智能建筑給排水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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1、CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 課程論文 題 目 智能建筑給排水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 陳山雷 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 王擊 學(xué) 院 信息科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè) 自動(dòng)化 完成時(shí)間 2013.11.13摘要隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息通信技術(shù)等電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展、進(jìn)步，建筑物中設(shè)備的自動(dòng)化程度越來越高。同時(shí)，隨著城市建設(shè)步伐的加快越來越多的高層建筑為城市增添了現(xiàn)代化氣息。智能建筑技術(shù)正是在這樣的背景下得到蓬勃發(fā)展的，本文在討論智能建筑的基礎(chǔ)上，對(duì)一幢二十六層綜合樓，樓高81m的建筑的給排水控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。針對(duì)該高層商住樓用水，結(jié)合智能建筑的特點(diǎn)，對(duì)該建筑的給水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)，進(jìn)行了

2、初步探討。給排水系統(tǒng)主要由水泵、水池、電機(jī)及閥門等組成。采用變頻器進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，采用可編程邏輯控制器進(jìn)行邏輯控制。變頻器、可編程邏輯控制器作為系統(tǒng)控制的核心部件，時(shí)刻跟隨管網(wǎng)壓力與給定壓力的偏差變化，經(jīng)變頻器內(nèi)部PID運(yùn)算，通過可編程控制器控制，變頻和工頻，自動(dòng)控制水泵投入的臺(tái)數(shù)和電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)恒壓變量供水，在保持恒壓下達(dá)到控制流量的目的。給排水系統(tǒng)的監(jiān)控是通過計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)中的各種水位、水泵工作狀態(tài)和管網(wǎng)壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，按照一定要求控制水泵的運(yùn)行方式、臺(tái)數(shù)和相應(yīng)閥門的動(dòng)作，以達(dá)到需水量和供水量之間的平衡、污水的及時(shí)排放，實(shí)現(xiàn)水泵高效、低耗的最優(yōu)化控制，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的；并對(duì)給排

3、水系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行集中管理，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。 當(dāng)需水量減小時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，水泵出口流量減少，否則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)高。排水系統(tǒng)中污水處理池、污(廢)水集水井的液位由高低液位顯示及越限報(bào)警來提醒。水泵過載報(bào)警監(jiān)視水泵的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)水泵出現(xiàn)過載時(shí)停機(jī)并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 在本設(shè)計(jì)中，主要內(nèi)容包括給水系統(tǒng)，排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其中給水系統(tǒng)中采用恒壓變頻供水方式，水源是城市供水管網(wǎng)。關(guān)鍵詞：智能建筑；給水系統(tǒng)；排水系統(tǒng)；變頻調(diào)器；PLC。AbstractWith computer technology, information and communication technology, electronics a

4、nd information technology continues to evolve, progress, building higher and higher degree of automation equipment. Meanwhile, with the accelerated pace of the city, more and more high-rise building for the city added a modern flavor. Intelligent building technology is in this context are booming.In

5、 this paper, the discussion of intelligent building based on the Building on a twenty-six, against the high-level commercial and residential water use, combined with intelligent building features, the construction of water supply system, drainage system, were discussed. Water supply and drainage sys

6、tem consists of pumps, tanks, motors and valves and other components. Inverter is used for pressure regulation, using the programmable logic controller logic control. Converter, programmable logic controller as the core components of system control, always follow the pipe network pressure and the de

7、viation of a given pressure change, The drive within the PID operation, programmable controller, frequency, and frequency, Automatic control the Number of units into the pump and motor speed, Constant Pressure to achieve closed-loop automatic adjustment of water supply, Maintaining constant pressure

8、 to control flow purposes. Monitoring of water supply and drainage system is through a variety of computer systems. According to certain requirements controlling the pump operation mode, Timely discharge of sewage, low consumption of optimal control, to achieve the purpose of economic operation; Wat

9、er supply and drainage system and centralized management of devices, ensure reliable operation.When water demand is reduced, the motor speed reduction .pump outlet flow reduction .otherwise, the motor speed increases. Drainage system and sewage treatment pond, Sewage (waste) water wells set by the l

10、evel of liquid level indicators and the more limited the alarm to alert. Overload occurs when the pump shut down And an alarm signal.In this design, the main contents include water supply system, drainage system design water supply system which uses constant frequency of water supply.Keywords: Intel

11、ligent building; Water supply system; Drainage system; Frequency modem; plc第1章 緒論1.1智能建筑1.1.1智能建筑的概念及特點(diǎn)1、智能建筑的概念“智能建筑”一詞，誕生于20世紀(jì)80年代初，它是信息時(shí)代的必然產(chǎn)物。美國(guó)智能建筑學(xué)會(huì)定義“智能建筑”是將結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)及運(yùn)營(yíng)相互聯(lián)系全面綜合，并達(dá)到最佳組合，所獲得的高效率、高功能與高舒適性的大樓。從發(fā)展的角度來看，應(yīng)強(qiáng)調(diào)智能大廈是多學(xué)科、多技術(shù)系統(tǒng)集成的特點(diǎn)，即智能建筑是指利用系統(tǒng)集成的方法，將智能計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)與建筑藝術(shù)有機(jī)結(jié)合，通過對(duì)設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控，

12、對(duì)信息資源的管理和對(duì)使用者的信息服務(wù)及其與建筑物的優(yōu)化組合，獲得投資合理、適合信息社會(huì)需要并且具有安全、高效、舒適、便利和靈活特點(diǎn)的建筑物。 “智能建筑”結(jié)構(gòu)圖如下圖1.1所示，因此，智能建筑又被稱3A建筑.OASBASCAS圖1.1智能建筑結(jié)構(gòu)圖 OAS-辦公自動(dòng)化系統(tǒng)BAS-建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)CNS-通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)2、智能建筑的特點(diǎn)(1)智能建筑創(chuàng)造了安全、健康、舒適宜人和能提高工作效率的辦公和居住環(huán)境；(2)節(jié)能：利用最新技術(shù)節(jié)約能源；(3)能滿足多種用戶對(duì)不同環(huán)境功能的要求；(4)現(xiàn)代技術(shù)化的通信手段與辦公條件。1.1.2智能建筑在世界的發(fā)展以及應(yīng)用上世紀(jì)80年代后期，智能建筑風(fēng)靡全球，

13、這主要是代表電子技術(shù)的計(jì)算機(jī)、通訊、控制三項(xiàng)技術(shù)在樓宇自動(dòng)化、通訊網(wǎng)絡(luò)以及它們的系統(tǒng)集成方面有了飛躍的發(fā)展。無論從硬件、軟件到集成技術(shù)都有顯著的進(jìn)步，加上上個(gè)世紀(jì)90年代初，國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)在世間迅速普及和應(yīng)用，人們對(duì)建筑功能的要求愈來愈高，同時(shí)高新科技能為人們提供更安全、更高效、更舒適、更便捷的環(huán)境。一個(gè)蓬蓬勃勃的建筑智能化的普及高潮業(yè)已在全球形成。1.1.3智能建筑在我國(guó)的發(fā)展及應(yīng)用智能建筑進(jìn)入我國(guó)技術(shù)領(lǐng)域大體上是在上個(gè)世紀(jì)80年代中期以后，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所就曾進(jìn)行了“智能化辦公大樓可行性研究”，對(duì)智能辦公大樓的發(fā)展進(jìn)行了探討。智能建筑真正的普及和推廣是在1992年改革開放的大潮中興起的

