基于PLC的樓宇給排水系統設計

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

基于PLC的樓宇給排水系統設計

陳 芳，聶宗瑤 (安徽城市管理職業學院信息工程系，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組成的基礎上，基于PLC控制技術設計了樓宇給排水系統。實際測試表明，利用該系統可以實現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；PLC；恒壓供水

隨著科技的發展，居住環境的智能化水平不斷提高。為此，國家頒布的《智能建筑設計標準》中規定：“給排水系統中的給水設備、消防設備、污水設備運行工況需要監控與記錄。此外，甲級設計標準還要求給排水設備的各種運行要有響應的狀態顯示、超限報警及其通訊。”下面，筆者利用當前較為流行的PLC(可編程邏輯控制器)控制技術[1]，設計并實現了樓宇給排水系統。

1 樓宇給排水系統的組成

樓宇給排水系統包括生活給水系統、消防給水系統、排水系統等組成。生活給排水系統主要由給水泵、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。消防給水系統主要由給水箱、噴淋泵、濕式報警閥、壓力開關、消防水管道和閉式噴淋頭等組成，管路采用鍍鋅管，通過控制系統實現自動噴淋滅火功能。排水系統主要由污水坑(箱)、液位傳感器、排水泵、排污水管道等組成，可實現污水坑箱的水位監測和排水泵的自動啟停。

2 樓宇給排水系統主要硬件設計

1)生活給水系統 生活給水系統主要保證供水管道壓力維持在一定壓力范圍內[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，其系統框圖如圖1所示。

圖1 生活給水系統框圖

當設定的供水管道壓力值小于一臺水泵所提供的管道壓力時，給水系統處于單泵變頻運行工作狀態，此時，生活給水水泵1 處于變頻工作狀態。系統在處于單泵運行狀態時，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(表現為管道壓力達不到設定值)，控制器發出指令將生活給水水泵1 切換到工頻狀態運行，而生活給水水泵2則進入變頻啟動狀態，這樣可以使管道壓力達到供水管道壓力設定值。

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

3 樓宇給排水系統軟件設計

圖2 消防給水系統框圖

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

1)生活給水的恒壓控制程序設計 生活給水的水壓應用PLC的模擬量PID編程控制變頻器[4]實現恒定壓力。整個系統編程采用主程序及其子程序調用模式，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；調用給水計量程序、PID計算初值、故障預警程序；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換。

2)水表計量累計程序設計 脈沖式水表將用水量轉換成開關信號，通過轉換電路轉換成脈沖信號，脈沖信號輸出端接入PLC的開關量的輸入端，并通過PLC內部控件編程實現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：上次水表讀數的輸入；數據保存；水表脈沖數據計量結果及數據保存。

3)消防水自動噴淋及排污水控制設計 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作為啟動和停止信號的邏輯控制方式，其程序主要實現如下功能，即噴淋泵運行控制和排水程序控制。

圖3 上位機監控系統流程圖

圖4 組態軟件運行界面圖

4)上位機組態監控設計 采用力控組態軟件進行上位機組態監控設計[5]，該軟件可以和相關的檢測設備以及控制設備組合在一起構成符合用戶需求的監控系統，其中以計算機作為數據采集、生產過程監控的平臺。此外，該軟件提供高度集成化、可視化的開發環境，采用面向“對象”設計的導航器和工具箱。上位機監控系統流程圖如圖3所示。

4 系統實現

組態軟件運行的界面如圖4所示。在組態運行的過程中可以實時顯示供水壓力、水表累積數據、污水坑液位的高低狀態以及消防給水系統的閥門開關狀態，也可以實時顯示2臺供水泵的運行狀態(停止、工頻/變頻運行等)。對于恒壓供水的管道壓力設定值和PID控制參數，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節相應的控制參數實現管道的恒壓。此外，還可以在組態軟件運行界面上直接觀測管道水壓的設定值和實際值。

5 結語

以微機作為上位機，在上位機中安裝力控組態軟件以及下位機(PLC)進行編程的編譯軟件，通過下位機實現給排水設備的全自動程序控制。上位機通過PPI通信實時采集設備運行信息并進行集中監視、顯示和記錄，進而通過以太網接入市政網絡實現遠程監控，最終實現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編程及應用[M].北京:機械工業出版社,2005.

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

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

[4]王樹.變頻器調速系統設計與應用[M].北京:機械工業出版社,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資金資助項目( KJ2013Z011)。

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