 裝置類(lèi)故障395.2 plc的調(diào)試40第6章 結(jié) 論42參考文獻(xiàn)43致 謝45附 錄46附 錄50iv第1章 緒 論隨著社會(huì)的高速發(fā)展，城市的高層建筑越來(lái)越多，高層建筑的供水愈加顯得重要。供水系統(tǒng)一旦失控，必將給人們的工作和生活帶來(lái)麻煩，甚至造成巨大損失，并且，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，由市政給水管網(wǎng)所提供的水壓一般滿(mǎn)足不了高層建筑給水及消防系統(tǒng)的要求。為此，設(shè)計(jì)一套安全、可靠、高質(zhì)量的生活、消防供水系統(tǒng)給高層建筑供水，己顯得迫在眉睫。1.1 雙恒壓供水系統(tǒng)的目的和意義變頻調(diào)速雙恒壓系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)雙恒壓系統(tǒng))，是現(xiàn)今高樓供水的一個(gè)新興的課題。首先，它把傳統(tǒng)的消防、生活兩套供水系統(tǒng)綜合在一個(gè)系統(tǒng)中，通過(guò)特殊的方法，兼顧生活、消防各自供水的特點(diǎn)和差異性，既能保證正常情況下高質(zhì)量生活供水，又能保證消防狀態(tài)下可靠的消防水源。其次，雙恒壓供水系統(tǒng)，能根據(jù)不同的季節(jié)，不同的供水時(shí)段，以及各種意外的情況做出反映，保證系統(tǒng)管網(wǎng)的恒壓，減少供水欠壓和過(guò)壓兩種不合理現(xiàn)象。改變了傳統(tǒng)的恒速泵，或水塔、水箱供水方式的缺點(diǎn);也避免了像水塔或水箱二次污染的可能，使設(shè)備和系統(tǒng)平穩(wěn)和可靠，同時(shí)節(jié)能顯著。此外，構(gòu)造這樣一個(gè)控制系統(tǒng)可減小占地面積，降低一次性投資，系統(tǒng)安全可靠，維修管理方便。本論文就如何構(gòu)筑這樣一個(gè)系統(tǒng)提出了一套較完備的方案，對(duì)此方案的實(shí)際運(yùn)用，做了較深入的理論探討，并結(jié)合工作實(shí)際，做了一套切實(shí)可行的系統(tǒng)。1.2 消防和生活供水的特點(diǎn)傳統(tǒng)的消防、生活供水方式是分別獨(dú)立的兩套系統(tǒng)，這樣既不經(jīng)濟(jì)又不合理，而且在真正發(fā)生火災(zāi)時(shí)，系統(tǒng)的可靠性使人置疑，并且人為地增加投資成本和運(yùn)行費(fèi)用。合理選擇給水系統(tǒng)對(duì)住宅給排水的設(shè)計(jì)尤為重要。中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)居住小區(qū)給排水設(shè)計(jì)規(guī)范 (cecs57:94)中明確規(guī)定:多層建筑居住小區(qū)，應(yīng)采用生活消防共用的給水系統(tǒng)。同樣，對(duì)于多層住宅建筑內(nèi)的生活給水與室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)的共用，則有利于給水系統(tǒng)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)化。多層住宅建筑的生活、消防給水系統(tǒng)的設(shè)置目的和運(yùn)行方式不同。消防用水必備但不常用，是應(yīng)急使用系統(tǒng)，力求簡(jiǎn)單，應(yīng)盡可能減少設(shè)備:生產(chǎn)(生活)用水是常用系統(tǒng)，但所需水量時(shí)大時(shí)小。如合理地采用加壓供水系統(tǒng)，并使消防、生活供水系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，則可以大大減少不必要的投資。1.2.1 生活和消防供水方式的討論1.多層住宅建筑生活、消防給水系統(tǒng)的設(shè)置特點(diǎn)根據(jù)建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(gbji 6-87)修訂本的規(guī)定:超過(guò)7層的單元式住宅，超過(guò)6層的塔式住宅、通廊式住宅、底層設(shè)有商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)的單元式住宅應(yīng)設(shè)室內(nèi)消防給水。故需設(shè)室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)的多層住宅建筑通常是指79層的居住建筑。多層住宅的生活給水系統(tǒng)常有市政直接給水、屋頂水箱給水、變頻泵或氣壓設(shè)備給水。生活給水系統(tǒng)的壓力不高，不必豎向分區(qū)。而79層的住宅建筑一般設(shè)有屋頂生活水箱，其生活、消防給水系統(tǒng)常采用水池水泵水箱給水方式。生活水池可以設(shè)在多層住宅的地下室內(nèi)，也可以集中設(shè)置在多層居住建筑的小區(qū)內(nèi)。另一種是采用水池變頻泵給水方式，屋頂可不設(shè)水箱。多層住宅內(nèi)的室內(nèi)消火栓用水是為5l/s。其生活用水量往往大于室內(nèi)消火栓用水量，特別是小區(qū)內(nèi)共用給水系統(tǒng)時(shí)，消防用水量占生活用水量很小的比例。但是，消火栓需要有一定的充實(shí)水柱，故消火栓給水的揚(yáng)程要高于生活給水。2.設(shè)水箱的多層住宅內(nèi)生活消防用給水系統(tǒng)這種給水方式是市政給水進(jìn)入生活水池后，由水泵提升到屋頂水箱，從屋頂水箱供給生活用水，消防給水的管網(wǎng)與生活給水管網(wǎng)共用，火災(zāi)時(shí)啟動(dòng)消防泵供水如圖1.1所示。圖1.1 設(shè)屋頂水箱的生活消防共用給水系統(tǒng)屋頂水箱內(nèi)儲(chǔ)存生活用水和每分鐘10立方米的消防用水，并分別與生活、消火栓管路相連。水泵采用3臺(tái)，一臺(tái)用于保證平時(shí)的生活給水，一臺(tái)用于保證消防給水，另一臺(tái)作為備用，它可以為生活或消防任何一臺(tái)的備用，其工作能力按生活、消防給水的最不利設(shè)計(jì)。生活水池在設(shè)計(jì)中除了考慮平時(shí)生活給水的貯水量要求外，還應(yīng)保證可靠的兩種進(jìn)水或設(shè)置滿(mǎn)足消防給水量的容積。采用這種給水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于節(jié)省投資，特別是可以滿(mǎn)足自來(lái)水部門(mén)對(duì)每棟住宅允許一根進(jìn)水管的要求，以利于管理。生活消防共用給水系統(tǒng)最適用于居住小區(qū)使用，其水泵可集中設(shè)置在室外或地下室。生活水泵的啟動(dòng)由屋頂水箱的水位控制。消防水泵的啟動(dòng)由消火栓旁的按鈕控制。由于生活消防共用了一套管網(wǎng)系統(tǒng)，按建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范中第8.6.3條的規(guī)定，“發(fā)生火災(zāi)后由消防水泵供給的消防用水，不應(yīng)進(jìn)入消防水處”。