寧夏理工學院畢業論文摘要隨著計算機技術、信息通信技術等電子信息技術的不斷發展、進步，建筑物中設備的自動化程度越來越高。同時，隨著城市建設步伐的加快越來越多的高層建筑為城市增添了現代化氣息。智能建筑技術正是在這樣的背景下得到蓬勃發展的，本文在討論智能建筑的基礎上，對一幢二十六層綜合樓，樓高81m的建筑的給排水控制系統進行了研究。針對該高層商住樓用水，結合智能建筑的特點，對該建筑的給水系統、排水系統，進行了初步探討。給排水系統主要由水泵、水池、電機及閥門等組成。采用變頻器進行壓力調節，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控制的核心部件，時刻跟隨管網壓力與給定壓力的偏差變化，經變頻器內部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和電機轉速，實現閉環自動調節恒壓變量供水，在保持恒壓下達到控制流量的目的。給排水系統的監控是通過計算機對系統中的各種水位、水泵工作狀態和管網壓力進行實時監測，按照一定要求控制水泵的運行方式、臺數和相應閥門的動作，以達到需水量和供水量之間的平衡、污水的及時排放，實現水泵高效、低耗的最優化控制，達到經濟運行的目的；并對給排水系統的設備進行集中管理，保證系統可靠運行。 當需水量減小時，電動機轉速降低，水泵出口流量減少，否則電動機轉速調高。排水系統中污水處理池、污(廢)水集水井的液位由高低液位顯示及越限報警來提醒。水泵過載報警監視水泵的運行狀態，當水泵出現過載時停機并發出報警信號。 在本設計中，主要內容包括給水系統，排水系統設計。其中給水系統中采用恒壓變頻供水方式，水源是城市供水管網。關鍵詞：智能建筑；給水系統；排水系統；變頻調器；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- 32 -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物。美國智能建筑學會定義“智能建筑”是將結構、系統、服務及運營相互聯系全面綜合，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。從發展的角度來看，應強調智能大廈是多學科、多技術系統集成的特點，即智能建筑是指利用系統集成的方法，將智能計算機技術、通信技術、信息技術與建筑藝術有機結合，通過對設備的自動監控，對信息資源的管理和對使用者的信息服務及其與建筑物的優化組合，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”結構圖如下圖1.1所示，因此，智能建筑又被稱3A建筑.OASBASCAS圖1.1智能建筑結構圖 OAS-辦公自動化系統BAS-建筑設備自動化系統CNS-通訊網絡系統2、智能建筑的特點(1)智能建筑創造了安全、健康、舒適宜人和能提高工作效率的辦公和居住環境；(2)節能：利用最新技術節約能源；(3)能滿足多種用戶對不同環境功能的要求；(4)現代技術化的通信手段與辦公條件。1.1.2智能建筑在世界的發展以及應用上世紀80年代后期，智能建筑風靡全球，這主要是代表電子技術的計算機、通訊、控制三項技術在樓宇自動化、通訊網絡以及它們的系統集成方面有了飛躍的發展。無論從硬件、軟件到集成技術都有顯著的進步，加上上個世紀90年代初，國際互聯網在世間迅速普及和應用，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、更便捷的環境。一個蓬蓬勃勃的建筑智能化的普及高潮業已在全球形成。1.1.3智能建筑在我國的發展及應用智能建筑進入我國技術領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熱潮，由此興起的我國智能建筑發展迅速，呈現巨大的市場潛力，社會經濟效益顯著。隨著通信技術、網絡技術、計算機技術等在我國的迅速發展，智能建筑在各方面也有很大的提高。據有關資料顯示，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，以實現電機的變速運行的設備，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。變頻調速器（frequency changer / frequency converter）是一種用來改變交流電頻率的電氣設備。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速的基本原理異步電動機的同步轉速，即旋轉磁場的轉速為：n0=60f1p改變異步電動機的供電頻率，可以改變其同步轉速，實現調速運行。式中，n0同步轉速(r/min)； f1定子頻率(Hz)； p磁極對數。而異步電動機的軸上輸出的轉速為n=n0(1-s)= 60f1/p(1-s)式中 s異步電動機的轉差率，s= (n0-n)/n01.2.3變頻器的應用這里主要介紹變頻器在恒壓供水系統中的應用。恒壓供水是指不管用戶端用水量大小，總保持管網中水壓基本恒定，這樣既可滿足用戶對水的需求，又不使電動機空轉而造成電能浪費。為實現上述目標，需要變頻器根據給定壓力信號和反饋壓力信號來調節水泵轉速，從而控制管網中水壓恒定。變頻調速恒壓供水系統均為閉環系統，用PLC方式控制。有的系統供水管網比較大，所控制的水泵臺數也比較多，則可采取總線控制方式，在系統內形成局域網，以提高自動化程度和生產效率。1.2.4變頻調速技術變頻調速技術是現代電力傳動技術重要發展方向，隨著電力電子技術，微電子技術和現代控制理論在交流調速系統中的應用，變頻交流調速已逐漸取代了過去的滑差調速,變極調速，直流調速等調速系統，越來越廣泛的應用于工業生產和日常生活的許多領域。1.3 PLC1.3.1概念PLC：工業用計算、控制裝置，實現邏輯、時序、計算等控制功能，一般作為整個自動化控制系統的上位主機。1.3.2 PLC的產生與發展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，數學運算和數據處理能力大大提高，增加了運算控制，PID控制。