基于PLC的高層建筑供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、號(hào)要冃I 呂隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人們對(duì)供水質(zhì)量和供水可靠性提出了越來(lái)越 高的要求。日常用水對(duì)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(jì)性直接影響到小區(qū)住戶(hù)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(jiǎn) 單、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)合理等優(yōu)點(diǎn)，但存在基建投資大，維護(hù)不方便，啟動(dòng)電流大等缺點(diǎn)， 主要應(yīng)用于高層建筑?？谇暗墓┧绞匠咝Ч?jié)能、自動(dòng)可鼎的方向發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著 的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣圧縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)等 高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用。因此基于PLC （可編程控制器）的變頻調(diào)速恒壓供

2、水系 統(tǒng)，越來(lái)越受到人們的重視和青睞。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有供水系統(tǒng)的調(diào)研和分析，確定以 可幕性高、使用簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、編程靈活的丄控設(shè)備變頻器和PLC作為主要控 制設(shè)備來(lái)設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，并引入訃算機(jī)對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與 管理，保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。20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(bào)警水泵起?？刂扑眠\(yùn)行狀態(tài)顯示及過(guò)載報(bào)警水流、水壓狀態(tài)顯示累計(jì)各設(shè)備運(yùn)行時(shí)間并據(jù)此制定設(shè)備維護(hù)周期1.1.2給水設(shè)備監(jiān)控物理量液位信號(hào)1）控制液位2）報(bào)警液位3）指示液位4）液位信號(hào)壓力信號(hào)壓差信號(hào)流量信號(hào)溫度信號(hào)運(yùn)行狀態(tài)控制1.

3、1. 3建筑給水系統(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(dú)立設(shè)水箱和水泵，水泵集中設(shè)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(shè)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(gè)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(wú)水箱供水方式根據(jù)給水系統(tǒng)中用水量情況自動(dòng)改變水泵轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)

4、及原理1.2.1木課題供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本課題給水系統(tǒng)圖1.2.2木課題供水系統(tǒng)原理本次課程設(shè)計(jì)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(tái)水泵（均為恒速泵）, 在樓下設(shè)置水箱，根據(jù)用戶(hù)用水量控制泵的啟停。在高層用戶(hù)進(jìn)水總管道處設(shè)置水壓傳感器，當(dāng)傳感器為高壓（根據(jù)實(shí)際情 況設(shè)置）時(shí)，表明用戶(hù)較少，只開(kāi)啟任意一臺(tái)水泵，且為了設(shè)備的長(zhǎng)期運(yùn)行， 令這兩臺(tái)泵按一定周期交替啟停；當(dāng)傳感器為低壓（根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置）時(shí)， 表明用戶(hù)較多，另兩臺(tái)泵同時(shí)工作；并且在這兩臺(tái)泵各自管道上安裝水流開(kāi)關(guān)， 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(hù)區(qū)域

5、與高層工作原理完全相同在進(jìn)水管道同樣安裝水流開(kāi)關(guān)，以反饋進(jìn)水泵是否正常工作，如果異常立 即關(guān)閉泵。在此基礎(chǔ)上，所有泵均受水池液位的控制，水池液位設(shè)為高位報(bào)警、 低位報(bào)警、消火栓泵停泵液位，當(dāng)高位報(bào)警進(jìn)水泵立即停止工作；當(dāng)?shù)鸵何粓?bào) 警進(jìn)水泵馬上開(kāi)始工作；當(dāng)消火栓泵停泵液位報(bào)警，進(jìn)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(shè)計(jì)2. 1 PLC控制及其編程2. 1. 1 PLC 簡(jiǎn)介可編程控制器(Programmable Controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工 業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱(chēng)作可編程邏輯控制 (Programmable

