智能建筑給排水控制系統(tǒng)的設(shè)計

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 學生姓名 陳山雷 學 號 指導教師 王擊 學 院 信息科學與工程學院 專 業(yè) 自動化 完成時間 2013.11.13摘要隨著計算機技術(shù)、信息通信技術(shù)等電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展、進步，建筑物中設(shè)備的自動化程度越來越高。同時，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)進行了研究。針對該高層商住樓用水，結(jié)合智能建筑的特點，對該建筑的給水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)，進行了初步探討。給排水系統(tǒng)主要由水泵、水池、電機及閥門等組成。采用變頻器進行壓力調(diào)節(jié)，采用可編程邏輯控制器進行邏輯控制。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運算，通過可編程控制器控制，變頻和工頻，自動控制水泵投入的臺數(shù)和電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)恒壓變量供水，在保持恒壓下達到控制流量的目的。給排水系統(tǒng)的監(jiān)控是通過計算機對系統(tǒng)中的各種水位、水泵工作狀態(tài)和管網(wǎng)壓力進行實時監(jiān)測，按照一定要求控制水泵的運行方式、臺數(shù)和相應(yīng)閥門的動作，以達到需水量和供水量之間的平衡、污水的及時排放，實現(xiàn)水泵高效、低耗的最優(yōu)化控制，達到經(jīng)濟運行的目的；并對給排水系統(tǒng)的設(shè)備進行集中管理，保證系統(tǒng)可靠運行。 當需水量減小時，電動機轉(zhuǎn)速降低，水泵出口流量減少，否則電動機轉(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警來提醒。水泵過載報警監(jiān)視水泵的運行狀態(tài)，當水泵出現(xiàn)過載時停機并發(fā)出報警信號。 在本設(shè)計中，主要內(nèi)容包括給水系統(tǒng)，排水系統(tǒng)設(shè)計。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 and 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 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 system 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 deviation 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 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; Water 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 level 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: Intelligent 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1、智能建筑的概念“智能建筑”一詞，誕生于20世紀80年代初，它是信息時代的必然產(chǎn)物。美國智能建筑學會定義“智能建筑”是將結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)及運營相互聯(lián)系全面綜合，并達到最佳組合，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)強調(diào)智能大廈是多學科、多技術(shù)系統(tǒng)集成的特點，即智能建筑是指利用系統(tǒng)集成的方法，將智能計算機技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)與建筑藝術(shù)有機結(jié)合，通過對設(shè)備的自動監(jiān)控，對信息資源的管理和對使用者的信息服務(wù)及其與建筑物的優(yōu)化組合，獲得投資合理、適合信息社會需要并且具有安全、高效、舒適、便利和靈活特點的建筑物。 “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-辦公自動化系統(tǒng)BAS-建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)CNS-通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)2、智能建筑的特點(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80年代后期，智能建筑風靡全球，這主要是代表電子技術(shù)的計算機、通訊、控制三項技術(shù)在樓宇自動化、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)都有顯著的進步，加上上個世紀90年代初，國際互聯(lián)網(wǎng)在世間迅速普及和應(yīng)用，人們對建筑功能的要求愈來愈高，同時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智能建筑在我國的發(fā)展及應(yīng)用智能建筑進入我國技術(shù)領(lǐng)域大體上是在上個世紀80年代中期以后，中國科學院計算技術(shù)研究所就曾進行了“智能化辦公大樓可行性研究”，對智能辦公大樓的發(fā)展進行了探討。