聯網能力加強PLC向標準化，系列化發展。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，具有大批量數據處理能力，出現了智能化模塊，可以對各種復雜系統進行控制。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。同計算機的發展類似，目前PLC正朝著小型、簡易、價格低廉的方向發展。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）。可以毫不夸張地說，到目前為止沒有任何一種工業控制設備可以達到PLC這樣高的可靠性。 隨著器件水平的提高，PLC的可靠性還在繼續提高尤其是近來開發出的多機冗余系統和表決系統則更進一步增加了PLC的可靠性。2、環境適應性強PLC具有良好的環境適應性，可應用于十分惡劣的工業現場。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。一般對環境溫度要求不高，在環境溫度-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時，PLC具有很高的靈活性。首先，PLC產品已經系列化，結構形式多種多樣，在機型上有很大的選擇余地。其次，同一機型的PLC其硬件構成具有很大的靈活性，用戶可以根據不同任務的要求，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構的控制裝置。再者，PLC是利用應用程序實現控制的，在應用程序編制上有較大的靈活性。在實現不同的控制任務時，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方式，不需要進行電平轉換和驅動放大；對于模擬信號，輸入和輸出采用傳感器、儀表和驅動設備的標準信號。PLC的各個輸入和輸出模塊與外部設備的連接十分簡單。5、 PLC具有監控功能。利用編程器或監視器可以對PLC的運行狀態、內部數據進行監視或修改。PLC控制系統的維護非常簡單。利用PLC的診斷功能和監控功能，可以迅速查找到故障點，對大多數故障都可以及時予以排除。第2章設計方案2.1工程概況假設該智能建筑共有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，一個衛生間和一個陽臺；其中6戶為三室一廳，一個廚房，兩個衛生間和一個陽臺；1戶為一室一廳，一個廚房和一個衛生間。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，一個衛生間和一個陽臺；其中7戶為三室一廳，一個廚房，兩個衛生間和一個陽臺。廚房內設廚房洗滌盆1個，衛生間內設浴盆1個，低位水箱坐便器1個，洗臉盆1個。每戶設分戶水表，共用水表箱設在走廊內。室外常年可保證的市政水壓為400kPa。本系統用給水泵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。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，但存在著壓力不穩定、氣包需定期充氣、壓力容器易產生危險等缺點。目前已逐步被變頻調速恒壓供水設備所取代。變頻調速恒壓供水設備采用國際上成熟的變頻調速技術，具有水壓穩定、維護方便、運行費用低、節能等優點。供水壓力隨水流量的變化而變化，供水系統的水流量受水消耗量的控制。為保證建筑內的供水要求：安全、穩定。即既要有足夠的水量，又要有良好的水質和穩定適宜的水壓。故選用變頻調速恒壓供水。2.3主要研究內容智能建筑是計算機和信息處理等高技術與建筑藝術的有機結合。綜合型智能建筑由三大基本要素構成，即辦公自動化系統(OAS)，建筑設各自動化系統(BAS)和通訊網絡系統(CNS)，這三大要素也稱之為3A系統。建筑設備自動化系統保證機電設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值進行測量，并按照使用者要求迅速實施調節和綜合管理，為用戶提供舒適宜人的室內環境和可靠的安全保障。給排水系統屬建筑設備管理自動化系統的一部分，要求其運行安全可靠，實現水泵最佳運行控制。因此，本設計只對給水系統和排水系統進行研究。第3章 給水系統3.1概念及組成3.1.1概念給水系統：通過管道及輔助設備，按照建筑物和用戶的生產、生活和消防需要，有組織地輸送到用水點的網絡稱為給水系統，包括生活給水系統、生產給水系統和消防給水系統。3.1.2給水系統的組成給水模擬系統組成示意如下圖3.1所示：市網自來水水流開關液位計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速器壓差開關3.1給水系統示意圖由蓄水池、液位計、電磁閥、水泵、電機、止回閥、三通閥、壓力變送器、變頻調速器、壓差開關等組成。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本身流動而自動開、閉閥瓣，用來防止介質倒流的閥門，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倒流、防止泵及驅動電動機反轉，以及容器介質的泄放。止回閥還可用于給其中的壓力可能升至超過系統壓的輔助系統提供補給的管路上。（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，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:為了防止介質逆流，在設備、裝置和管道上都應安裝止回閥；止回閥一般適用于清凈介質，不宜用于含有固體顆粒和粘度較大的介質。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，使傳感器內電阻成線性變化，由智能轉換器將電阻變化轉換成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、輕工及醫藥等行業污水處理及各類常壓和承壓容器內介質液位的測量，尤其對于地下貯槽、貯罐的液位測量最為理想。