基于PLC的高层建筑供水系统设计.docx
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基于PLC的高层建筑供水系统设计
前言
随着城市建设规模的不断扩大，人们对供水质量和供水可靠性提出了越来越高的要求。
日常用水对人们生活有着极其重要的意义，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活，也直接体现了小区物业管理水平的高低。
传统的小区大多采用水塔供水系统，水塔高位水箱供水具有控制方式简单、运行经济合理等优点，但存在基建投资大，维护不方便，启动电流大等缺点，主要应用于高层建筑。
目前的供水方式朝高效节能、自动可靠的方向发展，变频调速技术以其显著的节能效果和稳定可靠的控制方式，在风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用。
因此基于PLC（可编程控制器）的变频调速恒压供水系统，越来越受到人们的重视和青睐。
通过对现有供水系统的调研和分析，确定以可靠性高、使用简单、维护方便、编程灵活的工控设备变频器和PLC作为主要控制设备来设计变频调速恒压供水系统，并引入计算机对供水系统进行远程监控与管理，保证整个系统运行可靠，安全节能，获得最佳的技术经济性能。
第一章建筑给水监控
1.1给水系统监控
1.1.1给水系统监控功能
水箱液位显示及报警
水泵起停控制
水泵运行状态显示及过载报警
水流、水压状态显示
累计各设备运行时间并据此制定设备维护周期
1.1.2给水设备监控物理量
液位信号
1）控制液位
2）报警液位
3）指示液位
4）液位信号
压力信号
压差信号
流量信号
温度信号
运行状态控制
1.1.3建筑给水系统方式
高位水箱供水方式
可分为并列供水方式、串联供水方式、减压水箱供水方式、减压阀供水方式
1、高位水箱并列供水方式
在各分区独立设水箱和水泵，水泵集中设置在建筑底层或地下室，分别向各区供水。
2、高位水箱并列供水方式
水泵分散设置在各区楼层中，地区水箱兼做上一区的水池。
3、减压水箱供水方式
整个高层建筑的用水量有低层水泵提升至屋顶总水箱，然后再送至各分区减压水箱。
4、减压阀供水方式
以减压阀代替减压水箱
气压水箱供水方式
气压水箱并列供水方式；
气压水箱减压阀供水方式。
无水箱供水方式
根据给水系统中用水量情况自动改变水泵转速，调整流量并使水泵具有较高工作效率。
1.2本课题供水系统结构及原理
1.2.1本课题供水系统结构图
本课题给水系统图
1.2.2本课题供水系统原理
本次课程设计为基于PLC的高层建筑供水系统的监控，整体分为高区与低区两部分给水区域，且两部分给水区域均提供两台水泵（均为恒速泵），在楼下设置水箱，根据用户用水量控制泵的启停。
在高层用户进水总管道处设置水压传感器，当传感器为高压（根据实际情况设置）时，表明用户较少，只开启任意一台水泵，且为了设备的长期运行，令这两台泵按一定周期交替启停；当传感器为低压（根据实际情况设置）时，表明用户较多，另两台泵同时工作；并且在这两台泵各自管道上安装水流开关，反馈泵是否正常工作，如果出现异常，令泵立即停止工作。
低层用户区域与高层工作原理完全相同
在进水管道同样安装水流开关，以反馈进水泵是否正常工作，如果异常立即关闭泵。
在此基础上，所有泵均受水池液位的控制，水池液位设为高位报警、低位报警、消火栓泵停泵液位，当高位报警进水泵立即停止工作；当低液位报警进水泵马上开始工作；当消火栓泵停泵液位报警，进水泵立即工作且高区、低区泵均立即停止工作，确保消防用水的充足。
第二章系统的PLC设计
2.1PLC控制及其编程
2.1.1PLC简介
可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工
业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制（ProgrammableLogicController），简称PLC。
它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展这种装置的功能已经大大的超过了逻辑控制的范围。
因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。
它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。