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房地產(chǎn)熱潮，由此興起的我國智能建筑發(fā)展迅速，呈現(xiàn)巨大的市場潛力，社會經(jīng)濟效益顯著。隨著通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)等在我國的迅速發(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，以實現(xiàn)電機的變速運行的設(shè)備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。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機的同步轉(zhuǎn)速，即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為：n0=60f1p改變異步電動機的供電頻率，可以改變其同步轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)調(diào)速運行。式中，n0同步轉(zhuǎn)速(r/min)； f1定子頻率(Hz)； p磁極對數(shù)。而異步電動機的軸上輸出的轉(zhuǎn)速為n=n0(1-s)= 60f1/p(1-s)式中 s異步電動機的轉(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)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水的需求，又不使電動機空轉(zhuǎn)而造成電能浪費。為實現(xiàn)上述目標，需要變頻器根據(jù)給定壓力信號和反饋壓力信號來調(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)用計算、控制裝置，實現(xiàn)邏輯、時序、計算等控制功能，一般作為整個自動化控制系統(tǒng)的上位主機。1.3.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展1969年美國成功研制了第一臺可編程序控制器PDP14，20世紀80年代中期到20世紀90年代中期，超大規(guī)模集成電路使PLC完全計算機化。CPU開始采用32位微處理器，數(shù)學運算和數(shù)據(jù)處理能力大大提高，增加了運算控制，PID控制。聯(lián)網(wǎng)能力加強PLC向標準化，系列化發(fā)展。20世紀90年代中期至今。主要特點：CPU使用16位和32位微處理器，運算速度更快，具有大批量數(shù)據(jù)處理能力，出現(xiàn)了智能化模塊，可以對各種復(fù)雜系統(tǒng)進行控制。編程語言除了梯形圖和語句表語言之外，還增加了高級語言。同計算機的發(fā)展類似，目前PLC正朝著小型、簡易、價格低廉的方向發(fā)展。1.3.3 PLC的特點1 、可靠性高PLC平均無故障時間可以達到30萬小時（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)出的多機冗余系統(tǒng)和表決系統(tǒng)則更進一步增加了PLC的可靠性。2、環(huán)境適應(yīng)性強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。電源瞬間斷電的情況下，仍可正常工作，具有很強的抗空間電磁干擾的能力，可以抗峰值高達1000V、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。一般對環(huán)境溫度要求不高，在環(huán)境溫度-2065、相對濕度為3585情況下都可正常工作。3、靈活通用在完成一個控制任務(wù)時，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，在機型上有很大的選擇余地。其次，同一機型的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。在實現(xiàn)不同的控制任務(wù)時，PLC具有良好的通用性。4、 使用方便、維護簡單PLC控制的輸入模塊、輸出模塊、特殊功能模塊都具有即插即卸功能，連接十分容易。對于邏輯信號，輸入和輸出采用開關(guān)方式，不需要進行電平轉(zhuǎn)換和驅(qū)動放大；對于模擬信號，輸入和輸出采用傳感器、儀表和驅(qū)動設(shè)備的標準信號。PLC的各個輸入和輸出模塊與外部設(shè)備的連接十分簡單。5、 PLC具有監(jiān)控功能。利用編程器或監(jiān)視器可以對PLC的運行狀態(tài)、內(nèi)部數(shù)據(jù)進行監(jiān)視或修改。PLC控制系統(tǒng)的維護非常簡單。利用PLC的診斷功能和監(jiān)控功能，可以迅速查找到故障點，對大多數(shù)故障都可以及時予以排除。第2章設(shè)計方案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，地下室地面標高為 -3.9米，12層是裙房，作為商業(yè)場所使用。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，一個廚房，一個衛(wèi)生間和一個陽臺；其中6戶為三室一廳，一個廚房，兩個衛(wèi)生間和一個陽臺；1戶為一室一廳，一個廚房和一個衛(wèi)生間。除上述戶型外還有個門廳和值班室。426層：其中4戶是兩室一廳，一個廚房，一個衛(wèi)生間和一個陽臺；其中7戶為三室一廳，一個廚房，兩個衛(wèi)生間和一個陽臺。廚房內(nèi)設(shè)廚房洗滌盆1個，衛(wèi)生間內(nèi)設(shè)浴盆1個，低位水箱坐便器1個，洗臉盆1個。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，其中兩臺自動切換使用，另外一臺泵用，排水泵3臺兩用一備。