14、房地產(chǎn)熱潮，由此興起的我國(guó)智能建筑發(fā)展迅速，呈現(xiàn)巨大的市場(chǎng)潛力，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。隨著通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等在我國(guó)的迅速發(fā)展，智能建筑在各方面也有很大的提高。據(jù)有關(guān)資料顯示，目前智能建筑的投資約占總投資的5-8，有的可達(dá)到10.智能建筑的真正意義在于滿足用戶需要。1.2變頻器1.2.1變頻器的概念變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻調(diào)速器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流

15、電再逆成交流電。變頻調(diào)速器（frequency changer / frequency converter）是一種用來改變交流電頻率的電氣設(shè)備。此外，它還具有改變交流電電壓的輔助功能。1.2.2變頻器的原理變頻調(diào)速的基本原理異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為：n0=60f1p改變異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率，可以改變其同步轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)行。式中，n0同步轉(zhuǎn)速(r/min)； f1定子頻率(Hz)； p磁極對(duì)數(shù)。而異步電動(dòng)機(jī)的軸上輸出的轉(zhuǎn)速為n=n0(1-s)= 60f1/p(1-s)式中 s異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率，s= (n0-n)/n01.2.3變頻器的應(yīng)用這里主要介紹變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)

16、用。恒壓供水是指不管用戶端用水量大小，總保持管網(wǎng)中水壓基本恒定，這樣既可滿足用戶對(duì)水的需求，又不使電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)而造成電能浪費(fèi)。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，需要變頻器根據(jù)給定壓力信號(hào)和反饋壓力信號(hào)來調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，從而控制管網(wǎng)中水壓恒定。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)均為閉環(huán)系統(tǒng)，用PLC方式控制。有的系統(tǒng)供水管網(wǎng)比較大，所控制的水泵臺(tái)數(shù)也比較多，則可采取總線控制方式，在系統(tǒng)內(nèi)形成局域網(wǎng)，以提高自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率。1.2.4變頻調(diào)速技術(shù)變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)重要發(fā)展方向，隨著電力電子技術(shù)，微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論在交流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，變頻交流調(diào)速已逐漸取代了過去的滑差調(diào)速,變極調(diào)速，直流調(diào)速等調(diào)速系統(tǒng)，越來越

17、廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活的許多領(lǐng)域。1.3 PLC1.3.1概念PLC：工業(yè)用計(jì)算、控制裝置，實(shí)現(xiàn)邏輯、時(shí)序、計(jì)算等控制功能，一般作為整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的上位主機(jī)。1.3.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展1969年美國(guó)成功研制了第一臺(tái)可編程序控制器PDP14，20世紀(jì)80年代中期到20世紀(jì)90年代中期，超大規(guī)模集成電路使PLC完全計(jì)算機(jī)化。CPU開始采用32位微處理器，數(shù)學(xué)運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理能力大大提高，增加了運(yùn)算控制，PID控制。聯(lián)網(wǎng)能力加強(qiáng)PLC向標(biāo)準(zhǔn)化，系列化發(fā)展。20世紀(jì)90年代中期至今。主要特點(diǎn)：CPU使用16位和32位微處理器，運(yùn)算速度更快，具有大批量數(shù)據(jù)處理能力，出現(xiàn)了智能化模塊，可以對(duì)

18、各種復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行控制。編程語言除了梯形圖和語句表語言之外，還增加了高級(jí)語言。同計(jì)算機(jī)的發(fā)展類似，目前PLC正朝著小型、簡(jiǎn)易、價(jià)格低廉的方向發(fā)展。1.3.3 PLC的特點(diǎn)1 、可靠性高PLC平均無故障時(shí)間可以達(dá)到30萬小時(shí)（約34年）?？梢院敛豢鋸埖卣f，到目前為止沒有任何一種工業(yè)控制設(shè)備可以達(dá)到PLC這樣高的可靠性。 隨著器件水平的提高，PLC的可靠性還在繼續(xù)提高尤其是近來開發(fā)出的多機(jī)冗余系統(tǒng)和表決系統(tǒng)則更進(jìn)一步增加了PLC的可靠性。2、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)PLC具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，可應(yīng)用于十分惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。電源瞬間斷電的情況下，仍可正常工作，具有很強(qiáng)的抗空間電磁干擾的能力，可以抗峰值高達(dá)1000V

19、、脈寬10微秒的矩形波空間電磁干擾，具有良好的抗振能力和抗沖擊能力。一般對(duì)環(huán)境溫度要求不高，在環(huán)境溫度-2065、相對(duì)濕度為3585情況下都可正常工作。3、靈活通用在完成一個(gè)控制任務(wù)時(shí)，PLC具有很高的靈活性。首先，PLC產(chǎn)品已經(jīng)系列化，結(jié)構(gòu)形式多種多樣，在機(jī)型上有很大的選擇余地。其次，同一機(jī)型的PLC其硬件構(gòu)成具有很大的靈活性，用戶可以根據(jù)不同任務(wù)的要求，選擇不同類型的輸入輸出模塊或特殊功能模塊組成不同硬件結(jié)構(gòu)的控制裝置。再者，PLC是利用應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)控制的，在應(yīng)用程序編制上有較大的靈活性。在實(shí)現(xiàn)不同的控制任務(wù)時(shí)，PLC具有良好的通用性。4、 使用方便、維護(hù)簡(jiǎn)單PLC控制的輸入模塊、輸出模塊

20、、特殊功能模塊都具有即插即卸功能，連接十分容易。對(duì)于邏輯信號(hào)，輸入和輸出采用開關(guān)方式，不需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)放大；對(duì)于模擬信號(hào)，輸入和輸出采用傳感器、儀表和驅(qū)動(dòng)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。PLC的各個(gè)輸入和輸出模塊與外部設(shè)備的連接十分簡(jiǎn)單。5、 PLC具有監(jiān)控功能。利用編程器或監(jiān)視器可以對(duì)PLC的運(yùn)行狀態(tài)、內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視或修改。PLC控制系統(tǒng)的維護(hù)非常簡(jiǎn)單。利用PLC的診斷功能和監(jiān)控功能，可以迅速查找到故障點(diǎn)，對(duì)大多數(shù)故障都可以及時(shí)予以排除。第2章設(shè)計(jì)方案2.1工程概況假設(shè)該智能建筑共有27層，地上26層，地下1層。建筑總高度為81米。地下室是設(shè)備用房，用作泵房和修建水池，地下室地面標(biāo)高為 -3.9米