因此，該給水方式必須在消防時(shí)關(guān)閉屋頂水箱進(jìn)水管，由消防泵直接向消火栓供水。過(guò)去在屋頂水箱的進(jìn)水管路上設(shè)置電動(dòng)閥，在消防泵啟動(dòng)的同時(shí)關(guān)閉該電動(dòng)閥。然而，由于住宅電路來(lái)控制閥的開(kāi)啟往往不可靠?，F(xiàn)推薦采用一種水力驅(qū)動(dòng)的控制閥，暫稱(chēng)緊急關(guān)閉閥。它是利用生活、消防兩種給水工況的給水壓力不同，即消防給水的壓力要高于生活給水壓力，自動(dòng)控制水箱進(jìn)水的關(guān)閉。緊急關(guān)閉閥在平時(shí)低壓時(shí)，閥門(mén)處于常開(kāi)狀態(tài)，讓水流進(jìn)入水箱供應(yīng)生活用水;在消防高壓時(shí)，閥門(mén)緊急關(guān)閉，切斷屋頂水箱的進(jìn)水，保證消火栓用水的供應(yīng)。當(dāng)消防結(jié)束，壓力恢復(fù)到生活給水壓力時(shí)，閥門(mén)又處于常開(kāi)位置。緊急關(guān)閉閥是由壓差來(lái)控制啟閉的水力閥門(mén)。其啟閉壓差可以為0.03o.o5mpa。生活消防共用給水系統(tǒng)中該閥的壓力設(shè)定范圍可通過(guò)計(jì)算確定或現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。在設(shè)計(jì)中，還應(yīng)標(biāo)示出緊急關(guān)閉閥的方向，不得反裝，并應(yīng)與減壓閥一樣在緊急關(guān)閉閥前需設(shè)過(guò)濾器，還應(yīng)在其前后安裝閥門(mén)或蝶閥。在住宅建筑的安裝中，還須考慮防凍。圖1.2 不設(shè)屋頂水箱的生活消防共用給水系統(tǒng)3.不設(shè)水箱的多層住宅室內(nèi)生活消防共用給水系統(tǒng)如圖1.2所示，根據(jù)住宅設(shè)計(jì)規(guī)范利用同一套給水管網(wǎng)供生活和消防給水系統(tǒng)使用，不設(shè)屋頂水箱，采用變頻泵作為生活給水泵。不設(shè)屋頂水箱由變頻泵直接供水的給水方式，若再專(zhuān)設(shè)一只消防專(zhuān)用水箱在住宅頂部也不盡合理。這主要是因?yàn)椋捎谙琅c生活管網(wǎng)合在一起，消防專(zhuān)用水箱對(duì)生活的水質(zhì)衛(wèi)生不利，且不便管理維護(hù)，也給建筑的屋面處理帶來(lái)一定的困難。而這類(lèi)住宅不設(shè)消防水箱的做法與現(xiàn)行的建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范有一定的沖突。但是，根據(jù)79層住宅防火設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，結(jié)合所在地區(qū)的消防特點(diǎn)及滅火裝備，合理使用這種給水方式具有一定的意義。上海市消防局于1999年5月發(fā)布的住宅建筑設(shè)計(jì)防火暫行規(guī)定)中指出：“9層及9層以下的住宅采用小區(qū)變頻供水系統(tǒng)時(shí)，可不設(shè)屋頂消防水箱。當(dāng)消防與生活合用泵時(shí)，該泵的流量應(yīng)為生活消防用水量之和，變頻泵不低于二級(jí)負(fù)荷供電，這就為該系統(tǒng)的運(yùn)用創(chuàng)造了條件。4討論1)生活消防共用給水系統(tǒng)是一種技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行的給水方式從以上兩種類(lèi)型的共用給水系統(tǒng)分析，共用給水系統(tǒng)充分發(fā)揮了經(jīng)濟(jì)性，減少了住宅投資的成本。對(duì)于集中水泵房，在室外總體上僅設(shè)一路生活給水管，節(jié)省了建設(shè)費(fèi)用，且便于管理維護(hù)。在技術(shù)上，采用緊急關(guān)閉閥或變頻泵保證了生活，消防給水各自功能的發(fā)揮和可靠運(yùn)行。2)設(shè)或不設(shè)屋頂水箱給水方式的比較設(shè)置屋頂水箱能滿(mǎn)足消防初期給水的要求，符合現(xiàn)行的防火設(shè)計(jì)規(guī)范;通過(guò)緊急關(guān)閉閥的采用，保證了消防水系統(tǒng)技術(shù)的可靠，適合于住宅物業(yè)的維護(hù)管理。但是，消防水箱的設(shè)置并不一定能滿(mǎn)足最不利消火栓水壓和水量的需求，而且水箱設(shè)置高度還需滿(mǎn)足住宅設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)室內(nèi)分戶(hù)水表前的給水靜水壓力要求。同時(shí)，屋頂水箱的設(shè)置也增加了給水二次污染的機(jī)會(huì)。不設(shè)屋頂水箱的給水方式有利于生活給水，既能保證生活給水的水量、水壓，又能保證水質(zhì)的衛(wèi)生;但變頻控制對(duì)平時(shí)的管理提出了較高的要求，該給水系統(tǒng)需得到當(dāng)?shù)叵乐鞴懿块T(mén)的認(rèn)可。3)多層住宅生活消防共用給水系統(tǒng)應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題緊急關(guān)閉閥設(shè)置的位置應(yīng)在屋頂水箱進(jìn)水管的管路上。僅在變頻給水系統(tǒng)時(shí)，緊急關(guān)閉閥才可設(shè)在生活給水管的管路上。不設(shè)屋頂水箱的變頻共用給水系統(tǒng)中，水泵的流量應(yīng)滿(mǎn)足生活消防用水量之和。采用集中給水方式的生活消防共用給水系統(tǒng)，其工作壓力宜控制在0.4mpa以?xún)?nèi)，以保證室外加水管網(wǎng)的壓力不致太高。在消防時(shí)有可能出現(xiàn)超壓的地方，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行減壓。為保證消防給水系統(tǒng)的可靠度，系統(tǒng)的服務(wù)半徑不宜大于100120m。集中給水的水泵房宜設(shè)置在給水范圍的中央部位。當(dāng)然，多層住宅建筑也可采用設(shè)置集中消防給水而不設(shè)屋頂水箱的穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)。但室外總體的管路就要增加，且消防給水與生活給水管網(wǎng)的壓力不同，容易混淆。因此，多層住宅內(nèi)采用生活消防共用給水系統(tǒng)具有較大的優(yōu)越性。1.2.2 生活和消防供水的實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)由兩臺(tái)工頻水泵機(jī)組和兩套變頻控制系統(tǒng)組成，工頻泵組各根據(jù)負(fù)荷情況選定不同臺(tái)數(shù)的水泵及備用泵。1號(hào)泵組工作在高壓或低壓(雙恒壓)狀態(tài)，2號(hào)泵組工作在高壓狀態(tài)。備用泵均參與運(yùn)行，輪流備用。這樣就避免了長(zhǎng)期不使用水泵，發(fā)生水泵銹死的現(xiàn)象。