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，往往會使得用戶端水壓過低達不到要求。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，常用的手段有儲氣罐式增壓供水、變頻調(diào)速恒壓供水。儲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)生危險等缺點。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)備采用國際上成熟的變頻調(diào)速技術(shù)，具有水壓穩(wěn)定、維護方便、運行費用低、節(jié)能等優(yōu)點。供水壓力隨水流量的變化而變化，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主要研究內(nèi)容智能建筑是計算機和信息處理等高技術(shù)與建筑藝術(shù)的有機結(jié)合。綜合型智能建筑由三大基本要素構(gòu)成，即辦公自動化系統(tǒng)(OAS)，建筑設(shè)各自動化系統(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)備自動化系統(tǒng)保證機電設(shè)備和安全管理的自動化，對樓宇溫度、濕度、含氧量與照明度等參數(shù)值進行測量，并按照使用者要求迅速實施調(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)備管理自動化系統(tǒng)的一部分，要求其運行安全可靠，實現(xiàn)水泵最佳運行控制。因此，本設(shè)計只對給水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)進行研究。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、電磁閥、水泵、電機、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。下面對其中一些器件進行簡單介紹。1、止回閥（1）定義：止回閥是指依靠介質(zhì)本身流動而自動開、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閥門，其主要作用是防止介質(zhì)倒流、防止泵及驅(qū)動電動機反轉(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)向一個方向流動，而且阻止方向流動。通常這種閥門是自動工作的，在一個方向流動的流體壓力作用下，閥瓣打開；流體反方向流動時，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。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。旋啟式止回閥有一介鉸鏈機構(gòu)，還有一個像門一樣的閥瓣自由地靠在傾斜的閥座表面上。（4）選用標準: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（1）這里選用浮球液位計。浮球液位計是以磁浮球為測量元件，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標準電流信號，并疊加HART信號輸出或就地液晶顯示，可現(xiàn)場顯示液位的百分比、420mA電流及液位值，遠傳供給控制室可實現(xiàn)液位的自動檢測、控制和記錄。（2）適用場合：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)液位的測量，尤其對于地下貯槽、貯罐的液位測量最為理想。（3）技術(shù)參數(shù)測量范圍：03500mm供電電壓：1236V DC輸出信號：兩線制420mA.DC疊加數(shù)字信號，由用戶選擇開方或線性輸出。負載電阻：250測量精度：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、機床、管道等眾多行業(yè)，下面就簡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)用力學傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力變送器、半導體應(yīng)變片壓力變送器、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，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。正負遷移：零點經(jīng)過正遷移或負遷移后，量程、測量范圍的上限值和下限值的絕對值，均不能超過測量范圍上限的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量膜片。中心膜片是一個張緊的彈性元件，它對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板上形成的差動電容，由電子線路把差動電容轉(zhuǎn)換成二線制的420MA DC輸出.3、三通閥三通閥閥體有三個口，一進兩出，（左進，右和下出）和普通閥門不同的是底部有一出口，當內(nèi)部閥芯在不同位置時，出口不同，如閥芯在下部時，左右相通，如閥芯在上部時，右出口被堵住，左和下口通。因為左口和右口不在一條水平線上。當高價緊急解列時，閥門關(guān)閉，給水走旁路。4、液位報警器液位報警器也叫（浮球液位開關(guān)、水位控制器、液位開關(guān)）是指通過機械式或者磁感應(yīng)的方法來進行水位的報警和檢查，可以聲光報警等或者電磁性報警同時控制水泵等設(shè)備的啟停。電纜式液位報警器原理是通過微動開關(guān)為核心元件封裝在密閉的塑料外殼內(nèi)進行高低液位檢測，當被測液位到達動作點時，輸出高或低液位信號，當液位低到一定的位置時輸出繼電器開關(guān)信號，或者直接供電給報警器，從而實現(xiàn)對液位的報警功能。