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1、太原科技大学毕 业 设 计（论 文）设计（论文）题目：高层楼宇消防恒压供水系统的设计姓 名 薄利明 学院（系） 电子信息工程学院 专 业 电气工程及其自动化 年 级 07级 指导教师 齐向东 2011年6月5日太原科技大学毕业设计（论文）目录摘要III关键词IIIABSTRACTIVKEYWORDSIV第1章 变频恒压供水的背景和意义- 1 -1.1 目前高楼供水的模式- 1 -1.1.1 恒速泵供水- 1 -1.1.2 高位水箱供水- 1 -1.1.3 气压罐供水- 2 -1.1.4 变频恒压供水- 2 -1.2 主要研究内容- 2 -第2章 设计原理- 4 -2.1 基本原理- 4 -2.
2、2 变频调速恒压供水系统的控制特性分析- 4 -2.3 变频调速时电动机的机械特性- 4 -第3章 变频调速恒压供水系统设计- 8 -3.1 方案的选择- 8 -3.2 系统供水的工艺要求- 8 -3.3 工作原理- 8 -3.4 泵组状态转移原理- 9 -3.5 系统的控制原理- 10 -第4章 工艺流程- 12 -4.1 系统控制框图- 12 -4.2 工作流程图- 13 -第5章 硬件设计- 15 -5.1 可编程控制器（PLC）- 15 -5.1.1 概述- 15 -5.1.2 PLC特点- 15 -5.1.3 PLC的工作原理- 15 -5.1.4 SEIMENS S7-200介绍-
3、 16 -5.2 变频器的选择- 21 -5.3 PID调节器- 21 -5.3.1 PID控制及其调节规律- 21 -5.3.2 PID控制器各个部分的作用及其在控制中的调节规律- 23 -5.4 软启动器的配置与选型- 26 -5.5 压力变送器- 26 -第6章 软件设计- 28 -6.1 主电路图- 28 -6.2 控制电路- 29 -6.4 系统梯形图- 30 -第7章 总结- 37 -参考文献- 39 -致谢- 40 -附录I- 41 -附录II- 48 -高层楼宇消防恒压供水系统的设计摘要随着社会的高速发展，城市的高层建筑越来越多，高层建筑的消防供水愈加显得重要。消防供水系统一旦
4、失控，必将给人们的工作和生活带来麻烦，甚至造成巨大损失，并且，随着城市建设的发展，由市政给水管网所提供的水压一般满足不了高层建筑给水的要求。为此，本论文设计了一套基于PLC的高层楼宇消防供水系统，以满足现在的供水需求。本系统由可编程逻辑控制器、变频器、水泵、压力传感器等器件构成，通过对管网压力的检测并反馈，来调节水泵的压力，进而实现恒压供水。本设计实现了现代高层楼宇消防供水的稳定性，保证了供水的可靠安全，并且，由于系统是连续控制，所以不会出现水压的突增或突减，避免了设备因为压力的不确定性而损坏。关键词 PLC，变频器，恒压供水，变频调速AbstractWith the rapid develo
5、pment of society, there are more and more high-rise buildings, so the high-rise building fire water supply become even more important. Once the fire service out of control，it will take the work and life of people in trouble, or even result in huge losses,and,with the development of urban constructio
6、n, the municipal water pressure of the water supply network provided by the general water supply cannot meet the requirements of high-rise building. So my paper designed a high-rise building fire water supply systems based PLC to meet the current water demand. The system consists of programmable log
7、ic controller, transducer,water pump, pressure sensors and other devices pose, adjusting the pump pressure through the pipe network testing and feedback, thus achieving the constant pressure water supply.The design implement the modern high-rise building fire water supply stably, ensuring the water
8、supply reliable and secure,and,because the system is continuously controlled, the water pressure would not be increased or reduced suddenly, and avoiding the equipment damage that come from the uncertainty of water pressure.朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典Keywords PLC, Variable-frequency Drive, constant pressure wa