6、 Logic Controller),簡(jiǎn)稱(chēng)PLC。它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏 輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展這種裝置的功能已經(jīng)大大的超過(guò)了邏輯控制的范圍。因 此，今天這種裝置稱(chēng)作可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)PC o但是為了避免與個(gè)人訃算機(jī) (Personal Computer)簡(jiǎn)稱(chēng)混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱(chēng)PLC?？删幊炭刂?器是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它是專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的訃算機(jī)。它具有豐富的輸 入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對(duì)某一具 體丄業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其碩件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根 據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制進(jìn)行選用配置。2. 1.2 PLC工作原理與特點(diǎn)P

7、LC工作時(shí)，總是從第一條指令開(kāi)始，按照用戶(hù)程序固有的順序逐條 執(zhí)行，直至用戶(hù)程序結(jié)束，然后再返回第一條指令，開(kāi)始新一輪的程序執(zhí)行過(guò)程。 PLC的掃描工作過(guò)程可分為以下三個(gè)工作過(guò)程：1、上電處理2、掃描過(guò)程3、故障處理PLC的特點(diǎn)：1) 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)2) 編程簡(jiǎn)單、使用方便3) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和投運(yùn)的工作量小4) 功能完善、通用性強(qiáng)5) 體積小、能耗低2. 1. 3 STEP 7Micro/WIN 編程軟件簡(jiǎn)介STEP 7Micro/WIN是專(zhuān)用于S7200系列PLC的編程軟件，在 Windows環(huán)境下運(yùn)行，其基本操作與標(biāo)準(zhǔn)Windows軟件內(nèi)似，具有操作簡(jiǎn)便、簡(jiǎn) 單易學(xué)的特點(diǎn)，

8、其為用戶(hù)編輯、調(diào)試和監(jiān)控應(yīng)用程序提供了良好環(huán)境，支持梯形 圖(LAD)、語(yǔ)句表(STL)和功能塊圖(FBD)三種PLC編程語(yǔ)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(guò)阿谿1進(jìn)水泵聶進(jìn)水陶的揑制，進(jìn)水泵打幵I0.0M0.0巳）111.3網(wǎng)谿2f氐液位報(bào)書(shū)關(guān)聞進(jìn)水泵11.2M0.0I_(丘)1I0.-1冋結(jié)4高液位報(bào)書(shū)11.2Q0.5I()號(hào)要阿絡(luò)6 高區(qū)用戶(hù)水泵的控制20阿絡(luò)7 打開(kāi)咼層水泵1阿絡(luò)5 計(jì)時(shí)C揑制高層兩水泵交替運(yùn)行時(shí)間）11.4T37*3000-T37INTONPT冋絡(luò)10后半段時(shí)間泵1復(fù)位 泵2置位M0.4T37I 洌 II

9、_( s )*15001MO.3R )1RS 11高層用尸水泵r打開(kāi)M0.1C10.1T I)11.4 MO. 3屈絡(luò)12高層用戶(hù)2水泵打開(kāi)M0.2C10.2T I)11.4 W0.4網(wǎng)絡(luò)43高層水泵1關(guān)閉（復(fù)位）10.4 M0.1TI巧1冋絡(luò)憶高層水泵2關(guān)閉（復(fù)位）10.5 M0.2TI（R ）1阿第15 地區(qū)用p水泵的控制H氐層水泵1置位11.7M0.5T M-C E1I0.6RS 16低層水泵2置位M0.61I07冋絡(luò)17計(jì)時(shí)（控制低層兩水泵交替運(yùn)行時(shí)間）11.6 T38T381 I |IlN TON+30 PT冋絡(luò)13前半段時(shí)間泵1置位,泵2復(fù)位T3811.6M0 7s)1M1.0R

