基于PLC的楼宇给排水系统设计

陈 芳，聂宗瑶 (安徽城市管理职业学院信息工程系，安徽 合肥 230601)

基于PLC的楼宇给排水系统设计

陈 芳，聂宗瑶 (安徽城市管理职业学院信息工程系，安徽 合肥 230601)

针对公寓住宅建筑给排水智能化的需求，在分析楼宇给排水系统组成的基础上，基于PLC控制技术设计了楼宇给排水系统。实际测试表明，利用该系统可以实现生活给水的双泵变频恒压控制、用水量计费和灭火等功能，具有很好的实用性。

给排水系统；PLC；恒压供水

随着科技的发展，居住环境的智能化水平不断提高。为此，国家颁布的《智能建筑设计标准》中规定：“给排水系统中的给水设备、消防设备、污水设备运行工况需要监控与记录。此外，甲级设计标准还要求给排水设备的各种运行要有响应的状态显示、超限报警及其通讯。”下面，笔者利用当前较为流行的PLC(可编程逻辑控制器)控制技术[1]，设计并实现了楼宇给排水系统。

1 楼宇给排水系统的组成

楼宇给排水系统包括生活给水系统、消防给水系统、排水系统等组成。生活给排水系统主要由给水泵、给水箱、给水管道、测量管道水压的压力变送器、计量水量的脉冲水表等组成，通过单泵变频或多台工频、变频切换控制[2]来实现恒压供水，通过脉冲式水表与程序控制来完成用水量的自动计量。消防给水系统主要由给水箱、喷淋泵、湿式报警阀、压力开关、消防水管道和闭式喷淋头等组成，管路采用镀锌管，通过控制系统实现自动喷淋灭火功能。排水系统主要由污水坑(箱)、液位传感器、排水泵、排污水管道等组成，可实现污水坑箱的水位监测和排水泵的自动启停。

2 楼宇给排水系统主要硬件设计

1)生活给水系统 生活给水系统主要保证供水管道压力维持在一定压力范围内[3]，其由变频器，生活给水水泵(包括生活给水水泵1和生活给水水泵2)、压力变送器、用水终端、管路等组成，其系统框图如图1所示。

图1 生活给水系统框图

当设定的供水管道压力值小于一台水泵所提供的管道压力时，给水系统处于单泵变频运行工作状态，此时，生活给水水泵1 处于变频工作状态。系统在处于单泵运行状态时，如用户的用水量增加，生活给水水泵1 工作频率上升到工频(50Hz)仍不能满足用水要求(表现为管道压力达不到设定值)，控制器发出指令将生活给水水泵1 切换到工频状态运行，而生活给水水泵2则进入变频启动状态，这样可以使管道压力达到供水管道压力设定值。

2)消防给水系统 消防给水系统框图如图2所示。该系统工作状态包括伺应状态和报警状态，其中伺应状态是系统在调试运行正常后和喷水灭火动作前的一种预备状态，其要求阀前压力表的压力数值为0.3MPa 左右，最低不能低于0.2MPa，否则该系统将不能完成报警和消防灭火功能。

3 楼宇给排水系统软件设计

图2 消防给水系统框图

以微机作为上位机，在上位机中安装力控组态软件以及下位机(PLC)进行编程的编译软件，通过下位机实现给排水设备的全自动程序控制。上位机通过PPI通信实时采集设备的运行信息并进行集中监视、显示和记录。进而通过以太网接入市政网络实现远程监控，这样更加便于市政的网络化监控。

1)生活给水的恒压控制程序设计 生活给水的水压应用PLC的模拟量PID编程控制变频器[4]实现恒定压力。整个系统编程采用主程序及其子程序调用模式，其中主程序采用以下逻辑控制方式：变频恒压供水主程序启动；调用给水计量程序、PID计算初值、故障预警程序；完成变频频率初值赋值；变频启动生活给水水泵/并运行，运行PID计算恒压供水；变频与工频的控制逻辑转换。

2)水表计量累计程序设计 脉冲式水表将用水量转换成开关信号，通过转换电路转换成脉冲信号，脉冲信号输出端接入PLC的开关量的输入端，并通过PLC内部控件编程实现水量计量及水量信息的远程传递。水表计量累计程序主要采用以下逻辑控制方式：上次水表读数的输入；数据保存；水表脉冲数据计量结果及数据保存。

3)消防水自动喷淋及排污水控制设计 消防水自动喷淋控制及排污水控制都是通过上下极限报警开关作为启动和停止信号的逻辑控制方式，其程序主要实现如下功能，即喷淋泵运行控制和排水程序控制。

图3 上位机监控系统流程图

图4 组态软件运行界面图

4)上位机组态监控设计 采用力控组态软件进行上位机组态监控设计[5]，该软件可以和相关的检测设备以及控制设备组合在一起构成符合用户需求的监控系统，其中以计算机作为数据采集、生产过程监控的平台。此外，该软件提供高度集成化、可视化的开发环境，采用面向“对象”设计的导航器和工具箱。上位机监控系统流程图如图3所示。

4 系统实现

组态软件运行的界面如图4所示。在组态运行的过程中可以实时显示供水压力、水表累积数据、污水坑液位的高低状态以及消防给水系统的阀门开关状态，也可以实时显示2台供水泵的运行状态(停止、工频/变频运行等)。对于恒压供水的管道压力设定值和PID控制参数，可以在上位机控制面板中直接修改，然后通过下位机程序自动调节相应的控制参数实现管道的恒压。此外，还可以在组态软件运行界面上直接观测管道水压的设定值和实际值。

5 结语

以微机作为上位机，在上位机中安装力控组态软件以及下位机(PLC)进行编程的编译软件，通过下位机实现给排水设备的全自动程序控制。上位机通过PPI通信实时采集设备运行信息并进行集中监视、显示和记录，进而通过以太网接入市政网络实现远程监控，最终实现了生活给水的双泵变频恒压控制、用水量计费和消防灭火等功能，具有很好的实用性，可以在公寓住宅建筑中加以推广。

[1]廖常初.PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2005.

[2]陈忠华.可编程序控制器与工业自动化系统[M].北京:机械工业出版社,2006.

[3]崔坚.西门子S7可编程序控制器-STEP7编程指南[M].北京:机械工业出版社,2007.

[4]王树.变频器调速系统设计与应用[M].北京:机械工业出版社,2005.

[5]蔡行健，黄文钰.深入浅出西门子S7-200 PLC[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.

[编辑] 李启栋

TP271

A

1673-1409(2013)22-0057-03

2013-05-12

安徽省高校自然科学资金资助项目( KJ2013Z011)。

陈芳(1981-)，女，硕士，讲师，现主要从事电力系统自动化方面的教学与研究工作。