大楼物业供水系统设计概述.docx
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大楼物业供水系统设计概述
大楼物业供水系统设计
第1章绪论
1.1研究背景
水是人民生活必需品，但由于近些年来，随着人们生活水平的提高，大楼的层数也在不断的剧增。
再加上受到输送管道和供水设施的影响，使居民的生活用水存在着自来水管网压力不足的现象，尤其是供水高峰期的高层供水尤为突出,给人们的生活带来了许多困扰。
以前为了解决用水难的问题，通常会在楼顶固定一个高位水箱，通过水箱的高度给水提供一定压力，再供给用户使用。
但这种方案明显非常落后，不仅投资大而且不利于房屋的维护和抗震。
上个世纪80年代后，气压供水逐渐替代了高位水箱供水。
但这种供水方式依旧存在很多缺陷。
气压供水所需要的设备的主要部件是压容器，其成本高，耗钢量大，结构复杂，而且水泵功率较大，反复启动，不仅影响电网，耗费电力资源，而且严重缩短了水泵和电磁设备寿命。
尤其是气压供水水压变化较大，缩短了水网，阀门，水表的使用寿命。
而水压过高会导致水管爆裂，造成水资源的大量流失。
而水压过低，则会造成用户供水不足或无法供水。
对于工业生产和特殊用途的供水而言，供水就更显得异常重要，例如在工业生产中如突然供水不足或断水，就可能会对产品的安全卫生产生某些不良影响。
而对于灭火水源来讲，供水不足则更加致命，对人民的生命财产安全造成极大隐患。
面对这些问题，供水的重要性已经不言而喻。
本文的设计就是基于PLC供水系统的设计。
液位检测检测水管中的水压得到的数据，通过对压力传感器对压力的监测，可以使管网中的水压自动的保持在事先设定好的压力值范围内。
当用户的用水量增加时，管网中的水压下降，供水控制器通过PLC使水泵转速加快，供水量相应增多，如果一台水泵不能满足用户的供水量，那么则通过控制器加泵；当用户用水量减少时，管网中水压上升，供水控制器通过PLC使水泵转速降低，供水量减少，如水泵转速降到最低还高出所需供水量，则关闭一台水泵。
简单来说就是根据用户用水量的大小，通过供水控制器对水泵的数量和转速的控制，从而使用户无论用水量的多少，管网中的水压始终能保持在设定范围内。
既满足了用户供水量的要求，又不会是水泵空转，造成电能的浪费，同时避免了水箱造成的二次污染。
是一种现代化的供水方案。
随着PLC技术的发展，结构简单，节省资源，抗干扰能力强，可靠高效的供水控制器将是高层建筑供水的研究方向。
本文主要采用了由三菱FX系列PLC构成的供水控制器，通过传感器检测得到的水压信号，与设定的水压数值比较，再通过PLC来控制水泵的数量和转速，达到大楼供水的效果。
1.2供水系统设计要求
某大楼物业供水系统有水泵4台，供水管道安装压力检测开关K1，K2和K3。
K1接通，表示水压偏低；K2接通，表示水压正常；K3接通，表示水压偏高。
其控制有如下四点：
1.自动工作时，当用水量少，压力增高，K3接通，此时可延时30s后撤除1台水泵工作，要求先工作的水泵先切断；当用水量多时，压力降低，K1接通，此时可延时30s后增设1台水泵工作，要求未曾工作过的水泵增加投入运行；当K2接通，表示供水正常，可维持水泵运行数量。
工作时，要求水泵数量最少为1台，最多不得超出4台。
2.各水泵工作时，均应有工作状态显示。
3.手动工作时，要求4台水泵可分别独立操作（分设起动和停止开关），并分别具有过载保护，可随时对单台水泵进行断电控制（注：
若输入点不够，可减少一个过载保护输入）。
4.设置“自动/手动”切换开关（ON——手动，OFF——自动），另设自动运行控制开关（ON——自动运行，OFF——自动运行停止）。
1.3供水系统设计思想
本系统将PLC、水泵、相应的传感器和执行机构有机地结合起来，并发挥各自优势。
系统采用三个压力传感器（压力检测开关）实时监测水位的压力，采用四台水泵保证供水量的需求，采用可编程控制器（PLC）来实现系统的自动运行。
这个操作方便的自动控制系统，以PLC为核心，以智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；由于水泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命；可以消除起动和停机时的水锤效应。
