陳 芳，聶宗瑤 (安徽城市管理職業(yè)學(xué)院信息工程系，安徽 合肥 230601)

基于PLC的樓宇給排水系統(tǒng)設(shè)計

陳 芳，聶宗瑤 (安徽城市管理職業(yè)學(xué)院信息工程系，安徽 合肥 230601)

針對公寓住宅建筑給排水智能化的需求，在分析樓宇給排水系統(tǒng)組成的基礎(chǔ)上，基于PLC控制技術(shù)設(shè)計了樓宇給排水系統(tǒng)。實際測試表明，利用該系統(tǒng)可以實現(xiàn)生活給水的雙泵變頻恒壓控制、用水量計費和滅火等功能，具有很好的實用性。

給排水系統(tǒng)；PLC；恒壓供水

隨著科技的發(fā)展，居住環(huán)境的智能化水平不斷提高。為此，國家頒布的《智能建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定：“給排水系統(tǒng)中的給水設(shè)備、消防設(shè)備、污水設(shè)備運行工況需要監(jiān)控與記錄。此外，甲級設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)還要求給排水設(shè)備的各種運行要有響應(yīng)的狀態(tài)顯示、超限報警及其通訊。”下面，筆者利用當(dāng)前較為流行的PLC(可編程邏輯控制器)控制技術(shù)[1]，設(shè)計并實現(xiàn)了樓宇給排水系統(tǒng)。

1 樓宇給排水系統(tǒng)的組成

樓宇給排水系統(tǒng)包括生活給水系統(tǒng)、消防給水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等組成。生活給排水系統(tǒng)主要由給水泵、給水箱、給水管道、測量管道水壓的壓力變送器、計量水量的脈沖水表等組成，通過單泵變頻或多臺工頻、變頻切換控制[2]來實現(xiàn)恒壓供水，通過脈沖式水表與程序控制來完成用水量的自動計量。消防給水系統(tǒng)主要由給水箱、噴淋泵、濕式報警閥、壓力開關(guān)、消防水管道和閉式噴淋頭等組成，管路采用鍍鋅管，通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動噴淋滅火功能。排水系統(tǒng)主要由污水坑(箱)、液位傳感器、排水泵、排污水管道等組成，可實現(xiàn)污水坑箱的水位監(jiān)測和排水泵的自動啟停。

2 樓宇給排水系統(tǒng)主要硬件設(shè)計

1)生活給水系統(tǒng) 生活給水系統(tǒng)主要保證供水管道壓力維持在一定壓力范圍內(nèi)[3]，其由變頻器，生活給水水泵(包括生活給水水泵1和生活給水水泵2)、壓力變送器、用水終端、管路等組成，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 生活給水系統(tǒng)框圖

當(dāng)設(shè)定的供水管道壓力值小于一臺水泵所提供的管道壓力時，給水系統(tǒng)處于單泵變頻運行工作狀態(tài)，此時，生活給水水泵1 處于變頻工作狀態(tài)。系統(tǒng)在處于單泵運行狀態(tài)時，如用戶的用水量增加，生活給水水泵1 工作頻率上升到工頻(50Hz)仍不能滿足用水要求(表現(xiàn)為管道壓力達不到設(shè)定值)，控制器發(fā)出指令將生活給水水泵1 切換到工頻狀態(tài)運行，而生活給水水泵2則進入變頻啟動狀態(tài)，這樣可以使管道壓力達到供水管道壓力設(shè)定值。

2)消防給水系統(tǒng) 消防給水系統(tǒng)框圖如圖2所示。該系統(tǒng)工作狀態(tài)包括伺應(yīng)狀態(tài)和報警狀態(tài)，其中伺應(yīng)狀態(tài)是系統(tǒng)在調(diào)試運行正常后和噴水滅火動作前的一種預(yù)備狀態(tài)，其要求閥前壓力表的壓力數(shù)值為0.3MPa 左右，最低不能低于0.2MPa，否則該系統(tǒng)將不能完成報警和消防滅火功能。

3 樓宇給排水系統(tǒng)軟件設(shè)計

圖2 消防給水系統(tǒng)框圖

以微機作為上位機，在上位機中安裝力控組態(tài)軟件以及下位機(PLC)進行編程的編譯軟件，通過下位機實現(xiàn)給排水設(shè)備的全自動程序控制。上位機通過PPI通信實時采集設(shè)備的運行信息并進行集中監(jiān)視、顯示和記錄。進而通過以太網(wǎng)接入市政網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程監(jiān)控，這樣更加便于市政的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控。