10、)1冋絡(luò)19后半段時(shí)間泵2置位,泵愎位T38M1.01號(hào)要網(wǎng)貉20 低層水泵1打開(kāi)M0.5Q0.3T I1-()11.6 M0.7地層水泵2打開(kāi)M0.6Q0.4I1-()11.6 M1 0網(wǎng)絡(luò)22 低層水泵1關(guān)閉（復(fù)位）11.0M0.5TI盯1網(wǎng)絡(luò)23 低層水泵2關(guān)閉（復(fù)位）11.1M0.6TIR）1某高層建筑供水監(jiān)控系統(tǒng)I/O地址分配表名稱(chēng)類(lèi) 型地址名稱(chēng)類(lèi) 型地址進(jìn)水泵工作狀態(tài)輸入10.0高層用戶(hù)進(jìn)水端 壓力（高壓）輸入11.4進(jìn)水泵流量開(kāi)關(guān)輸 入10. 1髙層用戶(hù)進(jìn)水端 壓力（低壓）輸入11. 5高層水泵工作 狀態(tài)輸入10. 2低層用戶(hù)進(jìn)水端 壓力（高壓）輸 入11.6髙層水泵工作 狀態(tài)輸

11、 入10. 3低層用戶(hù)進(jìn)水端 壓力（低壓）輸 入11. 7高層水泵流疑 開(kāi)關(guān)輸入10.4進(jìn)水泵輸 出Q0. 0高層水泵流捲 開(kāi)關(guān)輸入10. 5髙層水泵輸出Q0. 1低層水泵工作 狀態(tài)輸 入10.6高層水泵輸出Q0. 2低層水泵工作 狀態(tài)輸入10. 7低層水泵輸出Q0. 3低層水泵流疑 開(kāi)關(guān)輸 入11.0低層水泵輸出Q0. 4低層水泵流捲 開(kāi)關(guān)輸 入11. 1髙位報(bào)警輸出Q0. 5水池髙液位輸 入11.2低位報(bào)警輸 出Q0. 6水池低液位輸 入11.3表21第三章系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)3. 1組態(tài)王簡(jiǎn)介組態(tài)王(KingView)是忖前國(guó)類(lèi)比較流行的一種國(guó)產(chǎn)自動(dòng)化通用組態(tài)軟件, 適合于中小規(guī)模工業(yè)監(jiān)控機(jī)，

12、價(jià)格低廉。組態(tài)王配有加密鎖，支持工程加密；驅(qū) 動(dòng)程序較為豐富，如支持DDE,板卡，OPC服務(wù)器，PLC,智能儀表，智能模塊等； 支持 ActiveX控件、配方管理、數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)、網(wǎng)絡(luò)功能、冗余功能。其擴(kuò)展性 強(qiáng)，可與管理計(jì)算機(jī)或控制計(jì)算機(jī)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(tái)， 具有功能圖形完善，界面一致友好，易學(xué)易用的特冬。該軟件包山工程管理器(ProjManager) x 工程瀏覽器(TouchExplore) % 畫(huà)面運(yùn)行系統(tǒng)(TouchVew) 三部分組成o ProjManager用于新建工程、工程管理，并能對(duì)已有工

13、程進(jìn)行搜索、 備份及有效恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字字典的導(dǎo)入和導(dǎo)岀。組態(tài)王主要用來(lái)組成監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。使現(xiàn)場(chǎng)的信息實(shí)時(shí)的傳遞到控制 室。保證現(xiàn)場(chǎng)操作人員和工廠(chǎng)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(chǎng)就可以獲得事實(shí)和歷史數(shù)據(jù)。優(yōu)化控制現(xiàn)場(chǎng)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(gè)應(yīng)用工程大致可分為以下兒個(gè)步驟：第一步：創(chuàng)建新工程，為工程創(chuàng)建一個(gè)H錄用來(lái)存放與工程相關(guān)的文件。第二步：定義硬件設(shè)備并添加工程變量，添加工程中需要的硬件設(shè)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(huà)面并定義動(dòng)畫(huà)連接，按照實(shí)際工程的要求繪制監(jiān)控畫(huà)面