21、，12層是裙房，作為商業(yè)場(chǎng)所使用。1層3.9米高，2層5.1米，326層為單元式住宅，層高3.0米，每層11戶。3層：其中4戶是兩室一廳，一個(gè)廚房，一個(gè)衛(wèi)生間和一個(gè)陽(yáng)臺(tái)；其中6戶為三室一廳，一個(gè)廚房，兩個(gè)衛(wèi)生間和一個(gè)陽(yáng)臺(tái)；1戶為一室一廳，一個(gè)廚房和一個(gè)衛(wèi)生間。除上述戶型外還有個(gè)門廳和值班室。426層：其中4戶是兩室一廳，一個(gè)廚房，一個(gè)衛(wèi)生間和一個(gè)陽(yáng)臺(tái)；其中7戶為三室一廳，一個(gè)廚房，兩個(gè)衛(wèi)生間和一個(gè)陽(yáng)臺(tái)。廚房?jī)?nèi)設(shè)廚房洗滌盆1個(gè)，衛(wèi)生間內(nèi)設(shè)浴盆1個(gè)，低位水箱坐便器1個(gè)，洗臉盆1個(gè)。每戶設(shè)分戶水表，共用水表箱設(shè)在走廊內(nèi)。室外常年可保證的市政水壓為400kPa。本系統(tǒng)用給水泵3臺(tái)，其中兩臺(tái)自動(dòng)切換使用

22、，另外一臺(tái)泵用，排水泵3臺(tái)兩用一備。2.2所用控制方法的選用隨著城市建筑步入高層化發(fā)展，生活用水、消防用水等對(duì)供水配套裝置提出了更高的要求。由于公共自來水網(wǎng)水壓不足等原因，往往會(huì)使得用戶端水壓過低達(dá)不到要求。一般來說解決辦法有，增加供水泵站的壓力或采用末端增壓技術(shù)。前者涉及面太大，相比較而言，后者可行，常用的手段有儲(chǔ)氣罐式增壓供水、變頻調(diào)速恒壓供水。儲(chǔ)氣罐式供水一次投入較低，但存在著壓力不穩(wěn)定、氣包需定期充氣、壓力容器易產(chǎn)生危險(xiǎn)等缺點(diǎn)。目前已逐步被變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備所取代。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備采用國(guó)際上成熟的變頻調(diào)速技術(shù)，具有水壓穩(wěn)定、維護(hù)方便、運(yùn)行費(fèi)用低、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。供水壓力隨水流量的變化

23、而變化，供水系統(tǒng)的水流量受水消耗量的控制。為保證建筑內(nèi)的供水要求：安全、穩(wěn)定。即既要有足夠的水量，又要有良好的水質(zhì)和穩(wěn)定適宜的水壓。故選用變頻調(diào)速恒壓供水。2.3主要研究?jī)?nèi)容智能建筑是計(jì)算機(jī)和信息處理等高技術(shù)與建筑藝術(shù)的有機(jī)結(jié)合。綜合型智能建筑由三大基本要素構(gòu)成，即辦公自動(dòng)化系統(tǒng)(OAS)，建筑設(shè)各自動(dòng)化系統(tǒng)(BAS)和通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(CNS)，這三大要素也稱之為3A系統(tǒng)。建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)保證機(jī)電設(shè)備和安全管理的自動(dòng)化，對(duì)樓宇溫度、濕度、含氧量與照明度等參數(shù)值進(jìn)行測(cè)量，并按照使用者要求迅速實(shí)施調(diào)節(jié)和綜合管理，為用戶提供舒適宜人的室內(nèi)環(huán)境和可靠的安全保障。給排水系統(tǒng)屬建筑設(shè)備管理自動(dòng)化系統(tǒng)的一部

24、分，要求其運(yùn)行安全可靠，實(shí)現(xiàn)水泵最佳運(yùn)行控制。因此，本設(shè)計(jì)只對(duì)給水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)進(jìn)行研究。第3章 給水系統(tǒng)3.1概念及組成3.1.1概念給水系統(tǒng)：通過管道及輔助設(shè)備，按照建筑物和用戶的生產(chǎn)、生活和消防需要，有組織地輸送到用水點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)稱為給水系統(tǒng)，包括生活給水系統(tǒng)、生產(chǎn)給水系統(tǒng)和消防給水系統(tǒng)。3.1.2給水系統(tǒng)的組成給水模擬系統(tǒng)組成示意如下圖3.1所示：市網(wǎng)自來水水流開關(guān)液位計(jì)m電磁閥生活用水壓力變送器三通閥水泵止回閥蓄水池變頻調(diào)速器壓差開關(guān)3.1給水系統(tǒng)示意圖由蓄水池、液位計(jì)、電磁閥、水泵、電機(jī)、止回閥、三通閥、壓力變送器、變頻調(diào)速器、壓差開關(guān)等組成。下面對(duì)其中一些器件進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。1、止回閥

25、（1）定義：止回閥是指依靠介質(zhì)本身流動(dòng)而自動(dòng)開、閉閥瓣，用來防止介質(zhì)倒流的閥門，又稱逆止閥、單向閥、逆流閥、和背壓閥。（2）作用：止回閥屬于一種自動(dòng)閥門，其主要作用是防止介質(zhì)倒流、防止泵及驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，以及容器介質(zhì)的泄放。止回閥還可用于給其中的壓力可能升至超過系統(tǒng)壓的輔助系統(tǒng)提供補(bǔ)給的管路上。（3）工作原理分析：這種類型的閥門的作用是只允許介質(zhì)向一個(gè)方向流動(dòng)，而且阻止方向流動(dòng)。通常這種閥門是自動(dòng)工作的，在一個(gè)方向流動(dòng)的流體壓力作用下，閥瓣打開；流體反方向流動(dòng)時(shí)，由流體壓力和閥瓣的自重合閥瓣作用于閥座，從而切斷流動(dòng)。其中止回閥就屬于這種類型的閥門，它包括旋啟式止回閥和升降式止回閥。旋啟式止回閥

26、有一介鉸鏈機(jī)構(gòu)，還有一個(gè)像門一樣的閥瓣自由地靠在傾斜的閥座表面上。（4）選用標(biāo)準(zhǔn):為了防止介質(zhì)逆流，在設(shè)備、裝置和管道上都應(yīng)安裝止回閥；止回閥一般適用于清凈介質(zhì)，不宜用于含有固體顆粒和粘度較大的介質(zhì)。2、液位計(jì)（1）這里選用浮球液位計(jì)。浮球液位計(jì)是以磁浮球?yàn)闇y(cè)量元件，通過磁耦合作用，使傳感器內(nèi)電阻成線性變化，由智能轉(zhuǎn)換器將電阻變化轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，并疊加HART信號(hào)輸出或就地液晶顯示，可現(xiàn)場(chǎng)顯示液位的百分比、420mA電流及液位值，遠(yuǎn)傳供給控制室可實(shí)現(xiàn)液位的自動(dòng)檢測(cè)、控制和記錄。（2）適用場(chǎng)合：該儀表適用于石油、化工、電力、輕工及醫(yī)藥等行業(yè)污水處理及各類常壓和承壓容器內(nèi)介質(zhì)液位的測(cè)