（3）技術參數測量范圍：03500mm供電電壓：1236V DC輸出信號：兩線制420mA.DC疊加數字信號，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實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業自控環境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業，下面就簡單介紹一些常用壓力變送器的原理及其應用 應變片壓力變送器原理與應用力學傳感器的種類繁多，如電阻應變片壓力變送器、半導體應變片壓力變送器、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校量程的500%；最大負遷移量為最小調校量程 的600%.過程壓力通過兩側或一側的隔離膜片、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壓力差產生相應變形位移，其位移與差壓成正比，最大位移約0.1mm，這種位移轉變為電容極板上形成的差動電容，由電子線路把差動電容轉換成二線制的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、水位控制器、液位開關）是指通過機械式或者磁感應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備的啟停。電纜式液位報警器原理是通過微動開關為核心元件封裝在密閉的塑料外殼內進行高低液位檢測，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信號，或者直接供電給報警器，從而實現對液位的報警功能。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設備，用在工業控制系統中調整介質的方向、流量、速度和其他的參數。電磁閥是用電磁的效應進行控制，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預期的控制，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預期的控制，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的不同位置發揮作用，最常用的是單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調節閥等。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轉變成標準的電信號(如420mADC等)， 以供給指示報警儀、記錄儀、調節器等二次儀表進行測量、指示和過程調節。壓力傳感器是工業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制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器.壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態測量，因為經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的應力。壓電傳感器主要應用在加速度、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。它具有結構簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優異的特點。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得到了廣泛的應用，特別是航空和宇航領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、水流開關該系統用到的傳感器是采用的是海灣公司的產品。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，同時靠開關電接點輸出（提供）一個信號的通斷的狀態。2，設備系統靠檢測有無信號或控制電流從此開關上通過（水流開關電接點的通、斷狀態），來判斷管路系統的工作狀況，給出相應的控制或運行方式或措施；8、壓差開關壓差開關是用于探 測空氣壓力、空氣壓差的設備。在樓宇自控系統中，主要應用于風機的運行狀態的監測，以及監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控制系統的組成變頻恒壓供水系統原理如圖3.2所示，它主要是由PLC、變頻器、PID調節器、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、轉換開關來了解和控制系統的運行。 蓄水池用戶液位計壓力傳送器變頻控制單元城市管網水源調節閥給水泵止回閥圖3.2變頻恒壓供水系統原理圖給水泵設置3臺，采用變頻控制，可實現不間斷恒壓供水。采用手動自動混合控制及監控方式，滿足智能建筑對建筑給排水的基本控制要求的實現。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，在本設計中取用最高標準300L/pd，時變化系數Kh=2.5，用水時間T=24h。每戶為3人，用水人數為：3*11*23=759人。 本建筑12層不供水，住房區每層有11套住房，3層：其中5戶配有一個衛生間（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個衛生間和一個廚房。426層：其中4戶為一個衛生間和一個廚房；其中7戶為2個衛生間和一個廚房。