使得系统调试和使用都十分方便，而且大大简化了水厂在管理、数据统计和分析等方面的工作量。
PLC为主体构成的恒压供水系统不仅能够最大程度满足需要，其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能，将使供水实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率优质运行，降低自来水的生产成本和提高生产管理水
平的目的。
供水系统的供水
部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。
通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵做成一体，通过调节电机机组工作电机的数量，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。
因此，供水系统的实质是电动机的工作控制。
电动机的控制通常使用接触器，PLC通过控制接触器来实现自动控制电机机组的电机从而实现了大楼供水。
1.4供水系统方案确定
根据供水系统设计要求和思想可知，本供水系统主要由PLC控制单元、压力传感器、水泵机组以及低压电器组成。
系统主要的设计任务是利用PLC控制单元控制多台水泵，实现管网水压的供水。
“PLC+水泵机组+压力传感器”这种控制方式灵活方便。
具有良好的通信接口，可以方便地与其他的系统进行数据交换，通用性强，由于PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要求不同控制系统。
在硬件设计上，只需确定PLC的硬件配置和I／O的外部接线，当控制要求发生改变时，可以方便地通过PC机来改变存贮器中的控制程序，所以现场调试方便。
同时由于PLC的抗干扰能力强、可靠性高，因此系统的可靠性大大提高。
因此该系统能适用于各类不同要求的恒压供水场合，并且与供水机组的容量大小无关。
这种控制方案既有扩展功能灵活方便、便于数据传输的优点，又能达到系统稳定性及控制精度的要求，所以本次设计采用基于PLC的控制方式。
1.5供水系统运行和原理
1.5.1系统原理说明
根据系统的设计任务要求，结合系统的使用场所，故本次设计采用的“PLC+水泵机组+压力传感器”的控制方式。
系统主要的设计任务是利用控制单元控制一台水泵或循环控制多台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的启动，同时还要能对运行数据进行传输。
系统运行原理图如图1-1所示。
图1-1系统运行原理图
本系统通过市政供水管道往蓄水池供水，供水时，通过LDM-8W电池供电无线水位计来传递实时的液位信息给PLC，通过PLC检测出压力信号给压力传感器，从而控制不同水压时的供水。
而四台水泵通过交流接触器与PLC连接，保证用户不同用水量的需求。
这种控制方式灵活方便。
具有良好的通信接口，可以方便地与其他的系统进行数据交换；通用性强，由于PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各规模和要求不同控制系统。
在硬件设计上，只需确定PLC的硬件配置和压力传感器的外部接线，当控制要求发生改变时，可以方便地通过PLC来改变存贮器中的控制程序，所以现场调试方便。
同时由于PLC的抗干扰能力强、可靠性高，因此系统的可靠性大大提高。
因此该系统能适用于各类不同要求的供水场合，并且与供水机组的容量大小无关。
1.5.2系统运行说明
本供水系统运行分为手动和自动运行：
1.手动工作时，四台水泵能独立操作，并且有过载保护，可通过相应水泵的闸刀开关切断对相应水泵的电源实现断电控制。
2.自动工作时，当用水量少时，压力增高，高压报警灯亮起并起蜂鸣，通过PLC控制水泵工作，切断相应水泵；当用水量多时，压力降低，低压报警灯亮起并起蜂鸣，通过PLC控制水泵工作，切断相应水泵；高低压报警均未亮时表示水压正常，可维持水泵持续运行。
工作时水泵数量最少一台，最多四台。
第2章可编程控制器的概述