27、量，尤其對(duì)于地下貯槽、貯罐的液位測(cè)量最為理想。（3）技術(shù)參數(shù)測(cè)量范圍：03500mm供電電壓：1236V DC輸出信號(hào)：兩線制420mA.DC疊加數(shù)字信號(hào)，由用戶選擇開方或線性輸出。負(fù)載電阻：250測(cè)量精度：10mm環(huán)境溫度：-4080工作溫度：-201203、壓力變送器的原理壓力變送器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)，下面就簡(jiǎn)單介紹一些常用壓力變送器的原理及其應(yīng)用 應(yīng)變片壓力變送器原理與應(yīng)用力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力變送器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力變送器

28、、壓阻式壓力變送器、電感式壓力變送器、電容式壓力變送器、諧振式壓力變送器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力變送器，它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線性特性。正負(fù)遷移：零點(diǎn)經(jīng)過正遷移或負(fù)遷移后，量程、測(cè)量范圍的上限值和下限值的絕對(duì)值，均不能超過測(cè)量范圍上限的100%。最大正遷移量為最小調(diào)校量程的500%；最大負(fù)遷移量為最小調(diào)校量程 的600%.過程壓力通過兩側(cè)或一側(cè)的隔離膜片、灌充液傳至室的中心測(cè)量膜片。中心膜片是一個(gè)張緊的彈性元件，它對(duì)于作用在其上的兩側(cè)壓力差產(chǎn)生相應(yīng)變形位移，其位移與差壓成正比，最大位移約0.1mm，這種位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙輼O板上形成的差動(dòng)電容，由電子線路把

29、差動(dòng)電容轉(zhuǎn)換成二線制的420MA DC輸出.3、三通閥三通閥閥體有三個(gè)口，一進(jìn)兩出，（左進(jìn)，右和下出）和普通閥門不同的是底部有一出口，當(dāng)內(nèi)部閥芯在不同位置時(shí)，出口不同，如閥芯在下部時(shí)，左右相通，如閥芯在上部時(shí)，右出口被堵住，左和下口通。因?yàn)樽罂诤陀铱诓辉谝粭l水平線上。當(dāng)高價(jià)緊急解列時(shí)，閥門關(guān)閉，給水走旁路。4、液位報(bào)警器液位報(bào)警器也叫（浮球液位開關(guān)、水位控制器、液位開關(guān)）是指通過機(jī)械式或者磁感應(yīng)的方法來進(jìn)行水位的報(bào)警和檢查，可以聲光報(bào)警等或者電磁性報(bào)警同時(shí)控制水泵等設(shè)備的啟停。電纜式液位報(bào)警器原理是通過微動(dòng)開關(guān)為核心元件封裝在密閉的塑料外殼內(nèi)進(jìn)行高低液位檢測(cè)，當(dāng)被測(cè)液位到達(dá)動(dòng)作點(diǎn)時(shí)，輸出高或低

30、液位信號(hào)，當(dāng)液位低到一定的位置時(shí)輸出繼電器開關(guān)信號(hào)，或者直接供電給報(bào)警器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的報(bào)警功能。電纜式液位報(bào)警不需要浮球和干簧管，外部無機(jī)械動(dòng)作，耐污耐用，不怕漂浮物影響，任意角度安裝，豎向安裝有一定的防波浪功能，這種方式較實(shí)用，耐污，壽命長(zhǎng)，安全。5、電磁閥電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥是用電磁的效應(yīng)進(jìn)行控制，主要的控制方式由繼電器控制。這樣，電磁閥可以配合不同的電路來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制，而控制的方式由繼電器控制，這樣，電磁閥可以配合不同的電路來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。電磁閥有很多種，不同的電磁閥在控制系

31、統(tǒng)的不同位置發(fā)揮作用，最常用的是單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調(diào)節(jié)閥等。6、壓力變送器一般意義上的壓力變送器主要由測(cè)壓元件傳感器（也稱作壓力傳感器）、測(cè)量電路和過程連接件三部分組成。它能將測(cè)壓元件傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)(如420mADC等)， 以供給指示報(bào)警儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進(jìn)行測(cè)量、指示和過程調(diào)節(jié)。壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器.壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量，因?yàn)榻?jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時(shí)

32、才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測(cè)量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測(cè)量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖擊測(cè)量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。(2)溫度范圍：工作溫度范圍：20+88，（LT型為：25+70）。7、水流開關(guān)該系統(tǒng)用到的傳感器是采用的是海灣公司的產(chǎn)品。其主要作用是：1，檢測(cè)管路中液體是否流動(dòng)和流動(dòng)的量（流量，也就是液體流動(dòng)壓力）是否達(dá)到要求，同時(shí)靠開關(guān)電接點(diǎn)輸出（提供）一個(gè)信

33、號(hào)的通斷的狀態(tài)。2，設(shè)備系統(tǒng)靠檢測(cè)有無信號(hào)或控制電流從此開關(guān)上通過（水流開關(guān)電接點(diǎn)的通、斷狀態(tài)），來判斷管路系統(tǒng)的工作狀況，給出相應(yīng)的控制或運(yùn)行方式或措施；8、壓差開關(guān)壓差開關(guān)是用于探 測(cè)空氣壓力、空氣壓差的設(shè)備。在樓宇自控系統(tǒng)中，主要應(yīng)用于風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，以及監(jiān)測(cè)過濾器的阻塞情況最大壓力：300mbar壓差范圍: 2mbar10mbar輸出：無源觸點(diǎn)信號(hào)線：RVV2*1.0（無極性）型號(hào)：GST-P33A3.1.3控制系統(tǒng)的組成變頻恒壓供水系統(tǒng)原理如圖3.2所示，它主要是由PLC、變頻器、PID調(diào)節(jié)器、壓力傳感器、液位傳感器、動(dòng)力控制線路以及水泵等組成。用戶通過控制柜面板上的指示燈和按

34、鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運(yùn)行。 蓄水池用戶液位計(jì)壓力傳送器變頻控制單元城市管網(wǎng)水源調(diào)節(jié)閥給水泵止回閥圖3.2變頻恒壓供水系統(tǒng)原理圖給水泵設(shè)置3臺(tái)，采用變頻控制，可實(shí)現(xiàn)不間斷恒壓供水。采用手動(dòng)自動(dòng)混合控制及監(jiān)控方式，滿足智能建筑對(duì)建筑給排水的基本控制要求的實(shí)現(xiàn)。3.1.4水泵的選用通過對(duì)該樓用水量的計(jì)算來選擇合適的水泵。查閱新編建筑給水排水工程師手冊(cè)住宅中二類建筑的用水定額在130L/pd300L/pd之間，在本設(shè)計(jì)中取用最高標(biāo)準(zhǔn)300L/pd，時(shí)變化系數(shù)Kh=2.5，用水時(shí)間T=24h。每戶為3人，用水人數(shù)為：3*11*23=759人。 本建筑12層不供水，住房區(qū)每層有11套住房，3層：