14、并使靜態(tài)畫(huà)面隨著過(guò)程控制對(duì)象產(chǎn)生動(dòng)態(tài)效果。第四步:編寫(xiě)命令語(yǔ)言，通過(guò)腳本程序的編寫(xiě)以完成較復(fù)雜的操作上位控制。第五部：進(jìn)行運(yùn)行系統(tǒng)的配置，對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)、報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)記錄等進(jìn)行設(shè) 置，使系統(tǒng)完成用于現(xiàn)場(chǎng)前的必備工作。第六步：保存工程并運(yùn)行。3. 3本課題組態(tài)創(chuàng)建過(guò)程1、新建連接設(shè)備20設(shè)備配置向?qū)a(chǎn)廠(chǎng)家.設(shè)備名稱(chēng)、通訊方式設(shè)備配置呵導(dǎo)將輔助您完成設(shè)備的安裝20高級(jí)查找松臺(tái)西a:s:s:s:S.H.由由：曰：S5 Seri esS5系列S7-200 (MFI)S7-200 GT)S7-200 CTCP)S7-200系列自由口PPI十 S7-200系列（DP）您所選的設(shè)備 生產(chǎn)廠(chǎng)家：西門(mén)子 設(shè)-備

15、名稱(chēng)：釦-200樂(lè)列通信描述：PPI|下一步）取消圖3-12、新建畫(huà)面圖3-2號(hào)要| 確定 | 取消 I圖3-4203、新建變量戯水池桜便 $講水冏門(mén) 魴巡煉 劈鬲is用P泉1 爲(wèi)誰(shuí)用P泵2I協(xié)低雇用P泉2 暢低話(huà)P郭 胡火栓泉停泉負(fù)便 暢低便報(bào)咅暢水池;5便 冷於峽便 酗進(jìn)席工作 陽(yáng)說(shuō)水泉壷呈開(kāi)天 尬;5層水親1工作 面唐水泉2工任 暢;5層水親1克星牙關(guān) $?商15水泉2我呈開(kāi)天 薪低層水疾I工住 低E水泵2工任 輸?shù)蚲*SiSfi5r關(guān) !總底雇水泉2我呈開(kāi)天 尬驅(qū)用戶(hù)傳辭高伍暢低層用球醉能 I豺低層用PfgfS齟低（E內(nèi)葩22122i/oOZ31/0324I/0O25供水斑I/03S2

16、71/002S麗碗03)I/03$J31i/cS唸供水簸I/S33i/oO34供水簸I/03$?藥i/oO.%供水癥I/03?J務(wù)i/oO密供水簸I/03$?39r/oW.401/0341r/oW42I/03S43r/oW.441/03?45r/oW46I/OSK4?0 1 2 3 4 6S2 3C123458 7O14S8 7 w.w.w.co.w.w.a.IlIlmmmmmmromrtIlrlIlrlIl圖3-3定義變量定義變量:基本屈性 報(bào)警定文記錄和安全區(qū)號(hào)要?jiǎng)赢?huà)連接圖3-5最終結(jié)果顯示水池液位低于10時(shí)，消火栓泵停泵報(bào)警、低位報(bào)警且進(jìn)水泵打開(kāi)，所有高層、低層泵停止圖3-6水池液位介于

17、10到30之間，低位液位報(bào)警，且進(jìn)水泵打開(kāi)，高低區(qū)泵可起可停至鬲層用戶(hù)高層水壓倍實(shí)器至低層用戶(hù)低商國(guó)?醐低層水泵217離位報(bào)警低剛常消火悔豚報(bào)警ffl連水泵開(kāi)關(guān)高忌*泵歷關(guān)進(jìn)林高層木泵1開(kāi)關(guān)臃系泵3開(kāi)關(guān)低層木泵歷關(guān)進(jìn)糅某高層建筑供水系統(tǒng)創(chuàng)1 fl20圖3-7水池液位高于90時(shí)，進(jìn)水泵關(guān)閉至韻用戶(hù)J玄層殺泵1紳泵開(kāi)關(guān)1低?）徐3開(kāi)關(guān)創(chuàng)低層才;采2jf關(guān)消海碌報(bào)誓某高層建筑供水系統(tǒng):W I脫泵:I96號(hào)要圖3-8水池液位顯示編程：if （本站點(diǎn)進(jìn)水泵=1 & 本站點(diǎn)進(jìn)水閥門(mén)=1）本站點(diǎn)水池液位二本站點(diǎn)水池液位+4;if（本站點(diǎn)高層用戶(hù)泵1=1本站點(diǎn)高層用戶(hù)泵2=1）本站點(diǎn)水池液位二本站點(diǎn)水池液位-