2.1可编程控制器介绍
1969年，在美国出现第一台可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController）以来，经过30多年的发展，现在已经成为一种最重要、高可靠性、应用场合最多的工业控制微型计算机。
它应用大规模集成电路、微型机技术和通信技术的发展成果，逐步形成具有多种优点和微型、小型、中型、大型、超大型等各种规格的PLC系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多过程控制领域。
可编程序控制器已和数控技术及工业机器人并列为工业自动化的三大支柱。
初期的PLC只是用于逻辑控制场合，代替继电器控制系统。
随着微电子技术的发展，PLC以微处理器为核心，适用于开关量、模拟量和数字量的控制，它已进入过程控制和位置控制等场合的控制领域。
目前，可编程序控制器既保留了原来可编程序逻辑控制器的所有优点，又吸收和发展了其他控制装置的优点，包括计算机控制系统、过程仪表控制系统、集散系统、分散系统等。
在许多场合，可编程序控制器可以构成各种综合控制系统，例如构成逻辑控制系统、过程控制系统、数据采集和控制系统、图形工作站等等。
2.2三菱FX系列介绍
三菱FX系列，是三菱PLC（可编程控制器）小型系列PLC。
目前主要分FX3G、FX3U、FX2N、FX1N、FX1S等系列。
FX系列PLC特点是一体机、高处理，可达365点开关量控制等。
2.2.1三菱FX系列PLC主要特点
1.小型·集成型
2.更高的性价比
3.高速化、高精度的控制（基本指令0.08μs/步）
4.高性能的内置功能（高速计数器、高速输入/输出等）
5.扩大控制点数，最大支持256点I/O
6.特殊单元的高性能化和高互换性
7.扩展通信端口,轻松地使用模拟量功能
8.扩充存储器容量
9.标准机种适合国际规格
2.2.2三菱FX系列PLC主要数据简介
在PLC内部结构和用户应用程序中使用着大量的数据。
这些数据从结构或数制上具有以下主要几种形式。
1.十进制数
十进制数在PLC中又称字数据。
它主要存在于定时器和计数器的设定值K；辅助继电器、定时器、计数器、状态继电器等的编号；定时器和计数器当前值等方面。
2.二进制数
十进制数、八进制数、十六进制数、BCD码在PLC内部均是以二进制数的形态存在。
但使用外围设备进行系统运行监控显示时，会还原成原来的数制。
一位二进制数在PLC中又称位数据。
它主要存在于各类继电器、定时器、计数器的触点及线圈。
3.十六进制数
十六进制数用于指定应用指令中的操作数或指定动作。
2.2.3三菱FX系列PLC基本指令
FX系列PLC有基本顺控指令20或27条、步进梯形图指令2条、应用（功能）指令100多条（不同系列有所不同）。
以FX2N为例，介绍其基本顺控指令和步进指令及其应用。
FX1N，FX2N，FX2NC共有27条基本顺控指令，2条步进梯形图指令。
三菱FX系列指令表如表2-1所示。
表2-1三菱FX系列指令表
指令助记符
名称
功能
LD
取
运算开始a接点
LDI
取反
运算开始b接点
LDP
取脉冲
上升沿检出运算开始
LDF
取脉冲
下降沿检出运算开始
AND
与
串联连接a接点
ANI
与非
串联连接b接点
ANDP
与脉冲
上升沿检出串联连接
ANDF
与脉冲
下降沿检出串联连接
OR
或
并联连接a接点
ORI
或非
并联连接b接点
ORP
或脉冲
上升沿检出并联连接
ORF
或脉冲
下降沿检出并联连接
ANB
回路块与
回路之间串联连接
ORB
回路块或
回路块之间并联连接
OUT
输出
线圈驱动指令
SET
置位
线圈动作保持指令
RST
复位
解除线圈动作保持指令
PLS
脉冲
线圈上升沿输出指令
PLF
下降沿脉冲
线圈下降沿输出指令
MC
主控
公共串联接点用线圈指令
MCR
主控复位
公共串联接点解除指令
MPS
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运算存储
MRD
读栈
存储读出
MPP
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