35、其中5戶配有一個(gè)衛(wèi)生間（有浴盆一只N=1.0，洗臉盆一只N=0.75和坐便器一具N=0.5）和一個(gè)廚房（洗滌盆一只N=1.0,單閥水嘴）；其中6戶有2個(gè)衛(wèi)生間和一個(gè)廚房。426層：其中4戶為一個(gè)衛(wèi)生間和一個(gè)廚房；其中7戶為2個(gè)衛(wèi)生間和一個(gè)廚房。最高日用水量Qd=m* qd=759*3001000=222.70m3/d最高日最高時(shí)用水量Qh=Kh* QdT=2.5*222.7024=23.20m3/h考慮管網(wǎng)漏失水量和未預(yù)見水量之和按最高日用水量的10%計(jì)；Kh=1.0。所以：最高日用水量Qd=222.70*(1+10%)=245.0 m3/d最高日最高時(shí)用水量Qh=23.20*(1+10%)=

36、25.52 m3/h1、水泵的選擇水池和泵房設(shè)于地下室內(nèi)，水泵直接將水抽到給水系統(tǒng)中。水泵出水量按最大時(shí)用水量的1.1倍來確定。即Qb=1.1*25.52=27.8m3/h查給水鋼管水利計(jì)算表得：當(dāng)水泵出水量為27.8 m3/h（8.6L/s）時(shí)，水泵的幾個(gè)水力參數(shù)如下表：表3. 1 水泵參數(shù)表管徑(mm)流速(m/s)i (kPa/m)管長(zhǎng)(m)水頭損失(kPa)吸水管DN=50mm0.630.223.000.66壓水管DN=40mm1.070.8182.566.83計(jì)算水泵揚(yáng)程：Hb = H1+H2+Hh H1貯水池最高水位至水箱進(jìn)水口所需的靜壓力kPa。H1=65.20(2.05)=67

37、.25m=672.5kPaH2水泵吸水管和出水管至水箱進(jìn)水口的總水頭損失，其中給水管網(wǎng)局部水頭損失為沿程水頭損失的30%，故H2=1.3*(0.66+66.83)=1.3*67.49=87.74kPaH h水箱進(jìn)水口的流出水頭，取為20kPa水泵的揚(yáng)程為：Hb=H1+H2+Hh=672.5+87.74+20=780.24 kPa=78m H2O水泵的出水量為27.8 m3/h 。據(jù)此選得：型號(hào)為40MS8-4.0的多級(jí)離心泵3臺(tái)，2用1備。MS泵型是引進(jìn)日本先進(jìn)技術(shù)制造的雙蝸殼單吸多級(jí)分段式離心泵，供輸送清水及物理、化學(xué)性質(zhì)類似于水的液體，液體最高溫度不得超過80；MS型泵適用于農(nóng)田灌溉、工廠

38、及城鎮(zhèn)給水；特別適用于高層建筑及高級(jí)賓館給水。該泵的性能和安裝尺寸見下表所示：表3.2 MS型多級(jí)離心泵性能型號(hào)流量Q（m3/h）揚(yáng)程H(m)轉(zhuǎn)速n（r/min）電機(jī)功率（KW）必須氣蝕余量（m）40MS8-4.015.078.414504.03.0MS型多級(jí)離心泵外形及安裝尺寸該泵底座直徑為320mm，進(jìn)水口成水平方向，出水口垂直向上。吸水管距底座高H1=225 mm, 壓水管出口距底座高H2=400mm。水泵基礎(chǔ)定為邊長(zhǎng)350mm的正方形，基礎(chǔ)深度H=30d=540mm。2、引入管及水表選擇水表的選擇高區(qū)管網(wǎng)管段設(shè)計(jì)流量為 8.4L/s=27.2m3/h中區(qū)管網(wǎng)管段設(shè)計(jì)流量為 10.1L/

39、s=36.4m3/h據(jù)建筑給水排水工程附錄1-1，選用水表為L(zhǎng)XL-80N水平螺翼式水表，其技術(shù)參數(shù)如下表：表3.3 LXL-80N水平螺翼式水表技術(shù)參數(shù)型號(hào)公稱口徑（）計(jì)量等級(jí)最大流量（m3/h）公稱流量（m3/h）分界流量（m3/h）最小流量（m3/h）最小讀數(shù)（m3/h）最大讀數(shù)（m3/h）LXL-80N80A8040123.20.013.2 給水系統(tǒng)控制要求 給排水系統(tǒng)的監(jiān)控和管理由現(xiàn)場(chǎng)控制和集控中心來實(shí)現(xiàn)，其最終目的是實(shí)現(xiàn)給排水的合理調(diào)度，也就是說，無論用戶用水量怎樣變化，水泵都能及時(shí)改變其運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)水泵的最佳運(yùn)行。 給水的監(jiān)控系統(tǒng)需隨時(shí)監(jiān)視大樓給排水系統(tǒng)，并自動(dòng)儲(chǔ)水；當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)

40、異常情況或需要維護(hù)時(shí)，及時(shí)發(fā)出信號(hào)，通知管理人員處理。給水系統(tǒng)監(jiān)控主要包括水泵的自動(dòng)啟停控制、水泵的故障報(bào)警、水泵的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、水箱水位監(jiān)測(cè)等，通過程序設(shè)計(jì)來滿足自動(dòng)控制要求，即根據(jù)水池的高低水位信號(hào)來控制水泵的啟/停，并且進(jìn)行溢水和枯水預(yù)警。當(dāng)水泵出現(xiàn)故障時(shí)，立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)備用泵自動(dòng)投入運(yùn)行。給水系統(tǒng)監(jiān)控3.3給水系統(tǒng)監(jiān)控原理3.3.1給水系統(tǒng)中監(jiān)控的物理量（1）液位信號(hào)1）控制液位2）報(bào)警液位3）指示液位4）信號(hào)液位；（2）流量信號(hào)：流量信號(hào)一般是用來對(duì)系統(tǒng)給、用水量的大小進(jìn)行觀察和計(jì)量；（3）運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)：在給排水系統(tǒng)中都設(shè)有水泵等運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，了解這些設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)是十分必要的。

41、3.3.2恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能本系統(tǒng)采用兩套電機(jī) 水泵對(duì)水網(wǎng)進(jìn)行恒壓供水 ,每臺(tái)電機(jī)均可工作在變頻方式或工頻方式 ,但變頻調(diào)速器每次僅驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)。變頻調(diào)速器根據(jù)實(shí)際水壓的變化 ,不斷地調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速 ,通過調(diào)節(jié)流量達(dá)到恒定水壓的目的。另外 ,可編程序控制器根據(jù)當(dāng)前水泵的供水情況對(duì)其進(jìn)行合理切換 ,實(shí)現(xiàn)最佳匹配。本PLC變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)主要可以完成的功能有:手動(dòng)和自動(dòng)切換功能 ,水泵投入運(yùn)行方式任選功能。給水系統(tǒng)監(jiān)原理圖如下圖3.3所示壓力設(shè)定值壓力傳感器變頻器調(diào)速器PID供水泵供水管網(wǎng)偏差3.3給水系統(tǒng)監(jiān)控原理圖利用 P LC控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)開發(fā)的全自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng) ,管道內(nèi)水壓

