高層給水課程設計--高層給水系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言2</b></p><p><b>　　1.概述3</b></p><p>　　1.1課題背景及意義3</p><p>　　1.2 PLC在供水方面的發(fā)展4</p><p&g

2、t;<b>　　2．硬件設計5</b></p><p>　　2.2 系統(tǒng)的I/O點數確定6</p><p><b>　　3.軟件設計7</b></p><p>　　3.1系統(tǒng)流程圖7</p><p>　　3.2程序梯形圖8</p><p>　　3.3程序分析13&

3、lt;/p><p>　　4.人機界面設計14</p><p>　　4.1 ForceControl簡介14</p><p>　　4.2 圖形開發(fā)系統(tǒng)14</p><p>　　4.3 力控組態(tài)軟件17</p><p><b>　　5.小結27</b></p><p>&

4、lt;b>　　6.參考文獻28</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　水是人們日常生活和生產活動不可缺少的物質之一。城市現代化建筑大都是多功能的高層建筑，其內部人員眾多，生活衛(wèi)生和防火設施齊備，各種給排水設施齊全，用水量大。實現對建筑內部用水安全可靠的供應和污水及時排放，以及實現給排水系統(tǒng)科學有效的科學有效的管理和水

5、、電資源的節(jié)約是建筑設備自動化要解決的主要問題。</p><p>　　給水系統(tǒng)主要由水泵、水箱、管道及閥門組成。對給水系統(tǒng)實行監(jiān)控，是提高科學管理水平，減輕勞動強度，保證人們用水質量和節(jié)約能源的一項重要而又必需的技術措施。</p><p>　　本文是針對高層給水系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)給出的設計，由PLC、四臺水泵(兩個恒速水泵給高區(qū)供水，兩個恒速水泵給低區(qū)供水)、壓力傳感器等組成，模擬系統(tǒng)由Forc

6、eControl實現。系統(tǒng)工作時分手動操作和自動操作，自動操作時首先由傳感器把信號傳給PLC，再由PLC根據水壓的高低信號分析控制四臺水泵的工作狀態(tài)；手動操作時，可以通過各個水泵的啟動停止按鈕獨立的工作。本設計是基于PLC的物業(yè)供水系統(tǒng)，通過調試表明本系統(tǒng)能夠滿足設計要求并有很好的使用價值。</p><p><b>　　1.概述</b></p><p>　　1.1課題

7、背景及意義</p><p>　　我們都知道，水是人類生活、生產中不可缺少的重要物質，在建設節(jié)約型時代特征的前提下，我們這個水資源和電能短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產循環(huán)供水等方面技術一直比較落后，自動化程度低，而隨著我國社會經濟的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，以及住房制度改革的不斷深入，城市中各類小區(qū)建設發(fā)展十分迅速，同時也對小區(qū)的基礎設施建設提出了更高的要求。高層供水系統(tǒng)的建設是其中的一

8、個重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經濟性直接影響到住戶的正常工作和生活。本系統(tǒng)就是在這種背景下設計的。</p><p>　　生活中在不同時間段的用水量大小不相同，存在用水的高峰，所以給排水系統(tǒng)是建筑設備自動化中非常重要的一個子系統(tǒng)。其主要功能是通過計算機對系統(tǒng)中的各種水位、水泵工作狀態(tài)和管網壓力進行實時監(jiān)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

9、水泵高效、低耗的最優(yōu)化控制，達到經濟運行的目的；并對給排水系統(tǒng)的設備進行集中管理，保證系統(tǒng)可靠運行。</p><p>　　本設計是基于PLC的物業(yè)供水系統(tǒng)，具有以下特點：</p><p>　　（1）：供水系統(tǒng)分高區(qū)和低區(qū)，每個區(qū)個兩臺泵，以下以低區(qū)供水為例。供水管道安裝壓力檢測開關K1，K2和K3。K1接通，表示水壓偏低；K2接通，表示水壓正常；K3接通，表示水壓偏高。</p>

10、<p>　?。?）：系統(tǒng)分手動工作和自動工作兩種狀態(tài)，自動工作時，當用水量少，壓力增高，K3接通，此時關閉兩臺泵；當用水量曾多時，K2接通，此時壓力正常，設1臺水泵工作，要求未曾工作過的水泵投入運行，同時每個三十分鐘換一次泵；當用水量繼續(xù)增加，水壓下降，K1接通時，此時兩臺水泵同時工作。；手動工作時，要求4臺水泵可分別獨立操作（分設起動和停止開關）。</p><p>　?。?）：并設有“自動/手動”

