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1、楼宇自动化技术实训结业论文专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气08-4 姓 名： 学 号： 信息技术学院电气工程系2011年11月12日 智能建筑给排水控制系统的设计 摘要：随着计算机技术、信息通信技术等电子信息技术的不断发展、进步，建筑物中设备的自动化程度越来越高。同时，随着城市建设步伐的加快越来越多的高层建筑为城市增添了现代化气息。智能建筑技术正是在这样的背景下得到蓬勃发展的，本文在讨论智能建筑的基础上，对一幢二十六层综合楼，楼高81m的建筑的给排水控制系统进行了研究。针对该高层商住楼用水，结合智能建筑的特点，对该建筑的给水系统、排水系统，进行了初步探讨。给排水系统主要由水泵、水池
2、、电机及阀门等组成。采用变频器进行压力调节，采用可编程逻辑控制器进行逻辑控制。变频器、可编程逻辑控制器作为系统控制的核心部件，时刻跟随管网压力与给定压力的偏差变化，经变频器内部PID运算，通过可编程控制器控制，变频和工频，自动控制水泵投入的台数和电机转速，实现闭环自动调节恒压变量供水，在保持恒压下达到控制流量的目的。给排水系统的监控是通过计算机对系统中的各种水位、水泵工作状态和管网压力进行实时监测，按照一定要求控制水泵的运行方式、台数和相应阀门的动作，以达到需水量和供水量之间的平衡、污水的及时排放，实现水泵高效、低耗的最优化控制，达到经济运行的目的； 关键词：智能建筑；给水系统；排水系统；变频
3、调器；PLC。 目录1 绪论- 1 -1.1 智能建筑- 1 -1.1.1 智能建筑的概念及特点- 1 -1.2 变频器- 2 -1.2.1 变频器的原理- 2 -1.2.2 变频器的应用- 2 -1.3 PLC- 3 -1.3.1 PLC的产生与发展- 3 -1.3.2 PLC的特点- 3 -2 给水系统- 4 -2.1 组成- 4 -2.1.1 给水系统的组成- 4 -2.1.2 控制系统的组成- 5 -2.1.3 水泵的选用- 6 -2.2 给水系统监控原理- 9 -2.2.1 给水系统中监控的物理量- 9 -2.2.2 恒压供水系统的结构及功能- 9 -2.2.3 自动监测及报警- 1
4、2 -3 排水系统- 13 -3.1 组成- 13 -3.2 排水系统的控制- 13 -4 硬件与软件- 14 -4.1 硬件- 14 -4.1.1 P LC控制系统硬件设计- 14 -4.1.2 可编程控制器选择- 15 -4.1.3 变频器选择- 16 -4.1.4 控制电路设计- 16 -4.1.5 系统流程- 16 -4.1.6系统操作- 17 -4.2软件- 18 -4.2.1软件配置- 18 -4.2.2控制系统软件设计- 20 -5 结束语- 23 -参考文献- 24 -1 绪论1.1 智能建筑1.1.1 智能建筑的概念及特点1、智能建筑的概念“智能建筑”一词，诞生于20世纪80
5、年代初，它是信息时代的必然产物。美国智能建筑学会定义“智能建筑”是将结构、系统、服务及运营相互联系全面综合，并达到最佳组合，所获得的高效率、高功能与高舒适性的大楼。从发展的角度来看，应强调智能大厦是多学科、多技术系统集成的特点，即智能建筑是指利用系统集成的方法，将智能计算机技术、通信技术、信息技术与建筑艺术有机结合，通过对设备的自动监控，对信息资源的管理和对使用者的信息服务及其与建筑物的优化组合，获得投资合理、适合信息社会需要并且具有安全、高效、舒适、便利和灵活特点的建筑物。2、智能建筑的特点(1)智能建筑创造了安全、健康、舒适宜人和能提高工作效率的办公和居住环境；(2)节能：利用最新技术节约
6、能源；(3)能满足多种用户对不同环境功能的要求；(4)现代技术化的通信手段与办公条件。1.2 变频器1.2.1 变频器的原理变频调速的基本原理异步电动机的同步转速，即旋转磁场的转速为：n0=60f1p改变异步电动机的供电频率，可以改变其同步转速，实现调速运行。式中n0同步转速(r/min)； f1定子频率(Hz)； p磁极对数。而异步电动机的轴上输出的转速为n=n0(1-s)= 60f1/p(1-s)式中s异步电动机的转差率，s= (n0-n)/n01.2.2 变频器的应用这里主要介绍变频器在恒压供水系统中的应用。恒压供水是指不管用户端用水量大小，总保持管网中水压基本恒定，这样既可满足用户对水
7、的需求，又不使电动机空转而造成电能浪费。为实现上述目标，需要变频器根据给定压力信号和反馈压力信号来调节水泵转速，从而控制管网中水压恒定。变频调速恒压供水系统均为闭环系统，用PLC方式控制。有的系统供水管网比较大，所控制的水泵台数也比较多，则可采取总线控制方式，在系统内形成局域网，以提高自动化程度和生产效率。1.3 PLC1.3.1 PLC的产生与发展1969年美国成功研制了第一台可编程序控制器PDP14，20世纪80年代中期到20世纪90年代中期，超大规模集成电路使PLC完全计算机化。CPU开始采用32位微处理器，数学运算和数据处理能力大大提高，增加了运算控制，PID控制。联网能力加强PLC向