平時(shí)生活用水由1號(hào)泵組供給，工作在低壓狀態(tài)下，保證給水管網(wǎng)末端用戶(hù)所需要的水壓和水量，同時(shí)保持消防管網(wǎng)的一定水壓和水量。保證了水質(zhì)的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和水量的穩(wěn)定性?；馂?zāi)時(shí)，根據(jù)消火栓的緊急按鈕指令或消防指令信號(hào)啟動(dòng)(手動(dòng)或自動(dòng))消防水泵(即此時(shí)備用泵也作為工作泵參與消防給水，所以備用泵實(shí)際上備于生活用于消防)。在啟動(dòng)消防泵的同時(shí)，消防泵的工作狀態(tài)也由低壓狀態(tài)轉(zhuǎn)入常高壓狀態(tài)下工作，保證消防管網(wǎng)消防所需要的水壓和水量。但為使此供水系統(tǒng)安全可靠，此供水系統(tǒng)要求有獨(dú)立的供電電源或獨(dú)立的供電回路，保證泵房給水的安全可靠，以保證火災(zāi)區(qū)斷電不斷水，同時(shí)該系統(tǒng)應(yīng)該用雙路自動(dòng)切換電源，以確保消防水泵的用電可靠安全。變頻調(diào)速恒壓供水用于高層建筑群和住宅小區(qū)，可節(jié)約設(shè)備投資，而且集中管理維護(hù)較為方便，既可靠又經(jīng)濟(jì)。此外，此供水方式和每幢樓有屋頂水箱或用氣壓罐給水方法比較，有許多優(yōu)點(diǎn)。用此方式供水，隨時(shí)都能保證消防管網(wǎng)所需要的水壓和水量，根據(jù)用水量大小自動(dòng)調(diào)節(jié)給水量、自動(dòng)增加或減少運(yùn)行工作泵，節(jié)省電力，壓力穩(wěn)定，不會(huì)有超壓或欠壓運(yùn)行的現(xiàn)象。備用泵參與運(yùn)行，可避免長(zhǎng)期不運(yùn)行而銹死。在變頻器發(fā)生故障時(shí)，能自動(dòng)切換到工頻供電繼續(xù)維持供水。水泵發(fā)生故障時(shí)，故障泵退出，備用泵自動(dòng)投入。不僅可以全自動(dòng)運(yùn)行，而且可以無(wú)人值守，方便維修管理。它還避免了原屋頂水箱里水質(zhì)的二次污染，減輕了建筑負(fù)荷，節(jié)省建筑造價(jià)，保持建筑結(jié)構(gòu)完美，節(jié)省使用空間等等。有利于開(kāi)發(fā)建設(shè)行業(yè)統(tǒng)一規(guī)劃，綜合管理，提高經(jīng)濟(jì)效益。1.3 目前高樓的供水模式對(duì)于居住高層住宅樓的給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的供水方式一般采用1.恒速泵直接供水;2.采用高位水箱供水;3.氣壓罐供水。1.3.1 恒速泵直接供水此方式是一種傳統(tǒng)的水系統(tǒng)供給方式，對(duì)于離心式機(jī)泵，過(guò)去常采用手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)控制閥、調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度來(lái)改變和調(diào)節(jié)流量，即用人為增減阻力的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。當(dāng)工藝需要小流量時(shí)，調(diào)小調(diào)節(jié)閥開(kāi)度機(jī)泵的能量大量損失在閥門(mén)和調(diào)節(jié)閥上(一般阻力降為0.020.5mpa)，浪費(fèi)了許多能量。而往復(fù)式機(jī)泵常通過(guò)備用機(jī)組、直流電機(jī)調(diào)速、旁路調(diào)節(jié)來(lái)適應(yīng)工況的波動(dòng)。但若備用機(jī)組頻繁啟停，可能會(huì)導(dǎo)致工況的振蕩，同時(shí)也會(huì)影響設(shè)備壽命和電網(wǎng)電壓。改變機(jī)泵的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量是最經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)手段，因?yàn)檗D(zhuǎn)速降低后，流量成比例下降，而功耗的下降是大于該比例的。但是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)受驅(qū)動(dòng)機(jī)的限制，采用直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速較為方便，但增加了整流裝置，而且直流電動(dòng)機(jī)價(jià)格昂貴。且兩者都有運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性較差、維修工作量大的缺點(diǎn)。恒速泵由于耗能不合理，控制方法的不足，適應(yīng)性差將逐漸被淘汰。1.3.2 高位水箱供水采用樓頂設(shè)高位水箱供生活用水的方式，雖較為安全可靠，設(shè)備、技術(shù)等方面也較成熟。然而，在后期給水系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)和管理過(guò)程中，此供水方式存在一些問(wèn)題。例如，由于屋頂水箱的材質(zhì)及表面防腐物質(zhì)的有機(jī)成分不同，造成水質(zhì)嚴(yán)重的二次污染;目前對(duì)水箱內(nèi)存水的消毒問(wèn)題并未得到較好的解決，水箱內(nèi)經(jīng)常還發(fā)現(xiàn)有死老鼠的情況;加之屋頂高位水箱的有效容積受建筑負(fù)荷限制，一般考慮只貯存10分鐘的消防用水量，高層建筑一旦發(fā)生為災(zāi)，靠水箱供應(yīng)撲滅火災(zāi)的消防水量，是遠(yuǎn)不夠的。如對(duì)于消防水泵長(zhǎng)期不使用，經(jīng)常發(fā)生銹死現(xiàn)象，消防管網(wǎng)中長(zhǎng)期存水而形成死水，對(duì)發(fā)生火災(zāi)時(shí)不利。故高層建筑的二次加壓供水設(shè)施高位水箱，給人們的生活和物業(yè)管理者帶來(lái)的問(wèn)題急需解決。高位水箱的供水系統(tǒng)，雖實(shí)際是一個(gè)壓力大致恒定的系統(tǒng)，這個(gè)壓力就是水位的高度。而管道的阻力特性卻是變化的，當(dāng)水的用戶(hù)多時(shí)，管道的阻力就相應(yīng)減少，反之則阻力增大，大大降低了生活供水質(zhì)量。雖然高位水箱供水由于運(yùn)行較為經(jīng)濟(jì)合理、適應(yīng)性強(qiáng)而被廣泛采用，目前國(guó)內(nèi)大部分高層建筑均采用此方式供水，但此方式存在著投資大、占用面積大二次污染等缺點(diǎn)。1.3.3 氣壓罐供水氣壓罐給水設(shè)備用于消防供水系統(tǒng)，在工程實(shí)踐中已屢見(jiàn)不鮮。氣壓罐在消防工程中的用途不外乎:一、其調(diào)節(jié)水量可滿(mǎn)足十分鐘消防初期用水量，從而替代屋頂水箱;二、作為增壓設(shè)施，以彌補(bǔ)高位水箱設(shè)置高度之不足即滿(mǎn)足大樓頂層消火栓處7m靜水壓要求;三、作為消防系統(tǒng)穩(wěn)壓用，啟停穩(wěn)壓泵及啟動(dòng)消防泵并發(fā)出火警訊號(hào)用。