但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制进行选用配置。
2.1.2PLC工作原理与特点
PLC工作时，总是从第一条指令开始，按照用户程序固有的顺序逐条执行，直至用户程序结束，然后再返回第一条指令，开始新一轮的程序执行过程。
PLC的扫描工作过程可分为以下三个工作过程：
1、上电处理
2、扫描过程
3、故障处理
PLC的特点：
1）可靠性高、抗干扰能力强
2）编程简单、使用方便
3）系统设计、安装、调试和投运的工作量小
4）功能完善、通用性强
5）体积小、能耗低
2.1.3STEP7—Micro/WIN编程软件简介
STEP7—Micro/WIN是专用于S7—200系列PLC的编程软件，在Windows环境下运行，其基本操作与标准Windows软件内似，具有操作简便、简单易学的特点，其为用户编辑、调试和监控应用程序提供了良好环境，支持梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图（FBD）三种PLC编程语言。
2.2本课题PLC编程及其监控系统I/O地址分配表
编程思想已在1.1.2供水系统中描述过
某高层建筑供水监控系统I/O地址分配表
名称
类型
地址
名称
类型
地址
进水泵工作状态
输入
I0.0
高层用户进水端压力（高压）
输入
I1.4
进水泵流量开关
输入
I0.1
高层用户进水端压力（低压）
输入
I1.5
高层水泵
工作状态
输入
I0.2
低层用户进水端压力（高压）
输入
I1.6
高层水泵
工作状态
输入
I0.3
低层用户进水端压力（低压）
输入
I1.7
高层水泵
流量开关
输入
I0.4
进水泵
输出
Q0.0
高层水泵
流量开关
输入
I0.5
高层水泵
输出
Q0.1
低层水泵
工作状态
输入
I0.6
高层水泵
输出
Q0.2
低层水泵
工作状态
输入
I0.7
低层水泵
输出
Q0.3
低层水泵
流量开关
输入
I1.0
低层水泵
输出
Q0.4
低层水泵
流量开关
输入
I1.1
高位报警
输出
Q0.5
水池高液位
输入
I1.2
低位报警
输出
Q0.6
水池低液位
输入
I1.3
表2—1
第三章系统的组态设计
3.1组态王简介
组态王（KingView）是目前国类比较流行的一种国产自动化通用组态软件，适合于中小规模工业监控机，价格低廉。
组态王配有加密锁，支持工程加密；驱动程序较为丰富，如支持DDE,板卡，OPC服务器，PLC,智能仪表，智能模块等；支持ActiveX控件、配方管理、数据库访问、网络功能、冗余功能。
其扩展性强，可与管理计算机或控制计算机联网通信。
组态王以Window98/Window2000/WindowNT4.4中文操作系统为操作平台，具有功能图形完善，界面一致友好，易学易用的特点。
该软件包由工程管理器（ProjManager）、工程浏览器（TouchExplore）、画面运行系统（TouchVew）三部分组成。
ProjManager用于新建工程、工程管理，并能对已有工程进行搜索、备份及有效恢复，实现数字字典的导入和导出。
组态王主要用来组成监控和数据采集系统。
使现场的信息实时的传递到控制室。
保证现场操作人员和工厂管理工作人员都可以看到各种数据。
管理人员不需要深入生产现场就可以获得事实和历史数据。
优化控制现场作业，提高生产率和产品质量。
3.2利用组态王创建工程步骤
通常情况下，建立一个应用工程大致可分为以下几个步骤：
第一步：
创建新工程，为工程创建一个目录用来存放与工程相关的文件。
第二步：
定义硬件设备并添加工程变量，添加工程中需要的硬件设备和工程中使用的变量，包括内存变量和I/O变量。
第三步：
制作图形画面并定义动画连接，按照实际工程的要求绘制监控画面并使静态画面随着过程控制对象产生动态效果。
第四步：
编写命令语言，通过脚本程序的编写以完成较复杂的操作上位控制。
第五部：
进行运行系统的配置，对运行系统、报警、历史数据记录等进行设置，使系统完成用于现场前的必备工作。
第六步：
保存工程并运行。
3.3本课题组态创建过程
1、新建连接设备
图3-1
2、新建画面
图3-2
3、新建变量
图3-3
定义变量
图3-4
动画连接
图3-5
最终结果显示
水池液位低于10时，消火栓泵停泵报警、低位报警且进水泵打开，所有高层、低层泵停止
图3-6
水池液位介于10到30之间，低位液位报警，且进水泵打开，高低区泵可起可停
图3-7
水池液位高于90时，进水泵关闭
图3-8
水池液位显示编程：