11、切換開關（ON——手動，OFF——自動），另設自動運行控制開關（ON——自動運行，OFF——自動運行停止）。</p><p>　　各水泵工作時，均應有工作狀態(tài)顯示。</p><p>　　1.2 PLC在供水方面的發(fā)展</p><p>　　PLC在物業(yè)供水方面也得到了廣泛的應用。傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式有恒速泵加壓供水、水塔高位水箱供水、氣壓罐供水。這些傳統(tǒng)的供水方式或多或

12、少都存在各自的缺點和不足，比如：恒速泵加壓供水方式無法對供水管網的壓力做出及時的反應，水泵的增減都依賴人工進行手工操作、水塔高位水箱供水基建投資大，占地面積大，維護不方便，水泵電機為硬起動，啟動電流大、綜上所述，傳統(tǒng)的供水方式普遍不同程度的存在浪費水力、電力資源；效率低；可靠性差；自動化程度不高等缺點，在這種情況下人們想到了基于PLC的供水系統(tǒng)設計。</p><p>　　目前國內外基于PLC的供水系統(tǒng)設計技術比較

13、多，并且有些技術已經相當成熟，從簡單的基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)設計到基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)設計，其中后者的變頻技術是現在研究的核心，變頻技術是在電力電子技術、計算機技術和自動控制技術及電機控制理論發(fā)展的基礎上發(fā)展起來的。</p><p>　　本文的基于ForceControl的高層給水系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)設計屬于恒壓給水， ForceControl具有方便、靈活的開發(fā)環(huán)境，高效能實時、歷史數據庫，強大的分布式報警、

14、事件處理，支持報警、事件網絡數據斷線存儲，恢復功能，并支持操作圖元對象的多個圖層，通過腳本可靈活控制各圖層的顯示與隱藏等，而PLC具有可靠性高、功能強、應用靈活、編程簡單、使用方便等特點，與傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)相比本系統(tǒng)有很大的實用價值。如圖1-1所示：</p><p>　　圖1-1 供水系統(tǒng)效果圖</p><p><b>　　2．硬件設計</b></p>&

15、lt;p>　　西門子公司具有品種非常豐富的PLC產品。S7系列是傳統(tǒng)意義的PLC，S7-200屬于小型PLC，在1998年升級為第二代產品，2004年升級為第三代產品，其特點如下：</p><p>　　(1) 功能強大。S7-200有5種CPU模塊，最多可擴展7個擴展模塊，擴展到248點數字量I/O或38路模擬量I/O，最多有30多KB的程序存儲空間和數據存儲空間；</p><p>

16、　　(2) 先進的程序結構，功能強大、使用方便的編程軟件；</p><p>　　(3) 靈活方便的尋址方法；</p><p>　　(4) 強大的通信功能和品種豐富的配套人機界面；</p><p>　　(5) 有競爭力的價格；</p><p>　　(6) 完善的網上技術支持等。</p><p>　　2.1給水系統(tǒng)主電路設

17、計</p><p>　　由設計內容和要求可得到主電路圖如下：</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)主電路</p><p>　　2.2 系統(tǒng)的I/O點數確定</p><p>　　本設計的控制部分由PLC完成，由于本系統(tǒng)控制分手動和自動運行，手動運行時，每臺水泵分別有啟動和停止開關輸入，自動運行時，需要有自動運行/停止開關輸入，水壓判斷開關以及保

18、護輸入等，還有四個水泵輸出。系統(tǒng)的監(jiān)控點原理圖如圖2-2：</p><p>　　2-2系統(tǒng)監(jiān)控原理圖</p><p>　　PLC的I/O地址分配表如圖2-3：</p><p>　　圖2-3 PLC的I/O地址分配圖</p><p><b>　　3.軟件設計</b></p><p><b>

19、;　　3.1系統(tǒng)流程圖</b></p><p>　　由于該系統(tǒng)即可以手動運行又可以自動運行，所以本系統(tǒng)設計主要分兩部分，一部分是手動模塊，一部分是自動模塊。系統(tǒng)的總流程圖如圖2-4所示：</p><p>　　圖2-4 系統(tǒng)流程圖</p><p><b>　　3.2程序梯形圖</b></p><p><b

20、>　　3.3程序分析</b></p><p>　　本系統(tǒng)主要分為手動運行和自動運行兩部分,由于實驗I/O點數限制，這里僅編寫了自動運行過程。</p><p>　　自動模塊：當系統(tǒng)進入自動運行是，系統(tǒng)等待信號輸入，開始檢測水管水壓，當用水量少，水壓力增高，K3接通，此時關閉兩臺泵；當用水量曾多時，K2接通，此時壓力正常，1臺水泵工作，同時每個三個小時換一次泵，由于時間繼電器