42、恒定 ,既可以滿足供水要求 ,避免出現(xiàn)供水事故 ,還可節(jié)約電能。系統(tǒng)采用壓力閉環(huán)控制 ,自動(dòng)修正被控變量出現(xiàn)偏離的能力，可以修正元件參數(shù)變化以及外界擾動(dòng)引起的誤差，控制精度高。閉環(huán)恒壓供水的 PID調(diào)節(jié)：在供水過程中 ,水泵轉(zhuǎn)速的變化可以調(diào)節(jié)水量 ,但是轉(zhuǎn)速降低 ,流量減小 ,壓力也相應(yīng)降低 ,為了保證流量并維持一定的供水壓力 ,最大限度地節(jié)約電能 ,我們必須建立閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在水泵的出口側(cè) ,檢測(cè)壓力變化 ,一旦偏離設(shè)定壓力 ,系統(tǒng)就自動(dòng)響應(yīng) ,調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 ,維持相應(yīng)壓力下的供水量。該閉環(huán)恒壓供水系統(tǒng) ,主要由變頻器、 可編程序控制器及傳感器組成。調(diào)節(jié)原理圖如下圖3.4所示:設(shè)定值水壓變頻

43、器壓力傳感器電機(jī)水泵e圖3.4 PID調(diào)節(jié)原理為了保持供水管道的壓力恒定， 就必須實(shí)時(shí)檢測(cè)管道壓力并回饋給供水控制器，使其構(gòu)成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)。用的控制器是 P I D調(diào)節(jié)為主要手段。 一般情況下，PID方式的調(diào)節(jié)器就能夠滿足供水管壓力的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。然而，這種類型的閉環(huán)系統(tǒng) 也存在著一些難以解決的問題，比如在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程中， 水泵 電機(jī)的速度會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)過調(diào)量，甚至不穩(wěn)定，這些都對(duì)整個(gè)的供水設(shè)備具有很大的破壞性 ， 還會(huì)減小整個(gè)系統(tǒng)的效率。目前，針對(duì)于供水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)都對(duì) P I D調(diào)節(jié)算法進(jìn)行了一定程度的改進(jìn)，并且在 PID算法的參數(shù)設(shè)定時(shí)做了大量工作。在供水系統(tǒng)中使用水泵的目的,是向

44、各末端水龍頭連續(xù)穩(wěn)定地供給適當(dāng)水壓的水。因此 ,不論供水量多少 ,必須控制水泵的壓力恒定。使用變頻調(diào)速的水泵 ,其壓力控制常采用出口水壓一定控制。壓力傳感器裝在水泵附近的主出水管內(nèi) ,將感受到的壓力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)作為反饋信號(hào)。變頻器內(nèi)置 PID調(diào)節(jié)器作為壓力調(diào)節(jié)器。PID調(diào)節(jié)器將來自壓力傳感器的壓力反饋信號(hào)與出口壓力給定值比較運(yùn)算 ,其結(jié)果作為頻率指令輸送給變頻器 ,調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速使出口壓力保持一定。根據(jù)供水管網(wǎng)壓力的變化 ,通過變頻器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤來控制水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速 ,使供水管網(wǎng)中保持恒定的壓力 ,以達(dá)到高效供水及高效節(jié)能目的?？偟脑砣缦拢?系統(tǒng)采用壓力負(fù)反饋控制方式。壓力傳感器將供水管道中

45、的水壓變換成電信號(hào)，經(jīng)放大器放大后與繪定壓力比較，其差值進(jìn)行PID運(yùn)算后，去控制變頻器的輸出頻率，再由PLC控制并聯(lián)的若干臺(tái)水泵在工頻電網(wǎng)與變頻器間進(jìn)行切換，實(shí)現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)。系統(tǒng)采用2臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行方式，通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號(hào)變成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出一調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上；當(dāng)用水量超過一臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過PLC控制器加泵。根據(jù)用水量的大小由PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對(duì)水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，輸入電機(jī)的電壓和頻

46、率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。所有水泵電機(jī)從停止到啟動(dòng)及從啟動(dòng)到停止都由變頻器來控制，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)大電流給水泵電機(jī)帶來沖擊，相對(duì)延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。同時(shí)，系統(tǒng)供水采用變頻泵循環(huán)方式，以“先開先關(guān)”的順序關(guān)泵，工作泵與備用泵不固定死，這樣，既保證供水系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)泵有相同的運(yùn)行時(shí)間，有效地防止因?yàn)閭溆帽瞄L(zhǎng)期不用發(fā)生銹死現(xiàn)象，提高了設(shè)備的綜合利用率，降低了維護(hù)費(fèi)用。3.3.3自動(dòng)監(jiān)測(cè)及報(bào)警在低位蓄水池處可設(shè)一液位傳感器或壓力傳感器來檢測(cè)水池液面位置。當(dāng)水池水位上升至上限（停泵水位）時(shí)，傳感器向現(xiàn)場(chǎng)控制器送出信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)控制器給水泵機(jī)組輸送信號(hào)，使水泵

47、自動(dòng)停機(jī)。當(dāng)水位低于所設(shè)的低位報(bào)警水位時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。這種壓力傳感器可以通過壓力連續(xù)檢測(cè)水池液位，并把信號(hào)送入現(xiàn)場(chǎng)控制器中，而停泵和報(bào)警液位的設(shè)定是可改變的。示意圖如下圖3.6所示至用戶供水網(wǎng)低位報(bào)警下限超高限報(bào)警P11水池水泵圖3.6自動(dòng)檢測(cè)及報(bào)警示意第4章 排水系統(tǒng)4.1排水系統(tǒng)概念及組成4.1.1排水系統(tǒng)的概念排水系統(tǒng)：通過管道及輔助設(shè)備，把屋面雨雪水，生活和生產(chǎn)產(chǎn)生的污水、廢水及時(shí)排放出去的網(wǎng)絡(luò)，稱為排水系統(tǒng)。4.1.2排水系統(tǒng)的組成排水系統(tǒng)由液位計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)控制器及水泵電機(jī)設(shè)備。示意圖如下圖4.1所示生活污水圖4.1排水系統(tǒng)示意圖下限液位上限液位高限液位液位計(jì)城市管網(wǎng)廢水回收池水泵電機(jī)止回

48、閥4.2排水系統(tǒng)需檢測(cè)的物理量污水處理池、污廢水集水井的高低液位；水泵運(yùn)行狀態(tài)顯示： 檢測(cè)水泵的開停及有關(guān)壓力、流量等有關(guān)參數(shù)；水泵過載報(bào)警： 監(jiān)視水泵的運(yùn)行狀態(tài)，擋水泵出現(xiàn)過載時(shí)停機(jī)并發(fā)出警報(bào)信號(hào)。4.3排水系統(tǒng)的控制原理：根據(jù)污廢水集井的水位控制排水泵的啟停。當(dāng)集水井的水位達(dá)到上限時(shí)，啟動(dòng)相應(yīng)的水泵；當(dāng)水位達(dá)到高限時(shí)，連鎖啟動(dòng)相應(yīng)的備用泵。工作原理集水井設(shè)三個(gè)液位計(jì)檢測(cè)液面位置，分別是下限液位LA、上限液位LB、和高限液位LC，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)集水井水位變化控制工作泵的啟停，液位信號(hào)送入現(xiàn)場(chǎng)控制，當(dāng)集水井中水位達(dá)到上限時(shí)，控制器啟動(dòng)排水泵運(yùn)行，直到水位下降至下限時(shí)停止排水泵運(yùn)行。當(dāng)污水流量較大