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考慮管網漏失水量和未預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于地下室內，水泵直接將水抽到給水系統中。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如下表：表3. 1 水泵參數表管徑(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型泵適用于農田灌溉、工廠及城鎮給水；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。水泵基礎定為邊長350mm的正方形，基礎深度H=30d=540mm。2、引入管及水表選擇水表的選擇高區管網管段設計流量為 8.4L/s=27.2m3/h中區管網管段設計流量為 10.1L/s=36.4m3/h據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，其技術參數如下表：表3.3 LXL-80N水平螺翼式水表技術參數型號公稱口徑（）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（m3/h）最大讀數（m3/h）LXL-80N80A8040123.20.019999993.2 給水系統控制要求 給排水系統的監控和管理由現場控制和集控中心來實現，其最終目的是實現給排水的合理調度，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，實現水泵的最佳運行。 給水的監控系統需隨時監視大樓給排水系統，并自動儲水；當系統出現異常情況或需要維護時，及時發出信號，通知管理人員處理。給水系統監控主要包括水泵的自動啟停控制、水泵的故障報警、水泵的運行狀態監測、水箱水位監測等，通過程序設計來滿足自動控制要求，即根據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警。當水泵出現故障時，立即發出報警信號，同時備用泵自動投入運行。給水系統監控3.3給水系統監控原理3.3.1給水系統中監控的物理量（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給、用水量的大小進行觀察和計量；（3）運行狀態信號：在給排水系統中都設有水泵等運轉設備，了解這些設備的運行狀態是十分必要的。3.3.2恒壓供水系統的結構及功能本系統采用兩套電機 水泵對水網進行恒壓供水 ,每臺電機均可工作在變頻方式或工頻方式 ,但變頻調速器每次僅驅動一臺電機。變頻調速器根據實際水壓的變化 ,不斷地調整水泵轉速 ,通過調節流量達到恒定水壓的目的。另外 ,可編程序控制器根據當前水泵的供水情況對其進行合理切換 ,實現最佳匹配。本PLC變頻調速恒壓供水系統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。給水系統監原理圖如下圖3.3所示壓力設定值壓力傳感器變頻器調速器PID供水泵供水管網偏差3.3給水系統監控原理圖利用 P LC控制技術和變頻調速技術開發的全自動恒壓供水系統 ,管道內水壓恒定 ,既可以滿足供水要求 ,避免出現供水事故 ,還可節約電能。系統采用壓力閉環控制 ,自動修正被控變量出現偏離的能力，可以修正元件參數變化以及外界擾動引起的誤差，控制精度高。閉環恒壓供水的 PID調節：在供水過程中 ,水泵轉速的變化可以調節水量 ,但是轉速降低 ,流量減小 ,壓力也相應降低 ,為了保證流量并維持一定的供水壓力 ,最大限度地節約電能 ,我們必須建立閉環自動調節系統。在水泵的出口側 ,檢測壓力變化 ,一旦偏離設定壓力 ,系統就自動響應 ,調節轉速 ,維持相應壓力下的供水量。該閉環恒壓供水系統 ,主要由變頻器、 可編程序控制器及傳感器組成。調節原理圖如下圖3.4所示:設定值水壓變頻器壓力傳感器電機水泵e圖3.4 PID調節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，使其構成壓力閉環控制系統。用的控制器是 P I D調節為主要手段。 一般情況下，PID方式的調節器就能夠滿足供水管壓力的穩定調節。然而，這種類型的閉環系統 也存在著一些難以解決的問題，比如在系統的動態運行過程中， 水泵 電機的速度會經常出現過調量，甚至不穩定，這些都對整個的供水設備具有很大的破壞性 ， 還會減小整個系統的效率。目前，針對于供水系統的調節器設計都對 P I D調節算法進行了一定程度的改進，并且在 PID算法的參數設定時做了大量工作。在供水系統中使用水泵的目的,是向各末端水龍頭連續穩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 ,將感受到的壓力轉化為電信號作為反饋信號。變頻器內置 PID調節器作為壓力調節器。PID調節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 ,其結果作為頻率指令輸送給變頻器 ,調節水泵的轉速使出口壓力保持一定。根據供水管網壓力的變化 ,通過變頻器實現自動跟蹤來控制水泵電機的轉速 ,使供水管網中保持恒定的壓力 ,以達到高效供水及高效節能目的。總的原理如下： 系統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控制并聯的若干臺水泵在工頻電網與變頻器間進行切換，實現壓力調節。系統采用2臺水泵并聯運行方式，通過安裝在出水管網上的壓力傳感器，把出口壓力信號變成4-20mA的標準信號送入PID調節器，經運算與給定壓力參數進行比較，得出一調節參數，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉速，調節系統供水量，使供水系統管網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。