基于PLC的高層建筑供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、前 言隨著城市建設(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。目前的供水方式朝高效節(jié)能、自動(dòng)可靠的方向發(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、空氣壓縮機(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)速恒壓供水系統(tǒng)，越來越受到人們

2、的重視和青睞。通過對(duì)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(jiǎn)單、維護(hù)方便、編程靈活的工控設(shè)備變頻器和PLC作為主要控制設(shè)備來設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，并引入計(jì)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。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 1.1.3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(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)及原理1.2.

4、1本課題供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖上位機(jī)組態(tài)等報(bào)警、控制等量輸出故障、狀態(tài)等量輸入水泵機(jī)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(jī)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(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)用戶用水量控制泵的啟停。在高層用戶進(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)，表明用戶較少，只開啟任意一臺(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)，表明用戶較多，另兩臺(tái)泵同時(shí)工作；并且在

5、這兩臺(tái)泵各自管道上安裝水流開關(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。低層用戶區(qū)域與高層工作原理完全相同在進(jìn)水管道同樣安裝水流開關(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

6、應(yīng)用而設(shè)計(jì)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(jiǎn)稱PLC。它主要用來代替繼電器實(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(jiǎn)稱PC 。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC。可編程控制器是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)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)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制

7、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) PLC工作時(shí)，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(jié)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(gè)工作過程： 1、上電處理 2、掃描過程 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)Wi

8、ndows軟件內(nèi)似，具有操作簡(jiǎn)便、簡(jiǎn)單易學(xué)的特點(diǎn)，其為用戶編輯、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(jìn)水泵工作狀態(tài)輸入I0.0高層用戶進(jìn)水端壓力（高壓）輸入I1.4進(jìn)水泵流量開關(guān)輸入I0.1高層用戶進(jìn)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(jìn)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(jìn)水端壓力（低壓）輸入I1

9、.7高層水泵流量開關(guān)輸入I0.4進(jìn)水泵輸出Q0.0高層水泵流量開關(guān)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(guān)輸入I1.0低層水泵輸出Q0.4低層水泵流量開關(guān)輸入I1.1高位報(bào)警輸出Q0.5水池高液位輸入I1.2低位報(bào)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(shè)計(jì)3.1組態(tài)王簡(jiǎn)介組態(tài)王（KingView）是目前國(guó)類比較流行的一種國(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)，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,

10、智能儀表，智能模塊等；支持ActiveX控件、配方管理、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問、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)易用的特點(diǎn)。該軟件包由工程管理器（ProjManager）、工程瀏覽器（TouchExplore）、畫面運(yùn)行系統(tǒng)（TouchVew）三部分組成。ProjManager用于新建工程、工程管理，并能對(duì)已有工程進(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)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(chǎng)的信息實(shí)時(shí)的傳遞到控制室。保

11、證現(xiàn)場(chǎng)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(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幾個(gè)步驟：第一步：創(chuàng)建新工程，為工程創(chuàng)建一個(gè)目錄用來存放與工程相關(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：制作圖形畫面并定義動(dòng)畫連接，按照實(shí)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(duì)象產(chǎn)生動(dòng)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(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)

12、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)建過程1、新建連接設(shè)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(dòng)畫連接 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，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(bào)警，且進(jìn)水泵打開，高低區(qū)泵可起可停圖3-7水池液位高于90時(shí)，進(jìn)水泵關(guān)閉圖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=1)本站點(diǎn)水池液位=本站點(diǎn)水池液位+4;if(本站點(diǎn)高層用戶泵1=1 | 本站點(diǎn)

13、高層用戶泵2=1)本站點(diǎn)水池液位=本站點(diǎn)水池液位-4;if(本站點(diǎn)低層用戶泵3=1 | 本站點(diǎn)低層用戶泵2=1)本站點(diǎn)水池液位=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)計(jì)：本站點(diǎn)高位報(bào)警=0;if(本站點(diǎn)水池液位<90)本站點(diǎn)高位報(bào)警=1;if(本站點(diǎn)水池液位<=10)本站點(diǎn)消火栓泵停泵液位=0;if(本站點(diǎn)水池液位>10)本站點(diǎn)消火栓泵停泵液位=1;if(本站點(diǎn)水池液位<=30)本站點(diǎn)低位報(bào)警=0;if(本站點(diǎn)水池液位>30)本站點(diǎn)低位報(bào)警=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(dāng)高層（低層）水壓傳感器為低壓（自行設(shè)定）時(shí)，表明用戶較多，高層水泵1、2（低層水泵1、2）全部啟動(dòng)圖3-9總 結(jié)本次課程設(shè)計(jì)總體來說還是比較成功的，從初期的方案設(shè)計(jì)到PLC程序設(shè)計(jì)以及最后組態(tài)與PLC結(jié)合，都很成功，通過本次課程設(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，總是感覺很模糊，理解不到位，但經(jīng)過課程設(shè)計(jì)，這些問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

15、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)手能力等方面都有很大的幫助；同時(shí)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(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、編寫設(shè)計(jì)說明書和技術(shù)總結(jié)報(bào)告。總體比較成功，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:第一、程序沒有在泵1置位時(shí)，給泵2復(fù)位，總是出現(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)置有問題。歷時(shí)兩周時(shí)間，可以說

16、比較艱辛吧，畢竟PLC已經(jīng)學(xué)過快一年了，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)過程，在解決問題的同時(shí)，不僅學(xué)到的科學(xué)文化知識(shí)、鍛煉了解決問題的能力，更重要的是使同學(xué)之間的關(guān)系更加融洽，班級(jí)更加團(tuán)結(jié)。參考文獻(xiàn)1、電氣控制與PLC應(yīng)用 何波 中國(guó)電力出版社2、建筑設(shè)備自動(dòng)化 王可崇 人民出版社3、建筑電氣控制技術(shù) 馬小軍 機(jī)械工業(yè)出版社4、微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 潘新民 王燕 高等教育出版社5、電氣控制與PLC應(yīng)用 黃江峰 巫莉 中國(guó)電力出版社6 電氣工程師設(shè)計(jì)手冊(cè)致 謝首先衷心感謝我的課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師閆秀英老師和劉敏層老師！閆秀英老師善解人意、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、隨和大氣的治學(xué)態(tài)度與生活態(tài)度在平時(shí)上課過程當(dāng)中就深有體會(huì)，尤其是在智能小區(qū)規(guī)劃課程后期的分組完成各個(gè)子系統(tǒng)的工作當(dāng)中體現(xiàn)的淋漓盡致，在這次課設(shè)過程當(dāng)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(rèn)真無私的傳授學(xué)生科學(xué)文化知識(shí)為天職，而且也充分利用課間或課堂時(shí)間加強(qiáng)學(xué)生人文素質(zhì)的培養(yǎng)，給學(xué)生耳目一新的感覺，此外，在平時(shí)實(shí)驗(yàn)過程中劉老師總是很耐心，這在建筑設(shè)備自動(dòng)化第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)