電纜式液位報警不需要浮球和干簧管，外部無機械動作，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，這種方式較實用，耐污，壽命長，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壓元件傳感器（也稱作壓力傳感器）、測量電路和過程連接件三部分組成。它能將測壓元件傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變成標準的電信號(如420mADC等)， 以供給指示報警儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進行測量、指示和過程調(diào)節(jié)。壓力傳感器是工業(yè)實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)測量，因為經(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才得到保存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應(yīng)力。壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經(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，檢測管路中液體是否流動和流動的量（流量，也就是液體流動壓力）是否達到要求，同時靠開關(guān)電接點輸出（提供）一個信號的通斷的狀態(tài)。2，設(shè)備系統(tǒng)靠檢測有無信號或控制電流從此開關(guān)上通過（水流開關(guān)電接點的通、斷狀態(tài)），來判斷管路系統(tǒng)的工作狀況，給出相應(yīng)的控制或運行方式或措施；8、壓差開關(guān)壓差開關(guān)是用于探 測空氣壓力、空氣壓差的設(shè)備。在樓宇自控系統(tǒng)中，主要應(yīng)用于風機的運行狀態(tài)的監(jiān)測，以及監(jiān)測過濾器的阻塞情況最大壓力：300mbar壓差范圍: 2mbar10mbar輸出：無源觸點信號線：RVV2*1.0（無極性）型號：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鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運行。 蓄水池用戶液位計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，采用變頻控制，可實現(xiàn)不間斷恒壓供水。采用手動自動混合控制及監(jiān)控方式，滿足智能建筑對建筑給排水的基本控制要求的實現(xiàn)。3.1.4水泵的選用通過對該樓用水量的計算來選擇合適的水泵。查閱新編建筑給水排水工程師手冊住宅中二類建筑的用水定額在130L/pd300L/pd之間，在本設(shè)計中取用最高標準300L/pd，時變化系數(shù)Kh=2.5，用水時間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：其中5戶配有一個衛(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）和一個廚房（洗滌盆一只N=1.0,單閥水嘴）；其中6戶有2個衛(wèi)生間和一個廚房。426層：其中4戶為一個衛(wèi)生間和一個廚房；其中7戶為2個衛(wèi)生間和一個廚房。最高日用水量Qd=m* qd=759*3001000=222.70m3/d最高日最高時用水量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；Kh=1.0。所以：最高日用水量Qd=222.70*(1+10%)=245.0 m3/d最高日最高時用水量Qh=23.20*(1+10%)=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查給水鋼管水利計算表得：當水泵出水量為27.8 m3/h（8.6L/s）時，水泵的幾個水力參數(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(m)水頭損失(kPa)吸水管DN=50mm0.630.223.000.66壓水管DN=40mm1.070.8182.566.83計算水泵揚程：Hb = H1+H2+Hh H1貯水池最高水位至水箱進水口所需的靜壓力kPa。H1=65.20(2.05)=67.25m=672.5kPaH2水泵吸水管和出水管至水箱進水口的總水頭損失，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水箱進水口的流出水頭，取為20kPa水泵的揚程為：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：型號為40MS8-4.0的多級離心泵3臺，2用1備。MS泵型是引進日本先進技術(shù)制造的雙蝸殼單吸多級分段式離心泵，供輸送清水及物理、化學性質(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、工廠及城鎮(zhèn)給水；特別適用于高層建筑及高級賓館給水。該泵的性能和安裝尺寸見下表所示：表3.2 MS型多級離心泵性能型號流量Q（m3/h）揚程H(m)轉(zhuǎn)速n（r/min）電機功率（KW）必須氣蝕余量（m）40MS8-4.015.078.414504.03.0MS型多級離心泵外形及安裝尺寸該泵底座直徑為320mm，進水口成水平方向，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)計流量為 8.4L/s=27.2m3/h中區(qū)管網(wǎng)管段設(shè)計流量為 10.1L/s=36.4m3/h據(jù)建筑給水排水工程附錄1-1，選用水表為LXL-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)型號公稱口徑（）計量等級最大流量（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)場控制和集控中心來實現(xiàn)，其最終目的是實現(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，水泵都能及時改變其運行方式，實現(xiàn)水泵的最佳運行。 