上述三種用途有一共同點(diǎn)，即均需貯存滿(mǎn)足規(guī)范要求的消防用水量。氣壓供水由于體積小、技術(shù)簡(jiǎn)單、不受高度限制等特點(diǎn)，近幾年來(lái)己在高層建筑中采用，但由于此方式存在著調(diào)節(jié)量小、水泵啟動(dòng)頻繁、對(duì)電器設(shè)備要求較高等缺點(diǎn)，因而使這種供水系統(tǒng)的發(fā)展受到限制。事實(shí)上要制造滿(mǎn)足貯存調(diào)節(jié)水量為18, 12, 6m2的氣壓水罐，在技術(shù)上是可以做得到的。但在實(shí)際工程中，由于受到建筑物內(nèi)場(chǎng)地限制而很難實(shí)現(xiàn)。為此廣大設(shè)計(jì)人員對(duì)氣壓水罐只用作增壓及穩(wěn)壓設(shè)施。綜上所述，高層建筑生活、消防給水人用系統(tǒng)，在解決了常規(guī)性技術(shù)問(wèn)題后優(yōu)點(diǎn)凸現(xiàn)。1生活消防共用給水系統(tǒng)是一種經(jīng)濟(jì)可行的給水方式，減少了投資的成本。對(duì)于集中水泵層，在室外總體上僅設(shè)一路生活給水管，節(jié)省了建設(shè)費(fèi)用，且便于管理維護(hù)。2設(shè)置屋頂水箱能滿(mǎn)足消防初期給水的要求，符合現(xiàn)行的防火設(shè)計(jì)規(guī)范;通過(guò)緊急關(guān)閉閥的采用，保證了消防給水系統(tǒng)的可靠，適合于住宅物業(yè)的維護(hù)管理。但是，消防水箱的設(shè)置并不一定能滿(mǎn)足最不利消火栓水壓和水量的需求，而且水箱設(shè)置高度還需滿(mǎn)足住宅設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)室內(nèi)分戶(hù)水表前的給水靜水壓力要求。同時(shí)，屋頂水箱的設(shè)置也增加了給水二次污染的機(jī)會(huì)。不設(shè)屋頂水箱的給水方式有利于生活給水，既能保證生活給水的水量、水壓，又能保證水質(zhì)的衛(wèi)生。第2章 方案設(shè)計(jì)2.1 控制系統(tǒng)的組成2.1.1 供水系統(tǒng)的組成如圖2.1所示，消防和生活是兩套獨(dú)立而互相聯(lián)系的兩個(gè)系統(tǒng)（每套系統(tǒng)由一臺(tái)變速泵和一臺(tái)恒速泵組成，同時(shí)生活泵組的恒速泵可作為消防泵的備用），被控量為消防和生活水管網(wǎng)的壓力信號(hào)?？刂葡到y(tǒng)包括:二套變頻器(消防和生活的變速泵):每套變速泵包括一臺(tái)變頻器，一臺(tái)交流電動(dòng)機(jī)，一臺(tái)水泵。一臺(tái)plc、一臺(tái)工控機(jī)。五臺(tái)單流控制閥，一臺(tái)電動(dòng)閘閥，一個(gè)小氣壓罐，二套壓力變送器。圖2.1系統(tǒng)構(gòu)成總圖2.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案功能總體說(shuō)明1.系統(tǒng)中共有4套電動(dòng)機(jī)控制回路，對(duì)應(yīng)4套水泵系統(tǒng)，分成兩組(每組一臺(tái)恒速泵一臺(tái)變頻泵)，分別對(duì)消防和生活水管網(wǎng)供水，其中生活恒速泵也作消防供水時(shí)的備用，一旦消防供水不足可以啟動(dòng)此泵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充;同時(shí)非消防狀態(tài)下的消防泵組，也參與與生活泵組的交替使用。2.整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)增設(shè)了氣壓罐，使供水加壓系統(tǒng)有一定的蓄能有力，當(dāng)用水量較大時(shí)，由生活調(diào)速泵進(jìn)行合理調(diào)速供水;而當(dāng)給水系統(tǒng)處于小流量時(shí)甚至接近零流量時(shí)(深夜等)，由小氣壓罐進(jìn)行給水，這樣可以使水泵運(yùn)行時(shí)盡可能減少多余的水頭，同時(shí)由于增設(shè)氣壓罐給消防初期的一部分供水提供了保障。3.此恒壓系統(tǒng)中，整個(gè)信息的反饋是靠2塊壓力變送器，在plc的配合下通過(guò)反饋回的壓力信號(hào)來(lái)調(diào)整當(dāng)前調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速，通過(guò)轉(zhuǎn)速的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的恒壓;同時(shí)由于系統(tǒng)的恒壓是雙恒壓系統(tǒng)(即在生活供水時(shí)恒壓為ho1，在消防狀態(tài)時(shí)恒壓為ho2)消防狀態(tài)下的水壓比平時(shí)生活供水壓力高得多，這之間控制就是依據(jù)plc和上位機(jī)(工控機(jī))根據(jù)當(dāng)前的狀況判定發(fā)生指令來(lái)實(shí)現(xiàn)的。4.變頻器和plc的聯(lián)系，是靠硬件電器來(lái)聯(lián)接的，具體參數(shù)的聯(lián)系都是與上位機(jī)的通訊來(lái)實(shí)現(xiàn)的，選用的s7-216plc和asc601變頻器均有內(nèi)置的rs485接口。5.在整個(gè)系統(tǒng)中由一臺(tái)工控機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行集中控制和操作，它是整個(gè)消防和調(diào)度的中心?，F(xiàn)場(chǎng)參數(shù)設(shè)定、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行數(shù)據(jù)都通過(guò)工控機(jī)進(jìn)行菜單式調(diào)用和設(shè)置。6.在生活管網(wǎng)和消防管網(wǎng)中有一個(gè)電動(dòng)閘閥把兩部分管網(wǎng)分隔開(kāi)來(lái)。其主要目的是:供水系統(tǒng)處于消防狀態(tài)(或巡狀態(tài))，把生活管網(wǎng)和消防管網(wǎng)獨(dú)立成兩套供水管網(wǎng)，使生活給水在此狀況下保證正常供給;平時(shí)電動(dòng)閘閥打開(kāi)，兩套管網(wǎng)合二為一，以生活供水壓力保持消防管網(wǎng)的壓力，使消防處于熱備用狀態(tài)。7.為了使系統(tǒng)兩套泵組能自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行，互為備用，雙恒壓系統(tǒng)水泵的選型，采用一致原則，即四臺(tái)水泵組選用一致。8.此系統(tǒng)額外增設(shè)了調(diào)速泵的手動(dòng)裝置(即在變頻或自動(dòng)失控時(shí))，可手動(dòng)投入此泵作共頻運(yùn)行。9.此系統(tǒng)考慮了雙電源供電，自動(dòng)序動(dòng)供電電源切換功能。