9、ter supply,Variable frequency speedIV太原科技大学毕业设计（论文）第1章 变频恒压供水的背景和意义随着社会的高速发展，城市的高层建筑越来越多，高层建筑的消防供水愈加显得重要。消防供水系统一旦失控，必将给人们的工作和生活带来麻烦，甚至造成巨大损失，并且，随着城市建设的发展，由市政给水管网所提供的水压一般满足不了高层建筑给水的要求。为此，设计一套安全、可靠、高质量的供水系统给高层建筑供水，已显得迫在眉睫。变频调速恒压供水系统是现今高楼供水的一个新兴的课题。恒压供水系统，能根据不同的季节，不同的供水时段，以及各种意外的情况做出反映，保证系统管网的恒压，减少供水欠压
10、和过压两种不合理现象。改变了传统的恒速泵，或水塔、水箱供水方式的缺点；也避免了像水塔或水箱二次污染的可能，使系统平稳、可靠，同时节能显著。1.1 目前高楼供水的模式对于居住高层住宅楼的给水系统设计，供水方式一般采用：恒速泵直接供水；采用高位水箱供水；气压罐供水；变频恒压供水。1.1.1 恒速泵供水此方式是一种传统的水系统供给方式，对于离心式机泵，过去常采用手动或自动调节控制阀、调节阀的开度来改变和调节流量，即用人为增减阻力的办法来实现调节。当工艺需要小流量时，调小调节阀开度，机泵的能量大量损失在阀门和调节阀上（一般阻力降为0.020.5MPa），浪费了许多能量。而往复式机泵常通过备用机组、直流
11、电机调速、旁路调节来适应工况的波动。但若备用机组频繁启停，可能会导致工况的振荡，同时也会影响设备寿命和电网电压。改变机泵的转速来调节流量是最经济的调节手段，因为转速降低后，流量成比例下降，而功耗的下降是大于该比例的。但是转速调节受驱动机的限制，采用直流电动机调速较为方便，但增加了整流装置，而且直流电动机价格昂贵。且两者都有运转经济性较差、维修工作量大的缺点。恒速泵由于耗能不合理，控制方法的不足，适应性差将逐渐被淘汰。1.1.2 高位水箱供水采用楼顶设高位水箱供水的方式，虽较为安全可靠，设备、技术等方面也较成熟。然而，在后期给水系统的运行、维护和管理过程中，此供水方式存在一些问题。例如，由于屋顶
12、水箱的材质及表面防腐物质的有机成分不同，造成水质严重的二次污染；目前对水箱内存水的消毒问题并未得到较好的解决，水箱内经常还发现有死老鼠的情况；加之屋顶高位水箱的有效容积受建筑负荷限制。 高位水箱的供水系统，实际是一个压力大致恒定的系统，这个压力就是水位的高度。而管道的阻力特性却是变化的，当水的用户多时（也即打开阀门，放水的支路多时），管道的阻力就相应减少，反之则阻力增大，大大降低了生活供水质量。 虽然高位水箱供水由于运行较为经济合理、适应性强而被广泛采用，目前国内大部分高层建筑均采用此方式供水，但此方式存在着投资大、占用面积大二次污染等缺点。1.1.3 气压罐供水气压罐给水设备用于消防供水系统
13、，在工程实践中已屡见不鲜。气压罐在消防工程中的用途不外乎：一、其调节水量可满足十分钟消防初期用水量，从而替代屋顶水箱；二、作为增压设施，以弥补高位水箱设置高度之不足即满足大楼顶层消火栓处7m静水压要求；三、作为消防系统稳压用，启停稳压泵及启动消防泵并发出火警讯号用。上述三种用途有一共同点，即均需贮存满足规范要求的消防用水量。气压供水由于体积小、技术简单、不受高度限制等特点，近几年来己在高层建筑中采用，但由于此方式存在着调节量小、水泵启动频繁、对电器设备要求较高等缺点，因而使这种供水系统的发展受到限制。事实上要制造满足贮存调节水量为18、12、6m的气压水罐，在技术上是可以做得到的。但在实际工程
14、中，由于受到建筑物内场地限制而很难实现。为此广大设计人员对气压水罐只用作增压及稳压设施。1.1.4 变频恒压供水变频调速恒压供水系统是由压力传感器将压力信号转变为一定的电流或电压信号，在某压力下，当用水量增大时，管路压力下降，产生偏差，该信号被送入控制器进行处理，控制器产生一定的电信号控制变频器升频，水泵转速升高，供水增加，压力恢复。反之，用水量减少，工作机理同上所述。由于整个过程压力偏差较小，调节时间短，系统表现为恒压。此系统随着变频器与PLC应用技术的不断推广，已经成为一种新型的供水系统。它在节能、保持水质、水压平稳性及操作的方便性和稳定的可靠性等方面大大优于传统的供水方式。它已经成为现代
15、高楼供水的主要方式。1.2 主要研究内容本次研究的主要内容和目标是基于PLC变频器控制的恒压供水控制系统，该系统利用变频器实现水泵电机的软启动和调速同时把阀门控制和水泵电机控制都纳入自动控制系统。对于目前高层楼宇的特点，本次设计以三层楼为样板进行分析讨论，具体而言，论文包括以下内容：（1）对水泵电机的调控技术进行分析和比较。（2）介绍了基于PLC的变频调速恒压自动控制供水系统。压力传感器采样管网压力信号经PID处理传送给变频器，变频器根据压力大小调整电机转速，改变水泵性能曲线来实现水泵的流量调解，保证管网压力恒定。重点对变频调速恒压供水系统的构成和工作过程，控制系统的硬件（变频器，PLC，及电机辅助器件等）设计，及这些器件选用的理论依据，系统的软件设计。（3）整个系统调速过程和节能的理论分析。