21、無法作到三個小時的延時，所以用計數器增加時間繼電器的延時時間；當用水量繼續(xù)增加，水壓下降，K1接通時，此時兩臺水泵同時工作。水池這邊則用液位傳感器，測量水池的液位，當水池水位到達低位報警時，供水泵打開；當水池水位達到高位報警時關供水泵，我本想在加一高高位報警，當水位到達高高為時，供水泵可能出現故障，無法關閉，此時關閉電動蝶閥，讓水池水位不會繼續(xù)增加，防止水溢出，但由于時間緊迫，最后沒有加上去。另外還有消火栓泵停泵水位也應作為輸入量，但由

22、于設計中表現不明顯，故沒有設計。</p><p><b>　　4.人機界面設計</b></p><p>　　4.1 ForceControl簡介</p><p>　　典型的計算機控制系統(tǒng)通常可以分為設備層、控制層、監(jiān)控層、管理層四個層次結構，構成了一個分布式的工業(yè)網絡控制系統(tǒng)，其中設備層負責將物理信號轉換成數字或標準的模擬信號，控制層完成對現場

23、工藝過程的實時監(jiān)測與控制，監(jiān)控層通過對多個控制設備的集中管理，來完成監(jiān)控生產運行過程的目的，管理層實現對生產數據進行管理、統(tǒng)計和查詢。監(jiān)控組態(tài)軟件一般是位于監(jiān)控層的專用軟件，負責對下集中管理控制層，向上連接管理層，是企業(yè)生產信息化的重要組 成部分。 </p><p>　　力控監(jiān)控組態(tài)軟件是對現場生產數據進行采集與過程控制的專用軟件，最大的特點是能以靈活多樣的“組態(tài)方式”而不是編程方式來進行系統(tǒng)集成，它提供了良好的

24、用戶開發(fā)界面和簡捷的工程實現方法，只要將其預設置的各種軟件模塊進行簡單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實現和完成監(jiān)控層的各項功能，比如在分布式網絡應用中，所有應用（例如趨勢曲線、報警等）對遠程數據的引用方法與引用本地數據完全相同，通過“組態(tài)”的方式可以大大縮短了自動化工程師的系統(tǒng)集成的時間，提高了集成效率。</p><p>　　力控監(jiān)控組態(tài)軟件能同時和國內外各種工業(yè)控制廠家的設備進行網絡通訊，它可以與高可靠的工控計算

25、機和網絡系統(tǒng)結合，便可以達到集中管理和監(jiān)控的目的，同時還可以方便的向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，來實現與“第三方”的軟、硬件系統(tǒng)來進行整體的集成。</p><p>　　4.2 圖形開發(fā)系統(tǒng)</p><p><b>　　1、開發(fā)環(huán)境</b></p><p>　　軟件提供了一個高度集成化、可視化的開發(fā)環(huán)境，采用面向“對象”設計的導航器和工

26、具箱，友好的界面風格使您“上手”非常容易。</p><p>　　用戶可以配置和組態(tài)出自己的開發(fā)環(huán)境和操作風格，管理工程畫面更方便。</p><p>　　動畫連接設置可以構成逼真強大的動畫效果，可以提供多種工業(yè)標準的復合圖形組件來完成過程的監(jiān)控。</p><p>　　預制圖形模板、工程模板，提供上千種豐富的工業(yè)圖形元素，提供自定義圖庫開發(fā)工具，用戶可以方便地生成自己的

27、自定義圖庫，“智能單元”功能可以使您自己打造帶“腳本”的矢量子圖，用戶自己可以構造更多的矢量子圖。</p><p>　　支持HMI圖元的對象圖層，通過“腳本”可靈活控制圖元對象圖層的顯示與隱藏，支持多達幾百種過渡色和漸進色調色板，豐富的調色板在顏色選擇時更直觀、方便，開發(fā)更靈活。</p><p>　　可嵌入各種格式（BMP、GIF、JPG、JPEG、CAD等）的圖片，方便畫面制作。<

28、/p><p>　　支持大畫面漫游功能、支持單機多屏和系統(tǒng)自定義菜單功能，自定義菜單其中包括窗口彈出式菜單和定義在各個圖形對象上的右鍵菜單，配合腳本程序與自定義菜單，可以實現更為靈活與復雜的人機交互過程。 </p><p>　　控科技經過多年的開發(fā)和行業(yè)深入的應用，在石油、石化、樓宇IBMS、窯爐、真空爐等行業(yè)具備大量的行業(yè)圖形控制組件，適合專用行業(yè)自動化軟件工程的快速構建，軟件完全符合軟件工程