10.由于消防系統(tǒng)的特殊性，要求本供水系統(tǒng)具有巡檢的功能(此功能是在自動(dòng)狀態(tài)下定時(shí)完成)，消防泵組在168小時(shí)內(nèi)要進(jìn)行自動(dòng)巡檢一次，故障狀態(tài)下要進(jìn)行報(bào)警提示，同時(shí)自動(dòng)投入狀態(tài)良好的水泵。2.2恒壓供水系統(tǒng)的機(jī)理及調(diào)速泵的調(diào)速原理2.2.1 雙恒壓供水系統(tǒng)工作原理1.雙恒壓工作原理為滿(mǎn)足生活用水按低恒壓值ho1供水，而消防時(shí)按高恒壓值ho2供水，可按生活和消防要求的流量和壓力分別設(shè)定ho1，和ho2在泵組投入運(yùn)行之前，生活氣壓罐進(jìn)行補(bǔ)氣;補(bǔ)氣壓力比系統(tǒng)壓力低0.02mpa,氣壓罐主要用于維持系統(tǒng)的必要壓力(ho1)。系統(tǒng)得到指令給生活管網(wǎng)供水，生活調(diào)速泵啟動(dòng)，壓力變送器將管網(wǎng)壓力轉(zhuǎn)變成420ma的電信號(hào)，送入變頻器的ai2- , ai2+口，通過(guò)a/d轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)和給定值(生活供水時(shí)為ho1)進(jìn)行比較，差值送入內(nèi)置pid進(jìn)行pid運(yùn)算，結(jié)果控制變頻器的頻率輸出，當(dāng)管網(wǎng)壓力h低于給定值(生活狀態(tài)下為ho1)時(shí)，差值為正，pid正向積分控制變頻器輸出，頻率增加，水泵加速，管網(wǎng)恒壓趨于ho1。反之，管網(wǎng)壓力高于給定值(ho1)時(shí)，差值為負(fù)，pid反向積分，變頻器輸了頻率降低，水泵減速，管網(wǎng)壓力h趨于ho1，以達(dá)到管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定。當(dāng)用水量不是很大時(shí)，一臺(tái)調(diào)速泵就能滿(mǎn)足供水，當(dāng)用水量大時(shí)，調(diào)速泵全速運(yùn)行也不能滿(mǎn)足管網(wǎng)壓力恒定，壓力的下限信號(hào)和變頻器的工頻信號(hào)同時(shí)被系統(tǒng)檢測(cè)到時(shí)，plc將自動(dòng)投入一臺(tái)恒速泵，增加供水一固定值，仍由調(diào)速泵調(diào)速恒壓。當(dāng)用水量減少時(shí)，首先表現(xiàn)為變頻器己工作在最低轉(zhuǎn)速下，這時(shí)壓力上限信號(hào)仍然存在。這時(shí)plc自動(dòng)控制恒速泵切除，由一臺(tái)變速泵給系統(tǒng)供水，以維持正常供水量。設(shè)備在運(yùn)行中，遇火情，由上位機(jī)(pc)發(fā)出高恒壓ho2的指示，系統(tǒng)即可轉(zhuǎn)入ho2高恒壓值給定來(lái)運(yùn)行，滿(mǎn)足消防用水的需要。從而實(shí)現(xiàn)了一套設(shè)備滿(mǎn)足兩種供水要求的雙恒壓供水設(shè)備。2.系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)構(gòu)成如圖2.2所示。整個(gè)系統(tǒng)由4臺(tái)水泵組成，分成生活泵組和消防泵組。生活泵組主要用于平時(shí)大樓生活用水供給，消防泵組用于消防狀態(tài)下的消防用水補(bǔ)給(同時(shí)生活泵組的恒速泵也作為消防泵組的恒速泵的備用)。生活泵組和消防泵組定時(shí)倒換，并互為備用。1)生活供水供水管上位機(jī)變頻內(nèi)置pid壓力傳感vvfplc接觸器組供水系統(tǒng)圖2.2變頻調(diào)速供水設(shè)備原理圖正常情況下，啟用一臺(tái)調(diào)速泵，給生活供水系統(tǒng)供水，當(dāng)用水量較大時(shí)，調(diào)速泵穩(wěn)不住生活管網(wǎng)壓力。啟用生活泵組的恒速泵，同時(shí)用調(diào)速泵進(jìn)行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓是利用管網(wǎng)的壓力反饋，利用變頻器內(nèi)置pid，綜合上位機(jī)下傳的給定壓力(ho1)作為給定，使系統(tǒng)管網(wǎng)穩(wěn)壓在ho1壓力上，當(dāng)生活管網(wǎng)用水量小時(shí)，恒速泵停止運(yùn)行(調(diào)速泵輸出頻率小于40hz時(shí)，恒速泵停止運(yùn)行)。管網(wǎng)壓力hho1），這時(shí)停止恒速泵，啟動(dòng)變速泵，給生活管網(wǎng)恒壓供水。當(dāng)生活供水于夜間運(yùn)行時(shí)，用水量極少，為避免調(diào)速泵頻繁啟停，采用氣壓罐進(jìn)行微量補(bǔ)水，停止調(diào)速泵。2)消防狀態(tài)當(dāng)由生活供水狀態(tài)轉(zhuǎn)入消防供水時(shí)，消防管網(wǎng)充滿(mǎn)ho2的水壓，關(guān)閉消防、生活管網(wǎng)之間的聯(lián)接電動(dòng)閘閥，同時(shí)啟動(dòng)消防泵組的調(diào)速泵和恒速泵，使消防管網(wǎng)迅速建立起ho2的高壓。變頻器的給定ho2是由上位機(jī)的下傳信號(hào)進(jìn)行給定，如消防用水特大的情況下，ho2不能保持，通過(guò)上位機(jī)控制plc，驅(qū)動(dòng)生活水的恒速泵以三臺(tái)水泵給消防管網(wǎng)供水。為保證變速泵的高效運(yùn)行，必須在變速泵工頻穩(wěn)不住壓力ho2的狀況下，延時(shí)啟動(dòng)后面的恒速泵組，如管網(wǎng)壓力超時(shí)超過(guò)ho2，則逐漸停用恒速泵，由調(diào)速泵保持恒壓。整個(gè)狀態(tài)的持續(xù)待火警信號(hào)解除，停止消防狀態(tài)下投用的恒速和變速泵組，打開(kāi)連接消防、生活管網(wǎng)的電動(dòng)閘閥。3)巡檢狀態(tài)為確保消防系統(tǒng)的可靠，定期消防水泵、泵組和備用泵組都要定期小時(shí)段投用，通過(guò)plc和上位機(jī)集中綜合判斷，以確定當(dāng)前設(shè)備的完好性。2.2.2 調(diào)速泵系統(tǒng)構(gòu)成從整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)壓來(lái)說(shuō)，全是由調(diào)速泵來(lái)實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的穩(wěn)壓和壓力調(diào)節(jié)的。1.系統(tǒng)構(gòu)成與設(shè)計(jì)變頻恒壓供水系統(tǒng)由控制柜，壓力傳感器，異步電動(dòng)機(jī)及水泵組成(如圖3.3)所示，由此構(gòu)成一個(gè)壓力負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。