if（\\本站点\进水泵==1&&\\本站点\进水阀门==1）
{\\本站点\水池液位=\\本站点\水池液位+4;}
if（\\本站点\高层用户泵1==1||\\本站点\高层用户泵2==1）
{\\本站点\水池液位=\\本站点\水池液位-4;}
if（\\本站点\低层用户泵3==1||\\本站点\低层用户泵2==1）
{\\本站点\水池液位=\\本站点\水池液位-4;}
if（\\本站点\水池液位>=90）
液位报警程序设计：
{\\本站点\高位报警=0;}
if（\\本站点\水池液位<90）
{\\本站点\高位报警=1;}
if（\\本站点\水池液位<=10）
{\\本站点\消火栓泵停泵液位=0;}
if（\\本站点\水池液位>10）
{\\本站点\消火栓泵停泵液位=1;}
if（\\本站点\水池液位<=30）
{\\本站点\低位报警=0;}
if（\\本站点\水池液位>30）
{\\本站点\低位报警=1;}
当高层（低层）水压传感器为高压（自行设定）时，表明用户较少，高层水泵1、2（低层水泵1、2）按一定周期交替启停
图3-8
当高层（低层）水压传感器为低压（自行设定）时，表明用户较多，高层水泵1、2（低层水泵1、2）全部启动
图3-9
总结
本次课程设计总体来说还是比较成功的，从初期的方案设计到PLC程序设计以及最后组态与PLC结合，都很成功，通过本次课程设计，进一步巩固理论知识，加深对建筑设备自动化控制技术理论知识的理解和对这些理论的实际应用能力；以前仅仅是理论知识的学习，印象不是很深刻，尤其是对有些概念的理解，总是感觉很模糊，理解不到位，但经过课程设计，这些问题得到了很大的解决，尤其是加深了对建筑设备自动化控制技术的理论的理解，熟练掌握可编程序控制器的使用和操作方法,加快了学习梯形图语言的速度,以及建立建筑设备自动化控制系统概念、积累工程现场经验、培养动手能力等方面都有很大的帮助；同时也培养查阅图书资料、工具书的能力，培养分析问题、解决问题的独立工作能力，学会了实验数据的分析与处理、编写设计说明书和技术总结报告。
总体比较成功，但同时也比较辛苦，也遇到了很多障碍，比如在编PLC程序时，总是不能很好实现两个水泵的交替运行，最终在同学的帮助下，发现有两点原因:
第一、程序没有在泵1置位时，给泵2复位，总是出现其中一个泵不运行;第二、在计时器停止后，两个泵未能很好复位。
还有在进行组态王与PLC通信时，程序与组态都很完美，但总是通讯失败，究其愿意，COM设置有问题。
历时两周时间，可以说比较艰辛吧，毕竟PLC已经学过快一年了，组态王还是一个陌生的东西，得从头学起，最后的课程设计论文更是熬到晚上三点钟才弄好，但是，我很享受这个过程，在解决问题的同时，不仅学到的科学文化知识、锻炼了解决问题的能力，更重要的是使同学之间的关系更加融洽，班级更加团结。
参考文献
1、《电气控制与PLC应用》何波中国电力出版社
2、《建筑设备自动化》王可崇人民出版社
3、《建筑电气控制技术》马小军机械工业出版社
4、《微型计算机控制技术》潘新民王燕高等教育出版社
5、《电气控制与PLC应用》黄江峰巫莉中国电力出版社
6《电气工程师设计手册》
致谢
首先衷心感谢我的课程设计指导老师闫秀英老师和刘敏层老师！
闫秀英老师善解人意、治学严谨、随和大气的治学态度与生活态度在平时上课过程当中就深有体会，尤其是在智能小区规划课程后期的分组完成各个子系统的工作当中体现的淋漓尽致，在这次课设过程当中也给了我不少帮助。
刘敏层老师作为一名工科老师，不仅以认真无私的传授学生科学文化知识为天职，而且也充分利用课间或课堂时间加强学生人文素质的培养，给学生耳目一新的感觉，此外，在平时实验过程中刘老师总是很耐心，这在建筑设备自动化第一次实验时给我印象很深刻，同时在此次课设过程中更是给了我很大的帮助。
从两位老师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人处事的道理。
这一切都将对今后的工作和生活产生重要的积极影响。
特此在本论文完成之际，对两位老师的精心指点和谆谆教诲表示崇高的敬意和衷心的感谢！
其次在论文撰写期间，我要感谢许多让我分享他们宝贵经验和知识的无名老师（指导我们实现组态与PLC连接）及同学。
在实验室414调试程序的两个晚上，他们不仅不计较影响他们正常休息时间，还耐心协作，共同克服困难，是整个程序更加完美。
最后，对评审论文的老师表示衷心的感谢！
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