根據用水量的大小由PLC控制工作泵數量的增減及變頻器對水泵的調速，實現恒壓供水。當供水負載變化時，輸入電機的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構成了以設定壓力為基準的閉環控制系統。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，系統供水采用變頻泵循環方式，以“先開先關”的順序關泵，工作泵與備用泵不固定死，這樣，既保證供水系統有備用泵，又保證系統泵有相同的運行時間，有效地防止因為備用泵長期不用發生銹死現象，提高了設備的綜合利用率，降低了維護費用。3.3.3自動監測及報警在低位蓄水池處可設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，傳感器向現場控制器送出信號，現場控制器給水泵機組輸送信號，使水泵自動停機。當水位低于所設的低位報警水位時，系統報警。這種壓力傳感器可以通過壓力連續檢測水池液位，并把信號送入現場控制器中，而停泵和報警液位的設定是可改變的。示意圖如下圖3.6所示至用戶供水網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4.1排水系統概念及組成4.1.1排水系統的概念排水系統：通過管道及輔助設備，把屋面雨雪水，生活和生產產生的污水、廢水及時排放出去的網絡，稱為排水系統。4.1.2排水系統的組成排水系統由液位計，現場控制器及水泵電機設備。示意圖如下圖4.1所示生活污水圖4.1排水系統示意圖下限液位上限液位高限液位液位計城市管網廢水回收池水泵電機止回閥4.2排水系統需檢測的物理量污水處理池、污廢水集水井的高低液位；水泵運行狀態顯示： 檢測水泵的開停及有關壓力、流量等有關參數；水泵過載報警： 監視水泵的運行狀態，擋水泵出現過載時停機并發出警報信號。4.3排水系統的控制原理：根據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，啟動相應的水泵；當水位達到高限時，連鎖啟動相應的備用泵。工作原理集水井設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，監控系統根據集水井水位變化控制工作泵的啟停，液位信號送入現場控制，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，監控系統發出報警信號，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自動斷開，電機停轉停止排水。第5章 硬件與軟件5.1硬件5.1.1P LC控制系統硬件設計恒壓供水控制系統由可編程序控制器、 變頻器、 執行機構和傳感器等構成。P LC作為控制單元 ,根據現場信號和系統工作狀態控制兩臺水泵的起動和停止,控制變頻器的起動和停止 ,變頻器根據壓力給定和實測壓力調節輸出頻率 ,改變水泵轉速 ,控制管網壓力 ,并將變頻器工作狀態輸出到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SW1、SW2到SW6設定。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，以擴大其接口的數量和聯網能力。 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點數字量輸入和16點數字量輸出的小型系統。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 數字量I/O物理區: 128入120出模擬量I/O物理區: 287或14出 內置高速計數器:個（30KH）內置模擬電位器: 2個（位） 實時時鐘: 內置 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通訊協議、MPI通訊協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SW1、SW2到SW6設定。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境，可進行離線編程和在線連接和調試，并能實現梯形圖與語句表的互相轉換。主要檢測元件有光電開關、壓力檢測開關，共計12個輸入信號。執行部件有電機、變頻調速器、報警器等，共三個輸出點。PLC主要完成現場的數據采集、轉換、存儲、報警、控制變頻器完成壓力調節等功能。兩臺水泵由變頻器直接驅動，進行恒壓控制，變頻器的起動、停止分為手動和PLC控制。控制面板上設有一個手動/自動轉換開關，PLC對該開關的狀態實時檢測，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) ;遇有緊急情況和發生供電相序故障等需要緊急停車時 ,系統設有一個急停按鈕 ,占用 P LC的一個輸入點 ,以控制整個系統的全線停車;系統分自動和手動兩種工作方式 ,由一個選擇開關控制 ,選擇開關連接 P LC的一個輸入點 ,因此 ,該控制系統中共占用 P LC的七個開關量輸入信號。整個控制系統所需的輸入P 輸出點數量共為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，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 控制電路設計在控制電路設計中，系統自動/手動轉換。控制系統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，防止系統中出現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象。5.1.5 系統流程為方便調試和編程，系統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