壓力傳感器將管道中的水壓值變換成電信號(hào)(420ma)，送入變頻器內(nèi)置pid比較，其偏差值經(jīng)控制運(yùn)算后，去控制變頻器的輸出頻率，通過(guò)上位機(jī)對(duì)當(dāng)前壓力信號(hào)的反應(yīng)，再由plc控制四臺(tái)水泵電機(jī)在工頻電網(wǎng)與變頻器輸出之間切換，改變四臺(tái)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)。2.控制部分是以德國(guó)siemens可編程序控制器s7-200為核心，實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集，巡檢綜合判定，控制輸出三個(gè)邏輯過(guò)程。電氣部分包括水泵電機(jī)，電動(dòng)閥門(mén)，變頻器的啟動(dòng)、停止，以及故障檢測(cè)，指示燈的控制，s7-200據(jù)有豐富的指令系統(tǒng)，并且依托step7-micro/dos良好的編程界面，很方便程序編制和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。3.傳動(dòng)裝置用了芬蘭abb公司生產(chǎn)的acs601變頻器，適用于異步電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速控制。該變頻器的輸出控制方式為恒v/f及1gbt大功率晶體管模塊。其優(yōu)點(diǎn)之一是具有高的切換頻率，可輸出低諧波分量的正弦波，在低速時(shí)電機(jī)有更大的輸出轉(zhuǎn)柜，降低電機(jī)的損耗和噪音，減少了電機(jī)運(yùn)行時(shí)的溫升。變頻器可將輸出頻率在控制范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，控制精度為o.1hz，從而達(dá)到電機(jī)依據(jù)負(fù)載的變化連續(xù)平滑調(diào)速，減輕了電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)抖動(dòng)。由于變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)軟起動(dòng)，降低電網(wǎng)的損耗提高了電機(jī)運(yùn)行時(shí)的cos中，以至于可以省去為改善功率因數(shù)的電容補(bǔ)償柜及相應(yīng)控制設(shè)備。acs601有內(nèi)置的rs485口可以實(shí)現(xiàn)同上位機(jī)的通訊。4.現(xiàn)場(chǎng)壓力選擇用2塊dby-121壓力變送器，量程分別為:00.75mpa和01.ompa，及2塊電接點(diǎn)壓力表量程為0.1ompa和0.6mpa。圖2.3 plc外部接線(xiàn)圖2.2.3 雙恒壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)1.由于本設(shè)計(jì)采用調(diào)速泵與氣壓罐配合使用，使供水加壓系統(tǒng)有一定的蓄能能力，當(dāng)用水量較大且變化不大時(shí)，由生活調(diào)速泵進(jìn)行合理調(diào)速進(jìn)水;而當(dāng)給水系統(tǒng)處于小流量甚至接近0流量時(shí)，由小氣罐進(jìn)行供水，這樣可以使水泵運(yùn)行時(shí)盡可能減少多余的水頭，又能在高效區(qū)運(yùn)行，使調(diào)速泵能充分發(fā)揮最好的節(jié)能效果。2.雙恒壓系統(tǒng)雖為消防泵組和生活泵組，但兩者的恒速泵和變速泵又互為備用，提高了系統(tǒng)可靠性的同時(shí)，又減少了占地面積和節(jié)省一次性投資。3.因?yàn)榘焉?、消防管網(wǎng)設(shè)計(jì)成分設(shè)又連通的系統(tǒng)，在兩管網(wǎng)的連通管和旁通管上分別加裝了一個(gè)單流閥和一個(gè)電動(dòng)閘閥。消防管網(wǎng)的高壓力(ho2)不會(huì)對(duì)生活管網(wǎng)產(chǎn)生影響;又使生活泵和消防泵可以共用備用泵。因氣壓罐與生活泵串連運(yùn)行，平時(shí)兩管網(wǎng)維持同一個(gè)低恒壓，消防時(shí)只須在生活供水的第一恒壓基礎(chǔ)上提高水頭，即成為第二恒壓系統(tǒng)。2.3變頻器近20年來(lái)，以功率晶體管gtr為逆變功率器件、8位微處理器為控制核心的按壓頻比u/f控制原理實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的變頻器，在性能和品種上出現(xiàn)了巨大的技術(shù)進(jìn)步。2.3.1 變頻器輸入、輸出接口本系統(tǒng)選用的變頻器為abb公司的acs601系統(tǒng)，針對(duì)本系統(tǒng)的應(yīng)用情況，可將變頻器端子上的信號(hào)分為(如圖2.4所示): 輸入信號(hào): 1控制變頻器運(yùn)行的啟停信號(hào)di1plc的kal。 2變頻器的壓力反饋信號(hào)ai2接遠(yuǎn)傳壓力表的反饋信號(hào)。 3r.s.t為電源輸入。 輸出信號(hào): 1ro1:為數(shù)字量輸出口，變頻器內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，進(jìn)行指示。 2ro2:為數(shù)字量輸出口，變頻器運(yùn)行指示。 3r03:為數(shù)字量輸出口，變頻器停止運(yùn)行指示。 4u、v、w為接三相異步電動(dòng)機(jī)。 通訊:本變頻器完成與上位機(jī)的頻率、電流、電壓、管網(wǎng)壓力、故障狀況，給定等參數(shù)進(jìn)行通訊，通過(guò)ndco的ch1, ch2口實(shí)現(xiàn)。 整個(gè)變頻器端子示意圖如附錄中變頻器接線(xiàn)圖。圖2.4變頻器的外部接線(xiàn)圖2.3.2 變頻調(diào)速恒壓系統(tǒng)的基本特點(diǎn)本論文設(shè)計(jì)變頻器調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有以下幾方面特點(diǎn):1.具有自動(dòng)/手動(dòng)雙運(yùn)行功能。自動(dòng)狀態(tài)下可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守自動(dòng)恒壓、自動(dòng)轉(zhuǎn)入消防供水狀態(tài);手動(dòng)狀態(tài)下可作不定期的檢查和緊急狀態(tài)下的緊急操作。2.具有雙電源供電，自動(dòng)/手動(dòng)供電電源切換功能。3.具有自動(dòng)定期巡檢功能，系統(tǒng)可靠性高。4.由于采用變頻調(diào)速恒壓，恒壓精度高，壓力變化小0.02mpa:節(jié)能效果顯著節(jié)電率在1 s%40%左右。5.消防供水或生活(生產(chǎn))供水中，任何一臺(tái)水泵出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)備用泵滿(mǎn)足供水。6.采用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)平滑調(diào)速，使交流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)能與直流調(diào)速系統(tǒng)媲美。