18、4;if（本站點(diǎn)低層用戶(hù)泵3二二1本站點(diǎn)低層用戶(hù)泵2=1）本站點(diǎn)水池液位二本站點(diǎn)水池液位-4;）if（本站點(diǎn)水池液位=90）液位報(bào)警程序設(shè)訃：本站點(diǎn)高位報(bào)警二0;if（本站點(diǎn)水池液位90）本站點(diǎn)高位報(bào)警二1；if（本站點(diǎn)水池液位=10）本站點(diǎn)消火栓泵停泵液位二0 ；if（本站點(diǎn)水池液位10）本站點(diǎn)消火栓泵停泵液位二1 ；if（本站點(diǎn)水池液位=30）本站點(diǎn)低位報(bào)警二0;if（本站點(diǎn)水池液位30）本站點(diǎn)低位報(bào)警二1;當(dāng)高層（低層）水壓傳感器為高壓（自行設(shè)定）時(shí)，表明用戶(hù)較少，高層水 泵1、2 （低層水泵1、2）按一定周期交替啟停圖3-8當(dāng)高層（低層）水壓傳感器為低壓（自行設(shè)定）時(shí)，表明用戶(hù)較多，高

19、層水 泵1、2 （低層水泵1、2）全部啟動(dòng)圖3-9本次課程設(shè)計(jì)總體來(lái)說(shuō)還是比較成功的，從初期的方案設(shè)計(jì)到PLC程序設(shè)訃 以及最后組態(tài)與PLC結(jié)合，都很成功，通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步鞏固理論知識(shí)， 加深對(duì)建筑設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)理論知識(shí)的理解和對(duì)這些理論的實(shí)際應(yīng)用能力； 以前僅僅是理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，印象不是很深刻，尤其是對(duì)有些概念的理解，總是 感覺(jué)很模糊，理解不到位，但經(jīng)過(guò)課程設(shè)計(jì)，這些問(wèn)題得到了很大的解決，尤其 是加深了對(duì)建筑設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)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(xué)習(xí)梯形圖語(yǔ)言的速度，以及建立建筑設(shè)備自動(dòng)化控制 系統(tǒng)概念、積累工程現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)、培養(yǎng)動(dòng)手能力等方

20、面都有很大的幫助；同時(shí)也培 養(yǎng)查閱圖書(shū)資料、工具書(shū)的能力，培養(yǎng)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的獨(dú)立工作能力，學(xué) 會(huì)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理、編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和技術(shù)總結(jié)報(bào)告?？傮w比較成功，但同時(shí)也比較辛苦，也遇到了很多障礙，比如在編PLC程序 時(shí)，總是不能很好實(shí)現(xiàn)兩個(gè)水泵的交替運(yùn)行，最終在同學(xué)的幫助下，發(fā)現(xiàn)有兩點(diǎn) 原因：笫一.程序沒(méi)有在泵1置位時(shí)，給泵2復(fù)位，總是岀現(xiàn)其中一個(gè)泵不運(yùn)行; 第二、在計(jì)時(shí)器停止后，兩個(gè)泵未能很好復(fù)位。還有在進(jìn)行組態(tài)王與PLC通信時(shí)， 程序與組態(tài)都很完美，但總是通訊失敗，究其愿意，COM設(shè)置有問(wèn)題。歷時(shí)兩周時(shí)間，可以說(shuō)比較艱辛吧，畢竟PLC已經(jīng)學(xué)過(guò)快一年了，組態(tài)王還 是一個(gè)陌生的東西，得從頭學(xué)起，最后的課程設(shè)計(jì)論文更是熬到晚上三點(diǎn)鐘才弄 好，但是，我很享受這個(gè)過(guò)程，在解決問(wèn)題的同時(shí)，不僅學(xué)到的科學(xué)文