49、，水位達(dá)到高限時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒值班人員注意，同時(shí)備用水泵投入運(yùn)行。5mM3排水泵L1L2L3圖4.2排水控制圖電機(jī)10m其中液位計(jì)采用浮球液位計(jì)，當(dāng)水位上升到上限液位高度如圖4.2所示10m時(shí),開關(guān)閉合接通電機(jī)，排水泵運(yùn)行開始排水;當(dāng)水排到一定水位比如5m水位下降到下限液位時(shí)開關(guān)自動(dòng)斷開，電機(jī)停轉(zhuǎn)停止排水。第5章 硬件與軟件5.1硬件5.1.1P LC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)恒壓供水控制系統(tǒng)由可編程序控制器、 變頻器、 執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器等構(gòu)成。P LC作為控制單元 ,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和系統(tǒng)工作狀態(tài)控制兩臺(tái)水泵的起動(dòng)和停止,控制變頻器的起動(dòng)和停止 ,變頻器根據(jù)壓力給定和實(shí)測(cè)壓力調(diào)節(jié)輸出頻率 ,

50、改變水泵轉(zhuǎn)速 ,控制管網(wǎng)壓力 ,并將變頻器工作狀態(tài)輸出到P LC。5.1.2 可編程控制器選擇S7-200的模擬量I/O模塊1 、模擬量輸入模塊EM231EM231具有路模擬量輸入，輸入信號(hào)可以是電壓也可以是電流，其輸入與PLC具有隔離。輸入信號(hào)的范圍可以由SW1、SW2和SW3設(shè)定。 2 、模擬量輸出模塊EM232EM232具有2路模擬量輸出，輸出信號(hào)可以是電壓也可以是電流，其輸入與PLC具有隔離。 3、 模擬量混合模塊EM235EM235具有路模擬量輸入和路模擬量輸出。它的輸入信號(hào)可以是不同量程的電壓或電流。其電壓、電流的量程是由開關(guān)SW1、SW2到SW6設(shè)定。EM235有路模擬量輸出，其

51、輸出可以是電壓也可以是電流。S7-200的通訊模塊 S7-200系列PLC除了CPU226本機(jī)集成了二個(gè)通信口以外，其它均在其內(nèi)部集成了一個(gè)通信口，通信口采用了RS-485總線。除此以外各PLC還可以接入通信模塊，以擴(kuò)大其接口的數(shù)量和聯(lián)網(wǎng)能力。 CPU226的基本配置由CPU226基本單元組成的基本配置可以組成1個(gè)24點(diǎn)數(shù)字量輸入和16點(diǎn)數(shù)字量輸出的小型系統(tǒng)。輸入點(diǎn)地址為： I0.0I0.7 I1.0I1.7 I2.0I2.7 輸出點(diǎn)地址為： Q0.0Q0.7 Q1.0Q1.7S7-200的擴(kuò)展配置 S7-200的擴(kuò)展配置是由S7-200的基本單元（CPU222、CPU224和CPU226）和

52、7-200的擴(kuò)展模塊組成，最多可以擴(kuò)展7個(gè)模塊。其擴(kuò)展模塊的數(shù)量受兩個(gè)條件約束。一個(gè)條件是基本單元能帶擴(kuò)展模塊的數(shù)量，另一個(gè)條件是基本單元的電源承受擴(kuò)展模塊消耗5V DC總線電流的能力。 CPU 226特殊指標(biāo)本機(jī)I/O : 24入16出 數(shù)字量I/O物理區(qū): 128入120出模擬量I/O物理區(qū): 287或14出 內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器:個(gè)（30KH）內(nèi)置模擬電位器: 2個(gè)（位） 實(shí)時(shí)時(shí)鐘: 內(nèi)置 RS-485通訊接口(PPI): 2個(gè) 提供5VDC電流: 1000 因此，可編程序控制器采用SIEMENS的S7-200系列CPU-226主機(jī)，I/O點(diǎn)數(shù)為40點(diǎn)(24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn))，具有兩個(gè)R

53、S-485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。模擬量I/O模塊選擇模擬量混合模塊EM235，路模擬量輸入和路模擬量輸出。它的輸入信號(hào)可以是不同量程的電壓或電流。其電壓、電流的量程是由開關(guān)SW1、SW2到SW6設(shè)定。EM235有路模擬量輸出，其輸出可以是電壓也可以是電流。既有輸入又有輸出還具有較高的精度。PLC編程采用STEP7-Micro/WIN編程軟件，它提供一個(gè)完整的編程環(huán)境，可進(jìn)行離線編程和在線連接和調(diào)試，并能實(shí)現(xiàn)梯形圖與語句表的互相轉(zhuǎn)換。主要檢測(cè)元件有光電開關(guān)、壓力檢測(cè)開關(guān)，共計(jì)12個(gè)輸入信號(hào)。執(zhí)行部件有電機(jī)、變頻調(diào)速器、報(bào)警器等，共三個(gè)輸出點(diǎn)。PLC主

54、要完成現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、報(bào)警、控制變頻器完成壓力調(diào)節(jié)等功能。兩臺(tái)水泵由變頻器直接驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行恒壓控制，變頻器的起動(dòng)、停止分為手動(dòng)和PLC控制?？刂泼姘迳显O(shè)有一個(gè)手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，PLC對(duì)該開關(guān)的狀態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)選擇手動(dòng)功能時(shí)，PLC只進(jìn)行檢測(cè)報(bào)警，由人工通過面板上的按鈕和開關(guān)進(jìn)行水泵的起、停和切換。當(dāng)選擇自動(dòng)功能時(shí)，所有控制、報(bào)警均由PLC完成。兩臺(tái)電機(jī)的工頻啟動(dòng)占用 P LC的兩個(gè)輸入點(diǎn);變頻器的極限頻率檢測(cè)信號(hào)占用 P LC的兩個(gè)輸入點(diǎn)(分別為頻率下限到達(dá)和頻率上限到達(dá)) ;遇有緊急情況和發(fā)生供電相序故障等需要緊急停車時(shí) ,系統(tǒng)設(shè)有一個(gè)急停按鈕 ,占用 P LC的一個(gè)輸入點(diǎn) ,以

55、控制整個(gè)系統(tǒng)的全線停車;系統(tǒng)分自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作方式 ,由一個(gè)選擇開關(guān)控制 ,選擇開關(guān)連接 P LC的一個(gè)輸入點(diǎn) ,因此 ,該控制系統(tǒng)中共占用 P LC的七個(gè)開關(guān)量輸入信號(hào)。整個(gè)控制系統(tǒng)所需的輸入P 輸出點(diǎn)數(shù)量共為11個(gè)點(diǎn)。5.1.3 變頻器選擇變頻器選用SIEMENS的MM系列或ABB的ACS-400系列風(fēng)機(jī)/泵類專用變頻器，它們具有RS-485通訊接口，性價(jià)比較高。PLC通過自由通訊口方式與變頻器通訊，控制變頻器的運(yùn)行，讀取變頻器自身的電壓、電流、功率、頻率、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間和過壓、過流、過負(fù)荷等全部報(bào)警信息等參數(shù)，并通過觸摸屏顯示出來，這比通過外部端口控制變頻器的運(yùn)行具有較高的可靠性，節(jié)省了