7.多臺(tái)電機(jī)均能可靠地實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)電流過(guò)大對(duì)電網(wǎng)的影響，且大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。8.常壓運(yùn)行時(shí)，每?jī)杀媒惶婀ぷ鳎稍诓煌Ｋ闆r下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)、檢修，提高系統(tǒng)的可靠性。9.常壓?jiǎn)伪眠\(yùn)行，欠壓兩泵運(yùn)行，滿(mǎn)足節(jié)能需要。同時(shí)，與其它供水系統(tǒng)相比，具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：1)不設(shè)高位水箱、減輕建筑物負(fù)荷、節(jié)省基建投資、縮小施工工期。2)消除了水源再次污染的可能性。3)以變頻調(diào)速控制水壓、實(shí)現(xiàn)全天恒壓供水。4)消防供水響應(yīng)速度快、供水壓力均衡適量。5)自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守智能化運(yùn)行。6)設(shè)備使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)工作量小。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)該系統(tǒng)采用二級(jí)計(jì)算機(jī)控制方式，控制系統(tǒng)采用西門(mén)子公司生產(chǎn)的s7-216plc,輸入14點(diǎn)，輸出10點(diǎn)，均為數(shù)字化接口。在設(shè)計(jì)時(shí)，以充分利用plc的硬件、軟件資源為原則，在軟件設(shè)計(jì)與確定i/o點(diǎn)數(shù)時(shí)，可不局限于原有繼電器控制線(xiàn)路，而只保留直接面向人和設(shè)備的輸入/輸出點(diǎn)，省去一些中間環(huán)節(jié):軟件采用靈活的編程方式，主程序采用常規(guī)繼電器梯形圖指令設(shè)計(jì)。同時(shí)，由于設(shè)備上的主接觸器功率大，其線(xiàn)圈吸合瞬間電流大，而plc的輸出節(jié)點(diǎn)額定工作電流為2a，如果直接驅(qū)動(dòng)主接觸，勢(shì)必造成燒毀節(jié)點(diǎn)等不安全因素，為此我們?cè)谳敵龉?jié)點(diǎn)上加接了一個(gè)中間驅(qū)動(dòng)繼電器。3.2 plc輸入、輸出i/o口分配plc就是一種利用計(jì)算機(jī)原理為順序控制專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的、通用的、使用方便的裝置。plc和工控機(jī)目前的技術(shù)發(fā)展水平己大大超過(guò)其出現(xiàn)時(shí)技術(shù)水平，并各自定位在不同的層面。plc適合低成本自動(dòng)化項(xiàng)目和作為大型dos系統(tǒng)的i/o站，工控機(jī)在中規(guī)模小范圍自動(dòng)化工程中有很好的性能價(jià)格比。同時(shí)，plc和工控機(jī)在其技術(shù)發(fā)展的歷程中，為了適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的需要和用戶(hù)二次開(kāi)發(fā)的需要，都積極地發(fā)展高可靠性、網(wǎng)絡(luò)化和高性能的用戶(hù)開(kāi)發(fā)軟件方面的技術(shù)性能。下面對(duì)本系統(tǒng)采用的57-216 plc的輸入輸出口進(jìn)行介紹如圖3.1所示。3.2.1 輸入口km1, km2, km3, km4為1#, 2#調(diào)速泵分別在調(diào)速和工頻運(yùn)行下所對(duì)應(yīng)的接觸器，km5、km8為1#, 2#恒速泵的主接觸器。plc通過(guò)輸入的接觸器節(jié)點(diǎn)信號(hào)，可以判定4臺(tái)泵目前的運(yùn)行情況，再綜合plc的輸出指令，就可以判定目前泵組的良好狀況，此為硬件回路的判定方法(另一種方法是通過(guò)壓力反饋信號(hào)，在上位機(jī)進(jìn)行綜合判定)。plc的i0.6、i0.7為裝在管網(wǎng)的壓力接點(diǎn)信號(hào)(此壓力接點(diǎn)對(duì)生活管網(wǎng)的上、下限進(jìn)行限制)。此作為系統(tǒng)硬保護(hù)的一個(gè)措施，同時(shí)也是生活泵組倒換泵的一個(gè)依據(jù)。剩下的i1.0、i1.2和i1.4對(duì)應(yīng)生活、消防和復(fù)位的一個(gè)硬啟動(dòng)旋扭，分別作為系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行和復(fù)位的指令性信號(hào)。圖3.1 plc系統(tǒng)i/o接線(xiàn)圖3.2.2 輸出口輸出節(jié)點(diǎn)一共10個(gè)節(jié)點(diǎn)(除了指示燈)其它均通過(guò)中間繼電器去驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁線(xiàn)圈或蜂鳴器。o0.0 o0.5是分別由plc發(fā)出去驅(qū)動(dòng)水泵運(yùn)行的指令。o0.7和o1.1作為整個(gè)系統(tǒng)的故障報(bào)警指示(包括變頻器故障、現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)執(zhí)行指令的設(shè)備，以及火災(zāi))。 01.0為管網(wǎng)過(guò)度超壓時(shí)，打開(kāi)出水口的電動(dòng)閥，以防止爆管或其它事故。00.6和00.7作為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)閥門(mén)開(kāi)、關(guān)的輸出口。3.3控制系統(tǒng)功能介紹自動(dòng)巡檢功能正常情況下，由生活泵組就能滿(mǎn)足整座樓的生活用水，而消防泵則只處于熱備用狀態(tài)。但由于火災(zāi)的突發(fā)性，為保證消防泵組良好性，進(jìn)行定期的檢測(cè)消防泵組是非常必要的。此系統(tǒng)設(shè)定的巡檢周期為7天，即在7天內(nèi)要啟動(dòng)消防泵組一次。首先關(guān)閉生活和消防管網(wǎng)的聯(lián)接電動(dòng)閘閥，壓力給定信號(hào)轉(zhuǎn)入高給定(ho2)，由上位機(jī)根據(jù)消防管網(wǎng)反饋的壓力信號(hào)來(lái)判斷系統(tǒng)是否良好;同時(shí)plc也通過(guò)輸出指令和執(zhí)行km2. km8情況進(jìn)行系統(tǒng)良好狀況判別，如故障則報(bào)警提示。巡檢過(guò)程為每泵1.5分鐘。由于在巡檢過(guò)程中，消防管網(wǎng)無(wú)外泄水，所以穩(wěn)壓后要進(jìn)行超壓放水。