29、規(guī)范，強大的“容器”方便容納第三方“控件”，通過腳本編譯系統(tǒng)使第三方“控件”可以有效的融合到系統(tǒng)中，強大的功能組件是為了滿足工程技術人員的需要而設計的，足夠的靈活性保證了它具有廣泛的適應性。</p><p><b>　　2、控件及組件</b></p><p>　　通過趨勢曲線組件可以對生產數據進行完整、方便的數據分析，可完成數據的實時與歷史顯示，歷史曲線可完成曲線的放

30、大、縮小、平移，可任意添加、刪減曲線，該組件提供了64個“方法”，通過“腳本”可以任意調用“方法”來設計不同行業(yè)的曲線分析工具。</p><p>　　X—Y曲線組件：可以自由的進行曲線分析和查詢。</p><p>　　溫控曲線組件：可以進行溫度的自動升溫和保溫控制，同時可以完成文件的存盤、打印、回放等功能。</p><p>　　標準WINDOWS組件：支持標準的文本

31、框、單選框、列表框等組件。</p><p>　　報警組件：集成的報警管理和查詢，可完成實時與歷史報警的查詢與管理。</p><p>　　事件組件：可以詳細的記錄操作人員的各種操作過程、系統(tǒng)事件。</p><p>　　事故追憶：可針對發(fā)生生產事故時的數據進行定位和分析不同的事故數據，通過報表和曲線的方式來進行表示和查詢。</p><p>　　設

32、備診斷組件：可統(tǒng)計開關型設備（如電機、閥門）的運行次數、時間，并且可以根據以上條件進行判斷是否發(fā)生報警提示。</p><p>　　操作器面板：提供開關手操器、模擬手操器、PID手操器面板，方便DCS系統(tǒng)控制畫面生成，簡化組態(tài)過程。</p><p>　　多媒體組件：可以完成視頻圖象的實時播放，視頻圖象的存儲、捕捉和回放，可以播放各種格式的視頻、音頻文件，可以有效的集成視頻監(jiān)控。</p&

33、gt;<p>　　幻燈片組件：靈活的幻燈片播放，可進行自由控制。</p><p>　　瀏覽器組件：使軟件可以成為為標準的瀏覽器客戶端。</p><p>　　直方圖組件：對生產數據以餅圖、直方圖、散點圖的方式進行綜合分析。</p><p>　　歷史追憶組件：可以追憶帶毫秒標簽的數據，方便事故查詢。</p><p>　　GSM短信管

34、理組件：完善的報警短信管理，生產出現問題的時候，通過移動網絡將報警信息及時地發(fā)送到管理者的手機上。</p><p><b>　　3、腳本系統(tǒng)</b></p><p>　　提供強大的面向“對象”編程方式，采用類“Basic”的語言方式進行開發(fā)，提供完善的變量管理功能，可以查找、批量替換、定位、重命名變量等，從而構造一個良好的二次開發(fā)平臺。</p><

35、p>　　系統(tǒng)內置系統(tǒng)變量、間接變量、中間變量、數據庫變量等多種變量方式，支持間接尋址功能，系統(tǒng)變量可自動提取IO通訊狀態(tài)，報警信息、系統(tǒng)時鐘等。</p><p>　　面向對象設計的腳本編譯環(huán)境采用“所見即所得”的風格，方便的引用方法和變量，提供強大的系統(tǒng)函數，支持自定義函數, 內置的組件都具備大量的“方法”和屬性，在“腳本動作”中可任意調用。</p><p>　　腳本類型和觸發(fā)方式多

36、樣，支持條件動作、數據變化動作、窗口動作、循環(huán)動作、自定義動作等，支持數組運算和FOR循環(huán)結構。</p><p><b>　　4、系統(tǒng)安全</b></p><p>　　系統(tǒng)提供的進程管理器可以管理所有的軟件“后臺”進程，當應用程序出錯時，進程管理器可自動監(jiān)控、診斷，并且可以保證應用程序進行自恢復。</p><p>　　系統(tǒng)提供了完備的安全保護機

37、制，以保證生產過程的安全可靠，提供系統(tǒng)安全區(qū)的概念，可以把生產數據按區(qū)域進行管理，用戶管理將用戶分為操作工、班長、工程師、系統(tǒng)管理員等多個級別，并可根據級別限制對重要工藝參數的修改，以有效避免生產過程中的誤操作。</p><p>　　支持工程加密，用戶可以通過加密鎖自己定義工程密碼，沒有此加密鎖任何非法用戶無法侵入，保護了自己的工程結構和開發(fā)成果。</p><p><b>　　5