給水的監(jiān)控系統(tǒng)需隨時監(jiān)視大樓給排水系統(tǒng)，并自動儲水；當系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況或需要維護時，及時發(fā)出信號，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啟?？刂啤⑺玫墓收蠄缶?、水泵的運行狀態(tài)監(jiān)測、水箱水位監(jiān)測等，通過程序設(shè)計來滿足自動控制要求，即根據(jù)水池的高低水位信號來控制水泵的啟/停，并且進行溢水和枯水預(yù)警。當水泵出現(xiàn)故障時，立即發(fā)出報警信號，同時備用泵自動投入運行。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1）控制液位2）報警液位3）指示液位4）信號液位；（2）流量信號：流量信號一般是用來對系統(tǒng)給、用水量的大小進行觀察和計量；（3）運行狀態(tài)信號：在給排水系統(tǒng)中都設(shè)有水泵等運轉(zhuǎn)設(shè)備，了解這些設(shè)備的運行狀態(tài)是十分必要的。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 水泵對水網(wǎng)進行恒壓供水 ,每臺電機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)動一臺電機。變頻調(diào)速器根據(jù)實際水壓的變化 ,不斷地調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速 ,通過調(diào)節(jié)流量達到恒定水壓的目的。另外 ,可編程序控制器根據(jù)當前水泵的供水情況對其進行合理切換 ,實現(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:手動和自動切換功能 ,水泵投入運行方式任選功能。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)的全自動恒壓供水系統(tǒng) ,管道內(nèi)水壓恒定 ,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)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在水泵的出口側(cè) ,檢測壓力變化 ,一旦偏離設(shè)定壓力 ,系統(tǒng)就自動響應(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)定值水壓變頻器壓力傳感器電機水泵e圖3.4 PID調(diào)節(jié)原理為了保持供水管道的壓力恒定， 就必須實時檢測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)的動態(tài)運行過程中， 水泵 電機的速度會經(jīng)常出現(xiàn)過調(diào)量，甚至不穩(wěn)定，這些都對整個的供水設(shè)備具有很大的破壞性 ， 還會減小整個系統(tǒng)的效率。目前，針對于供水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器設(shè)計都對 P I D調(diào)節(jié)算法進行了一定程度的改進，并且在 PID算法的參數(shù)設(shè)定時做了大量工作。在供水系統(tǒng)中使用水泵的目的,是向各末端水龍頭連續(xù)穩(wěn)定地供給適當水壓的水。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)化為電信號作為反饋信號。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與出口壓力給定值比較運算 ,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 ,通過變頻器實現(xiàn)自動跟蹤來控制水泵電機的轉(zhuǎn)速 ,使供水管網(wǎng)中保持恒定的壓力 ,以達到高效供水及高效節(jié)能目的?？偟脑砣缦拢?系統(tǒng)采用壓力負反饋控制方式。壓力傳感器將供水管道中的水壓變換成電信號，經(jīng)放大器放大后與繪定壓力比較，其差值進行PID運算后，去控制變頻器的輸出頻率，再由PLC控制并聯(lián)的若干臺水泵在工頻電網(wǎng)與變頻器間進行切換，實現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)。系統(tǒng)采用2臺水泵并聯(lián)運行方式，通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號變成4-20mA的標準信號送入PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進行比較，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；當用水量超過一臺泵的供水量時，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水泵的調(diào)速，實現(xiàn)恒壓供水。