定時(shí)交替運(yùn)行兩組泵互為備用，為保證系統(tǒng)的均衡運(yùn)行，兩泵組(良好狀態(tài)下)定期(48小時(shí))進(jìn)行平穩(wěn)切換(不發(fā)生壓力波動(dòng))，同時(shí)二臺(tái)調(diào)速泵互為備用，故障狀態(tài)下另一臺(tái)調(diào)速泵要自動(dòng)投入使用。綜合報(bào)警和蜂鳴提示在火警狀態(tài)或設(shè)備巡檢，檢測(cè)到設(shè)備故障或者上位機(jī)下傳的故障(管網(wǎng)穩(wěn)不住壓或變頻器故障)，plc o1.1口進(jìn)行報(bào)警指示?；鹁癄顟B(tài)啟動(dòng)消防在接到上位機(jī)下傳火警時(shí)，一是要啟動(dòng)火警報(bào)警，二是關(guān)閉電動(dòng)閘閥，三是啟動(dòng)消防泵組。若消防管網(wǎng)仍不能達(dá)到h02，則順序啟動(dòng)下一臺(tái)恒速泵。水泵的高效運(yùn)行控制生活狀態(tài)下，只有在調(diào)速泵滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)仍不能滿(mǎn)足管網(wǎng)壓力h01時(shí)才能啟動(dòng)恒速泵;反之，在調(diào)速泵能滿(mǎn)足系統(tǒng)壓力時(shí)，恒速泵退出運(yùn)行。在用水量小到不能滿(mǎn)足調(diào)速泵在最低值長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，停止調(diào)速泵，由氣壓罐補(bǔ)水(保證水泵永遠(yuǎn)在高效運(yùn)行)。3.4 恒壓系統(tǒng)plc流程圖在編制plc程序時(shí)遵循化整為零的方式。整個(gè)控制系統(tǒng)由一個(gè)主程序和4個(gè)子程組成。四個(gè)子程序分別完成4個(gè)功能塊，如圖3.2、圖3.3圖3.4、圖3.5所示。1.定時(shí)巡檢子程序(如圖3.2)在主程序中設(shè)置有一定時(shí)器t1 (設(shè)定時(shí)間168小時(shí))，計(jì)時(shí)時(shí)間到就調(diào)用此子程序，子程序完成的主要功能有:關(guān)閉生活和消防管網(wǎng)之間電動(dòng)閘閥，使兩供水系統(tǒng)分別獨(dú)立，防止消防管網(wǎng)的高壓hoe竄入生活管網(wǎng)，巡檢完后，開(kāi)啟此電動(dòng)閘閥。采用步進(jìn)方式啟動(dòng)恒速泵(每泵啟動(dòng)時(shí)間為1.5分鐘，同時(shí)配以消防泵組的調(diào)速泵) plc采取輸出指令和反饋接點(diǎn)比較的方式進(jìn)行設(shè)備良好狀況判定。若只有輸出指令，沒(méi)有反饋接點(diǎn)，則設(shè)備處于故障狀態(tài)，此時(shí)，對(duì)應(yīng)設(shè)備故障字置位，同時(shí)報(bào)警提示。步進(jìn)時(shí)用t6, t7進(jìn)行計(jì)時(shí)。在巡檢信號(hào)發(fā)出后30秒內(nèi)，上位機(jī)可以通過(guò)壓力是否建立到h02進(jìn)行系統(tǒng)判定，如不能建立，下傳plc報(bào)警指示。若在上位機(jī)判定，系統(tǒng)管網(wǎng)超壓，由plc驅(qū)動(dòng)超壓放水電磁閥放水(壓力恢復(fù)后關(guān)閥電磁閥)。巡檢完，清定檢計(jì)時(shí)器t1和步進(jìn)計(jì)時(shí)器t6, t7，并打生活、消防管網(wǎng)聯(lián)接電動(dòng)閥閘。圖3.2定時(shí)巡檢子程序流程圖2.消防狀態(tài)子程序(如圖3.3所示)當(dāng)主程序檢查到m405(消防標(biāo)志位由上位機(jī)清和置位)為1，說(shuō)明當(dāng)前狀態(tài)為消防狀態(tài)，啟動(dòng)消防狀態(tài)子程序，其主要功能有:迅速切斷生活、消防之間管網(wǎng)的電動(dòng)閘閥，并啟動(dòng)聲光報(bào)警。延時(shí)5秒，啟動(dòng)消防恒速泵，再延時(shí)5秒，啟動(dòng)消防變速泵，同時(shí)消防變速泵在上位機(jī)的指令下轉(zhuǎn)入ho2給定狀態(tài)，此定時(shí)器由t9, t10。進(jìn)行計(jì)時(shí)。上位機(jī)延時(shí)判定ho2是否建立，若ho2沒(méi)達(dá)到，則指令plc啟動(dòng)生活泵的恒速泵(反之，消防調(diào)速泵低于調(diào)速最低頻率，則停生活恒速泵)。消除火警后，清報(bào)警，延時(shí)關(guān)電動(dòng)閘閥，t9, t10。計(jì)時(shí)器清零。圖3.3消防狀況子程序流程圖3.非消防狀態(tài)下定時(shí)交替運(yùn)行泵組子程序(如圖3.4所示)主程序中毛(設(shè)定為48小時(shí))作為泵組交換的時(shí)間，計(jì)時(shí)到則交換泵組，調(diào)用此子程序，其功能如下:根據(jù)當(dāng)前泵組的良好狀態(tài)，確定下一周期運(yùn)行的水泵(一臺(tái)調(diào)速、一臺(tái)恒速)。啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的調(diào)速泵，停止另一臺(tái)調(diào)速泵。根據(jù)壓力低信號(hào)是否為1，確定是否投入下一周期運(yùn)行的恒速泵。4.高效運(yùn)行子程序(如圖3.5所示)此子程的主要功能為，保證水泵生活給水時(shí)盡量在工頻運(yùn)行，低流量時(shí)采用氣壓罐供生活水，子程序詳細(xì)如下:首先啟動(dòng)生活給水調(diào)速泵，判斷低壓接點(diǎn)i0.7是否為1i0.7為1的時(shí)候啟動(dòng)當(dāng)前置位運(yùn)行的恒速泵。判定高限接點(diǎn)i0.6是否為1(即系統(tǒng)超壓)。為1時(shí)，判定當(dāng)前恒速泵運(yùn)行否，若運(yùn)行停止恒速泵。若沒(méi)運(yùn)行(表明當(dāng)前用水量小)，停止調(diào)速泵。i0.6不為1，保持當(dāng)前輸出狀態(tài)。圖3.4定時(shí)運(yùn)行調(diào)速泵流程圖 圖3.5 高效運(yùn)行子程序圖5主程序(如圖3.6所示)主程序主要處理當(dāng)前各種輸入信號(hào)的掃描和系統(tǒng)計(jì)時(shí)，并作一些簡(jiǎn)單的處理，對(duì)應(yīng)的功能則調(diào)用相應(yīng)的子程序。 圖3.6 主程序流程圖3.5 控制系統(tǒng)編程的可靠性通常plc本身的可靠性非常高，在cpu監(jiān)控程序或操作系統(tǒng)中有較完整的自診斷程序;而plc外接的輸入、輸出元件，如電磁閥、接觸器等的故障率相對(duì)較突出。這些元件出現(xiàn)故障時(shí)plc不會(huì)自動(dòng)停機(jī)，直到故障造成的后果發(fā)生之后才會(huì)被發(fā)覺(jué)，但如果我們?cè)谲浖O(shè)計(jì)時(shí)，能充分考慮到可能發(fā)生的故障，能用錯(cuò)誤檢測(cè)程序或其它優(yōu)先程序在故障元件還沒(méi)有釀成設(shè)備