56、PLC寶貴的I/O端口，又獲的了大量變頻器的信息。5.1.4 控制電路設(shè)計(jì)在控制電路設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換?？刂葡到y(tǒng)中每臺(tái)水泵的變頻接觸器和工頻接觸器、各水泵的變頻接觸器在電氣上的連鎖，防止系統(tǒng)中出現(xiàn)一臺(tái)水泵工頻和變頻電源同時(shí)接通或多臺(tái)水泵同時(shí)接通變頻電源的現(xiàn)象。5.1.5 系統(tǒng)流程為方便調(diào)試和編程，系統(tǒng)控制器采用模塊化編程，主要由手動(dòng)運(yùn)行模塊、自動(dòng)運(yùn)行模塊和故障診斷與報(bào)警模塊組成。當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，按下按鈕啟動(dòng)或停止水泵，可根據(jù)需要分別控制水泵的啟停。該方式主要供檢修及變頻器故障時(shí)用。自動(dòng)運(yùn)行模塊包括系統(tǒng)的初始化、開機(jī)命令的檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集子程序、控制量運(yùn)算子程序、置初值子程序、電機(jī)控

57、制子程序等。模塊流程圖如下圖5.1所示信號(hào)數(shù)據(jù)采集子程序PID運(yùn)算子程序置初值置初值子程序電機(jī)控制子程序N5.1模塊流程圖其中：數(shù)據(jù)采集子程序完成對(duì)主水管壓力的數(shù)據(jù)采集?？刂屏窟\(yùn)算子程序完成變頻器控制量的計(jì)算和控制量的輸出，控制量的計(jì)算按PID控制規(guī)律進(jìn)行。5.1.6 系統(tǒng)操作合上自動(dòng)開關(guān)后，1#泵電機(jī)通電，變頻器輸出頻圖5.1 模塊流程圖頻率從0Hz上升，同時(shí)PID調(diào)節(jié)器接收到自壓力傳感器的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，如壓力不夠，則頻率上升到50Hz，1#泵由變頻切換為工頻，啟2#變頻，變頻器逐漸上升頻率至給定值，加泵依次類推；如用水量減小，從先啟的泵開始減

58、，同時(shí)根據(jù)PID調(diào)節(jié)器給的調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。若有電源瞬時(shí)停電的情況，則系統(tǒng)停機(jī)；待電源恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行，然后按自動(dòng)運(yùn)行方式啟動(dòng)1#泵變頻，直至在給定水壓值上穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)在自動(dòng)供水的過程中，PLC實(shí)時(shí)檢測(cè)水池水位，若水位低于設(shè)定的報(bào)警水位時(shí)，蜂鳴器發(fā)出缺水報(bào)警信號(hào)；若水位低于設(shè)定的停機(jī)水位時(shí)，停止全部水泵工作，防止水泵干抽，并發(fā)出停機(jī)報(bào)警信號(hào)；若水池水位高于設(shè)定的水池上限水位時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷水池給水管電動(dòng)閥門。變頻自動(dòng)功能是該系統(tǒng)最基本的功能，系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)多臺(tái)泵軟起動(dòng)、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程。5.2軟件5.2.1軟件配置S7-200的數(shù)據(jù)區(qū) 數(shù)字量輸入映像區(qū)(I區(qū)) 位：

59、I0.0、I15.7 字節(jié)：IB0、IB1、IB15 字：IW0、IW2、IW14 雙字：ID0、ID4、ID12 數(shù)字量輸出映像區(qū)(Q區(qū)) 位： Q0.0、Q15.7 字節(jié)： QB0、 QB1、 QB15 字： QW0、 QW2、 QW14 雙字： QD0、 QD4、 QD12 模擬量輸入映像區(qū)(AI區(qū))字： AIW0、AIW2、AIW30 模擬量輸出映像區(qū)(AQ區(qū)) 字： AQW0、AQW2、AQW30 變量存儲(chǔ)器區(qū)(V區(qū))位： V0.0、V0.1、V5119 字節(jié)： VB0、VB1、VB5119 字： VW0、VW2、VW5118 雙字： VD0、VD4、VD5116 位存儲(chǔ)器區(qū)(M區(qū))

60、 位： M0.0、M0.1、M31.7 字節(jié)： MB0、MB1、MB31 字：MW0、MW2、MW30 雙字： MD0、MD4、MD28 順序控制繼電器區(qū)(S區(qū)) 位： S0.0、S0.1、S31.7 字節(jié)： SB0、SB1、SB31 字： SW0、SW2、SW30 雙字： SD0、SD4、SD28 局部存儲(chǔ)器區(qū)(L區(qū))位： L0.0、L0.1、L63.7 字節(jié)： LB0、LB1、LB63 字： LW0、LW2、LW62 雙字： LD0、LD4、LD60定時(shí)器存儲(chǔ)器區(qū)(T區(qū)) T0、T1、T255 計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)器區(qū)(C區(qū)) C0、C1、C255 高速計(jì)數(shù)器區(qū)(HSC區(qū)) HSC0、HSC1、HS

61、C2、HSC3、HSC4、HSC5 累加器區(qū)(AC區(qū)) AC0，AC1，AC2， AC3 特殊存儲(chǔ)器區(qū)(SM區(qū)) SM0.0、SM0.1、SM19,也可以用字節(jié)、字、雙字表示。 5.2.2控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 供水系統(tǒng)工作過程：該控制系統(tǒng)根據(jù)要求可以選擇手動(dòng)狀態(tài)和自動(dòng)狀態(tài)兩種工作方式。選擇手動(dòng)工作狀態(tài)時(shí) ,可以分別通過按鈕控制水泵單獨(dú)在工頻下運(yùn)行與停止 ,主要用于水泵定期檢修臨時(shí)供水。選擇自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí) ,完全由 P LC軟件控制運(yùn)行。根據(jù)供水管網(wǎng)中用水量和壓力變化適時(shí)調(diào)整工頻運(yùn)行的水泵和變頻運(yùn)行的水泵頻率。自動(dòng)工作時(shí) ,1) P LC首先利用變頻器軟啟動(dòng)一臺(tái)加壓泵 ,實(shí)現(xiàn)單泵變頻供水 ,此時(shí) ,安裝在管網(wǎng)上的傳感器將實(shí)測(cè)的管網(wǎng)壓力反饋進(jìn)變頻器 ,與預(yù)先通過變頻器面板設(shè)定的給定壓力進(jìn)行比較 ,通過變頻器內(nèi)部 PID運(yùn)算 ,調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率。2)在用水高峰期 ,水流量較大 ,變頻器輸出頻率接近工頻 ,而管網(wǎng)壓力仍達(dá)不到壓力