當供水負載變化時，輸入電機的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準的閉環(huán)控制系統(tǒng)。所有水泵電機從停止到啟動及從啟動到停止都由變頻器來控制，實現(xiàn)軟啟動，避免了啟動大電流給水泵電機帶來沖擊，相對延長了電機的使用壽命。同時，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)泵有相同的運行時間，有效地防止因為備用泵長期不用發(fā)生銹死現(xiàn)象，提高了設(shè)備的綜合利用率，降低了維護費用。3.3.3自動監(jiān)測及報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水池液面位置。當水池水位上升至上限（停泵水位）時，傳感器向現(xiàn)場控制器送出信號，現(xiàn)場控制器給水泵機組輸送信號，使水泵自動停機。當水位低于所設(shè)的低位報警水位時，系統(tǒng)報警。這種壓力傳感器可以通過壓力連續(xù)檢測水池液位，并把信號送入現(xiàn)場控制器中，而停泵和報警液位的設(shè)定是可改變的。示意圖如下圖3.6所示至用戶供水網(wǎng)低位報警下限超高限報警P11水池水泵圖3.6自動檢測及報警示意第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，現(xiàn)場控制器及水泵電機設(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城市管網(wǎng)廢水回收池水泵電機止回閥4.2排水系統(tǒng)需檢測的物理量污水處理池、污廢水集水井的高低液位；水泵運行狀態(tài)顯示： 檢測水泵的開停及有關(guān)壓力、流量等有關(guān)參數(shù)；水泵過載報警： 監(jiān)視水泵的運行狀態(tài)，擋水泵出現(xiàn)過載時停機并發(fā)出警報信號。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。當集水井的水位達到上限時，啟動相應(yīng)的水泵；當水位達到高限時，連鎖啟動相應(yīng)的備用泵。工作原理集水井設(shè)三個液位計檢測液面位置，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，液位信號送入現(xiàn)場控制，當集水井中水位達到上限時，控制器啟動排水泵運行，直到水位下降至下限時停止排水泵運行。當污水流量較大，水位達到高限時，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出報警信號，提醒值班人員注意，同時備用水泵投入運行。5mM3排水泵L1L2L3圖4.2排水控制圖電機10m其中液位計采用浮球液位計，當水位上升到上限液位高度如圖4.2所示10m時,開關(guān)閉合接通電機，排水泵運行開始排水;當水排到一定水位比如5m水位下降到下限液位時開關(guān)自動斷開，電機停轉(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)計恒壓供水控制系統(tǒng)由可編程序控制器、 變頻器、 執(zhí)行機構(gòu)和傳感器等構(gòu)成。P LC作為控制單元 ,根據(jù)現(xiàn)場信號和系統(tǒng)工作狀態(tài)控制兩臺水泵的起動和停止,控制變頻器的起動和停止 ,變頻器根據(jù)壓力給定和實測壓力調(diào)節(jié)輸出頻率 ,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，輸入信號可以是電壓也可以是電流，其輸入與PLC具有隔離。輸入信號的范圍可以由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。S7-200的通訊模塊 S7-200系列PLC除了CPU226本機集成了二個通信口以外，其它均在其內(nèi)部集成了一個通信口，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24點數(shù)字量輸入和16點數(shù)字量輸出的小型系統(tǒng)。輸入點地址為： I0.0I0.7 I1.0I1.7 I2.0I2.7 輸出點地址為： Q0.0Q0.7 Q1.0Q1.7S7-200的擴展配置 S7-200的擴展配置是由S7-200的基本單元（CPU222、CPU224和CPU226）和7-200的擴展模塊組成，最多可以擴展7個模塊。其擴展模塊的數(shù)量受兩個條件約束。一個條件是基本單元能帶擴展模塊的數(shù)量，另一個條件是基本單元的電源承受擴展模塊消耗5V DC總線電流的能力。 CPU 226特殊指標本機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)置高速計數(shù)器:個（30KH）內(nèi)置模擬電位器: 2個（位） 實時時鐘: 內(nèi)置 RS-485通訊接口(PPI): 2個 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，I/O點數(shù)為40點(24個輸入點和16個輸出點)，具有兩個RS-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，它提供一個完整的編程環(huán)境，可進行離線編程和在線連接和調(diào)試，并能實現(xiàn)梯形圖與語句表的互相轉(zhuǎn)換。主要檢測元件有光電開關(guān)、壓力檢測開關(guān)，共計12個輸入信號。執(zhí)行部件有電機、變頻調(diào)速器、報警器等，共三個輸出點。PLC主要完成現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、存儲、報警、控制變頻器完成壓力調(diào)節(jié)等功能。兩臺水泵由變頻器直接驅(qū)動，進行恒壓控制，變頻器的起動、停止分為手動和PLC控制?？