8、标准化，系列化发展。20世纪90年代中期至今。主要特点：CPU使用16位和32位微处理器，运算速度更快，具有大批量数据处理能力，出现了智能化模块，可以对各种复杂系统进行控制。编程语言除了梯形图和语句表语言之外，还增加了高级语言。同计算机的发展类似，目前PLC正朝着小型、简易、价格低廉的方向发展。1.3.2 PLC的特点1 、可靠性高PLC平均无故障时间可以达到30万小时（约34年）。可以毫不夸张地说，到目前为止没有任何一种工业控制设备可以达到PLC这样高的可靠性。 随着器件水平的提高，PLC的可靠性还在继续提高尤其是近来开发出的多机冗余系统和表决系统则更进一步增加了PLC的可靠性。2、环境适应
9、性强PLC具有良好的环境适应性，可应用于十分恶劣的工业现场。电源瞬间断电的情况下，仍可正常工作，具有很强的抗空间电磁干扰的能力，可以抗峰值高达1000V、脉宽10微秒的矩形波空间电磁干扰，具有良好的抗振能力和抗冲击能力。一般对环境温度要求不高，在环境温度-2065、相对湿度为3585情况下都可正常工作。3、 PLC具有监控功能。利用编程器或监视器可以对PLC的运行状态、内部数据进行监视或修改。PLC控制系统的维护非常简单。利用PLC的诊断功能和监控功能，可以迅速查找到故障点，对大多数故障都可以及时予以排除。2 给水系统2.1 组成2.1.1 给水系统的组成给水模拟系统组成示意如下图2.1所示：
10、市网自来水水流开关液位计m电磁阀生活用水 压力变送器三通阀水泵止回阀蓄水池 变频调速器压差开关2.1给水系统示意图由蓄水池、液位计、电磁阀、水泵、电机、止回阀、三通阀、压力变送器、变频调速器、压差开关等组成。2.1.2 控制系统的组成变频恒压供水系统原理如图2.2所示，它主要是由PLC、变频器、PID调节器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及水泵等组成。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。蓄水池用户液位计压力传送器变频控制单元城市管网水源调节阀给水泵止回阀图2.2变频恒压供水系统原理图给水泵设置3台，采用变频控制，可实现不间断恒压供水。采用手动自动混合控制
11、及监控方式，满足智能建筑对建筑给排水的基本控制要求的实现。2.1.3 水泵的选用通过对该楼用水量的计算来选择合适的水泵。查阅新编建筑给水排水工程师手册住宅中二类建筑的用水定额在130L/pd300L/pd之间，在本设计中取用最高标准300L/pd，时变化系数Kh=2.5，用水时间T=24h。每户为3人，用水人数为：3*11*23=759人。 本建筑12层不供水，住房区每层有11套住房，3层：其中5户配有一个卫生间（有浴盆一只N=1.0，洗脸盆一只N=0.75和坐便器一具N=0.5）和一个厨房（洗涤盆一只N=1.0,单阀水嘴）；其中6户有2个卫生间和一个厨房。426层：其中4户为一个卫生间和一个
12、厨房；其中7户为2个卫生间和一个厨房。最高日用水量Qd=m* qd=759*3001000=222.70m3/d最高日最高时用水量Qh=Kh* QdT=2.5*222.7024=23.20m3/h考虑管网漏失水量和未预见水量之和按最高日用水量的10%计；Kh=1.0。所以：最高日用水量Qd=222.70*(1+10%)=245.0 m3/d 最高日最高时用水量Qh=23.20*(1+10%)=25.52 m3/h1、水泵的选择水池和泵房设于地下室内，水泵直接将水抽到给水系统中。水泵出水量按最大时用水量的1.1倍来确定。即Qb=1.1*25.52=27.8m3/h查给水钢管水利计算表得：当水泵出
13、水量为27.8 m3/h（8.6L/s）时，水泵的几个水力参数如下表：表2. 1 水泵参数表管径(mm)流速(m/s)i (kPa/m)管长(m)水头损失(kPa)吸水管DN=50mm0.630.223.000.66压水管DN=40mm1.070.8182.566.83计算水泵扬程：Hb = H1+H2+Hh H1贮水池最高水位至水箱进水口所需的静压力kPa。H1=65.20(2.05)=67.25m=672.5kPaH2水泵吸水管和出水管至水箱进水口的总水头损失，其中给水管网局部水头损失为沿程水头损失的30%，故H2=1.3*(0.66+66.83)=1.3*67.49=87.74kPaH
14、h水箱进水口的流出水头，取为20kPa水泵的扬程为：Hb=H1+H2+Hh=672.5+87.74+20=780.24 kPa=78m H2O水泵的出水量为27.8 m3/h 。据此选得：型号为40MS8-4.0的多级离心泵3台，2用1备。MS泵型是引进日本先进技术制造的双蜗壳单吸多级分段式离心泵，供输送清水及物理、化学性质类似于水的液体，液体最高温度不得超过80；MS型泵适用于农田灌溉、工厂及城镇给水；特别适用于高层建筑及高级宾馆给水。该泵的性能和安装尺寸见下表所示：表2.2 MS型多级离心泵性能 型号流量Q（m3/h）扬程H(m)转速n（r/min）电机功率（KW）必须气蚀余量40MS8-4.015.078.414504.03.0MS型多级离心泵外形及安装尺寸该泵底座直径为320mm，进水口成水平方向，出水口垂直向上。吸水管距底座高H1=225 mm, 压水管出口距底座高H2=400mm。水泵基础定为边长350mm的正方形，基础深度H=30d=540mm。2、引入管及水表选择水表的选择高区管网管段设计流