38、、報警與事件</b></p><p>　　力控在運行時自動記錄系統(tǒng)狀態(tài)變化、操作過程等重要事件，一旦發(fā)生事故，可就此作為分析事故原因的依據，為實現事故追憶，提供基礎資料。</p><p>　　提供多種報警檢查方式，使您輕松構建報警系統(tǒng)，支持傳統(tǒng)的聲光報警，語音文件報警，支持操作人員報警確認管理機制，支持GSM方式短信報警，當生產出現問題的時候，通過移動網絡可以將報警信息及時地發(fā)

39、送到管理者的手機上，支持電話語音報警、電子郵件通知方式的報警。</p><p>　　4.3 力控組態(tài)軟件</p><p>　　4.3.1 高層給水系統(tǒng)原理圖</p><p>　　4.3.2 I/O設備組態(tài)</p><p><b>　　4.3.3 數據庫</b></p><p>　　4.3.4動畫連

40、接設置</p><p>　　4.3.5 高層給水系統(tǒng)動畫圖</p><p>　　4.3.6 動畫程序</p><p>　　IF run.PV==1 THEN</p><p>　　beng.PV=1;</p><p>　　IF level.PV<=90 THEN</p><p>　　fame

41、n.PV=1;</p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　famen.PV=0;</p><p><b>　　ENDIF</b></p><p>　　IF level.PV>=95 THEN</p><p>　　alarm1.PV=1;</

42、p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　alarm1.PV=0; </p><p><b>　　ENDIF</b></p><p>　　IF level.PV<=10 THEN</p><p>　　alarm2.PV=1;</p><

43、;p><b>　　ELSE</b></p><p>　　alarm2.PV=0;</p><p><b>　　ENDIF</b></p><p>　　dibeng1.PV=1;dibeng2.PV=1;gaobeng1.PV=1;gaobeng2.PV=1;</p><p><b>

44、　　ELSE</b></p><p><b>　　ENDIF</b></p><p><b>　　5.小結</b></p><p>　　水泵直接給水系統(tǒng)，無論是用高位水箱的，還是氣壓水箱的，均為設有水箱裝置的系統(tǒng)。設置水箱的優(yōu)點是預儲一定水量，供水直接可靠，尤其對消防系統(tǒng)是必要的，缺點是耗費動力，影響水質。&l

45、t;/p><p>　　水泵直接供水，最簡單的方法可采用改變運行水泵的臺數供水系統(tǒng)，即根據水泵的出水量與啟動泵臺數成正比關系的特性，調整水泵運行臺數而滿足用水量的變化，同時也可以節(jié)省動力。</p><p>　　通過這次的高層供水系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)設計，我們不僅對ForceControl有了一定的了解，并且對plc梯形圖、指令表、外部接線圖有了更好的掌握，也讓我了解了關于PLC設計原理。同時力控組態(tài)的學

46、習讓我們有多掌握了一些知識，可以實現模擬控制，觀察系統(tǒng)運行情況，從而有利于實際生產中去。</p><p>　　在這次課程設計中，我也發(fā)現了自己很多的不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實踐經驗還是比較缺乏，理論聯系實際的能力還急需提高。 通過對高層供水系統(tǒng)設計，我了解了在PLC控制下的工作特點在于可能出現的情況比較多，對于不同的情況應有不同的處理方式，所以需要作為設計人員的我們有嚴謹的態(tài)度、縝密的思維以及一定的

47、實踐經驗。所以設計前我們查閱了學過的課本和一些其他的資料，這對我們的設計很有幫助。</p><p>　　最后感謝老師和同學，在他們的幫助下這次設計才能順利完成。通過這次課程設計，我不僅完成了這個課設，而且讓我懂得了沒有解決不了的困難，只有不努力的人。只要我們團結互助，虛心求教，我們一定可以做出讓我們感到驕傲的事。</p><p><b>　　6.參考文獻</b><

48、;/p><p>　　1.《電氣控制與PLC應用》，何波，中國電力出版社；</p><p>　　2.《樓宇電氣控制》，孫景芝，中國建筑工業(yè)出版社；</p><p>　　3.《建筑設備自動化系統(tǒng)》，王可崇，人民交通出版社；</p><p>　　4.《建筑電氣控制技術》，馬小軍，機械工業(yè)出版社；</p><p>　　5.《電氣工