刂泼姘迳显O(shè)有一個手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，PLC對該開關(guān)的狀態(tài)實時檢測，當選擇手動功能時，PLC只進行檢測報警，由人工通過面板上的按鈕和開關(guān)進行水泵的起、停和切換。當選擇自動功能時，所有控制、報警均由PLC完成。兩臺電機的工頻啟動占用 P LC的兩個輸入點;變頻器的極限頻率檢測信號占用 P LC的兩個輸入點(分別為頻率下限到達和頻率上限到達) ;遇有緊急情況和發(fā)生供電相序故障等需要緊急停車時 ,系統(tǒng)設(shè)有一個急停按鈕 ,占用 P LC的一個輸入點 ,以控制整個系統(tǒng)的全線停車;系統(tǒng)分自動和手動兩種工作方式 ,由一個選擇開關(guān)控制 ,選擇開關(guān)連接 P LC的一個輸入點 ,因此 ,該控制系統(tǒng)中共占用 P LC的七個開關(guān)量輸入信號。整個控制系統(tǒng)所需的輸入P 輸出點數(shù)量共為11個點。5.1.3 變頻器選擇變頻器選用SIEMENS的MM系列或ABB的ACS-400系列風機/泵類專用變頻器，它們具有RS-485通訊接口，性價比較高。PLC通過自由通訊口方式與變頻器通訊，控制變頻器的運行，讀取變頻器自身的電壓、電流、功率、頻率、累計運行時間和過壓、過流、過負荷等全部報警信息等參數(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行具有較高的可靠性，節(jié)省了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)計在控制電路設(shè)計中，系統(tǒng)自動/手動轉(zhuǎn)換?？刂葡到y(tǒng)中每臺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)一臺水泵工頻和變頻電源同時接通或多臺水泵同時接通變頻電源的現(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，主要由手動運行模塊、自動運行模塊和故障診斷與報警模塊組成。當系統(tǒng)處于手動運行時，按下按鈕啟動或停止水泵，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用。自動運行模塊包括系統(tǒng)的初始化、開機命令的檢測、數(shù)據(jù)采集子程序、控制量運算子程序、置初值子程序、電機控制子程序等。模塊流程圖如下圖5.1所示信號數(shù)據(jù)采集子程序PID運算子程序置初值置初值子程序電機控制子程序N5.1模塊流程圖其中：數(shù)據(jù)采集子程序完成對主水管壓力的數(shù)據(jù)采集?？刂屏窟\算子程序完成變頻器控制量的計算和控制量的輸出，控制量的計算按PID控制規(guī)律進行。5.1.6 系統(tǒng)操作合上自動開關(guān)后，1#泵電機通電，變頻器輸出頻圖5.1 模塊流程圖頻率從0Hz上升，同時PID調(diào)節(jié)器接收到自壓力傳感器的標準信號，經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進行比較，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，同時根據(jù)PID調(diào)節(jié)器給的調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運行。若有電源瞬時停電的情況，則系統(tǒng)停機；待電源恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動恢復(fù)運行，然后按自動運行方式啟動1#泵變頻，直至在給定水壓值上穩(wěn)定運行。同時在自動供水的過程中，PLC實時檢測水池水位，若水位低于設(shè)定的報警水位時，蜂鳴器發(fā)出缺水報警信號；若水位低于設(shè)定的停機水位時，停止全部水泵工作，防止水泵干抽，并發(fā)出停機報警信號；若水池水位高于設(shè)定的水池上限水位時，自動關(guān)斷水池給水管電動閥門。變頻自動功能是該系統(tǒng)最基本的功能，系統(tǒng)自動完成對多臺泵軟起動、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：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 位存儲器區(qū)(M區(qū)) 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定時器存儲器區(qū)(T區(qū)) T0、T1、T255 計數(shù)器存儲器區(qū)(C區(qū)) C0、C1、C255 高速計數(shù)器區(qū)(HSC區(qū)) HSC0、HSC1、HSC2、HSC3、HSC4、HSC5 累加器區(qū)(AC區(qū)) AC0，AC1，AC2， AC3 特殊存儲器區(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 供水系統(tǒng)工作過程：該控制系統(tǒng)根據(jù)要求可以選擇手動狀態(tài)和自動狀態(tài)兩種工作方式。選擇手動工作狀態(tài)時 ,可以分別通過按鈕控制水泵單獨在工頻下運行與停止 ,主要用于水泵定期檢修臨時供水。選擇自動工作狀態(tài)時 ,完全由 P LC軟件控制運行。根據(jù)供水管網(wǎng)中用水量和壓力變化適時調(diào)整工頻運行的水泵和變頻運行的水泵頻率。自動工作時 ,1) P LC首先利用變頻器軟啟動一臺加壓泵 ,實現(xiàn)單泵變頻供水 ,此時 ,安裝在管網(wǎng)上的傳感器將實測的管網(wǎng)壓力反饋進變頻器 ,與預(yù)先通過變頻器面板設(shè)定的給定壓力進行比較 ,通過變頻器內(nèi)部 PID運算 ,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)壓力仍達不到壓力