1)生活給水的恒壓控制程序設(shè)計 生活給水的水壓應(yīng)用PLC的模擬量PID編程控制變頻器[4]實現(xiàn)恒定壓力。整個系統(tǒng)編程采用主程序及其子程序調(diào)用模式，其中主程序采用以下邏輯控制方式：變頻恒壓供水主程序啟動；調(diào)用給水計量程序、PID計算初值、故障預(yù)警程序；完成變頻頻率初值賦值；變頻啟動生活給水水泵/并運行，運行PID計算恒壓供水；變頻與工頻的控制邏輯轉(zhuǎn)換。

2)水表計量累計程序設(shè)計 脈沖式水表將用水量轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成脈沖信號，脈沖信號輸出端接入PLC的開關(guān)量的輸入端，并通過PLC內(nèi)部控件編程實現(xiàn)水量計量及水量信息的遠程傳遞。水表計量累計程序主要采用以下邏輯控制方式：上次水表讀數(shù)的輸入；數(shù)據(jù)保存；水表脈沖數(shù)據(jù)計量結(jié)果及數(shù)據(jù)保存。

3)消防水自動噴淋及排污水控制設(shè)計 消防水自動噴淋控制及排污水控制都是通過上下極限報警開關(guān)作為啟動和停止信號的邏輯控制方式，其程序主要實現(xiàn)如下功能，即噴淋泵運行控制和排水程序控制。

圖3 上位機監(jiān)控系統(tǒng)流程圖

圖4 組態(tài)軟件運行界面圖

4)上位機組態(tài)監(jiān)控設(shè)計 采用力控組態(tài)軟件進行上位機組態(tài)監(jiān)控設(shè)計[5]，該軟件可以和相關(guān)的檢測設(shè)備以及控制設(shè)備組合在一起構(gòu)成符合用戶需求的監(jiān)控系統(tǒng)，其中以計算機作為數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)過程監(jiān)控的平臺。此外，該軟件提供高度集成化、可視化的開發(fā)環(huán)境，采用面向“對象”設(shè)計的導(dǎo)航器和工具箱。上位機監(jiān)控系統(tǒng)流程圖如圖3所示。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

組態(tài)軟件運行的界面如圖4所示。在組態(tài)運行的過程中可以實時顯示供水壓力、水表累積數(shù)據(jù)、污水坑液位的高低狀態(tài)以及消防給水系統(tǒng)的閥門開關(guān)狀態(tài)，也可以實時顯示2臺供水泵的運行狀態(tài)(停止、工頻/變頻運行等)。對于恒壓供水的管道壓力設(shè)定值和PID控制參數(shù)，可以在上位機控制面板中直接修改，然后通過下位機程序自動調(diào)節(jié)相應(yīng)的控制參數(shù)實現(xiàn)管道的恒壓。此外，還可以在組態(tài)軟件運行界面上直接觀測管道水壓的設(shè)定值和實際值。

5 結(jié)語

以微機作為上位機，在上位機中安裝力控組態(tài)軟件以及下位機(PLC)進行編程的編譯軟件，通過下位機實現(xiàn)給排水設(shè)備的全自動程序控制。上位機通過PPI通信實時采集設(shè)備運行信息并進行集中監(jiān)視、顯示和記錄，進而通過以太網(wǎng)接入市政網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程監(jiān)控，最終實現(xiàn)了生活給水的雙泵變頻恒壓控制、用水量計費和消防滅火等功能，具有很好的實用性，可以在公寓住宅建筑中加以推廣。

[1]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

[2]陳忠華.可編程序控制器與工業(yè)自動化系統(tǒng)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006.

[3]崔堅.西門子S7可編程序控制器-STEP7編程指南[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007.

[4]王樹.變頻器調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

[5]蔡行健，黃文鈺.深入淺出西門子S7-200 PLC[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005.

[編輯] 李啟棟

TP271

A

1673-1409(2013)22-0057-03

2013-05-12

安徽省高校自然科學(xué)資金資助項目( KJ2013Z011)。

陳芳(1981-)，女，碩士，講師，現(xiàn)主要從事電力系統(tǒng)自動化方面的教學(xué)與研究工作。