【正文】 .......... 14 5 系統(tǒng)硬件選型 ....................................................................................................... 14 PLC ................................................................................................................ 14 變頻器 ......................................................................................................... 15 水壓傳感器 ................................................................................................ 16 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) V 模擬量轉(zhuǎn)換模塊 ....................................................................................... 16 電動(dòng)機(jī) ......................................................................................................... 18 6 變頻器及電動(dòng)機(jī)參數(shù) ......................................................................................... 18 7 硬件連接 ................................................................................................................ 20 8 系統(tǒng) PID 設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 21 9 系統(tǒng)程序 ................................................................................................................ 22 地址分配表 ................................................................................................ 22 梯形圖 ......................................................................................................... 23 總結(jié) .............................................................................................................................. 23 致謝 .............................................................................................................................. 24 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................... 25 附錄 .............................................................................................................................. 25 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) VI 1 緒 論 本課題研究設(shè)計(jì) 背景和目的 在我國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件下 ,消火栓系統(tǒng)仍是高層民用建筑最基本的滅火設(shè)備。發(fā)生火災(zāi)時(shí) ,消防水泵及時(shí)啟動(dòng)加壓是保證消火栓系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要步驟。為此 ,有相關(guān)規(guī)定 :臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)的每個(gè)消火栓處應(yīng)設(shè)置直接啟動(dòng)消防水泵的按鈕 ,并應(yīng)設(shè)有保護(hù)按鈕的設(shè)施 ,以便迅速遠(yuǎn)距離啟動(dòng)消防泵 (設(shè)計(jì)中較常采用破玻按鈕 )。在高層民用建筑自動(dòng)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 (電氣專業(yè) ),消防水泵的啟動(dòng)依據(jù)就是破玻按鈕的動(dòng)作。倘若在消防系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)下列情況 (1)有人出于好奇或惡作劇在無(wú)火災(zāi)時(shí)啟動(dòng)按鈕； (2)發(fā)生火災(zāi)時(shí) ,慌亂中人可能先擊碎破 玻按鈕 ,然后才動(dòng)用水槍滅火 ,由于不熟練 ,在展開(kāi)水帶、連接搭扣、開(kāi)啟閥門(mén)等步驟中就會(huì)延誤一些時(shí)間 , 或者由于火情危急 , 現(xiàn)場(chǎng)中人僅擊碎破玻按鈕而來(lái)不及動(dòng)用水槍滅火。這兩種情況都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)消防管網(wǎng)在沒(méi)有投入運(yùn)行前 (無(wú)槍出水滅火 )消防水泵已經(jīng)啟動(dòng)，這必然造成消防管網(wǎng)壓力劇增，產(chǎn)生嚴(yán)重超壓現(xiàn)象 , 極有可能引起管網(wǎng)爆裂?；馂?zāi)時(shí)若發(fā)生管網(wǎng)爆裂 , 整個(gè)消火栓系統(tǒng)就會(huì)癱瘓 , 后果不堪設(shè)想。 隨著技術(shù)的發(fā)展，很多設(shè)備需要改造，如啟動(dòng)方式和元件的升級(jí)換代，很多設(shè)備的遠(yuǎn)程操作和使用方法需要調(diào)整，如就地控制改為遠(yuǎn)動(dòng)控制或計(jì)算機(jī)控制 等。對(duì)于這些技術(shù)的更新，傳統(tǒng)控制回路設(shè)計(jì)方式所存在的元件數(shù)量多、元件使用壽命較短、接線復(fù)雜、通用性差等缺點(diǎn)給設(shè)備的改造、維護(hù)帶來(lái)了較多的困難。另外，盡管規(guī)范、規(guī)章明確要求消防設(shè)施，器材應(yīng)定期維護(hù)保養(yǎng)，但是目前消防水泵都不能做到定期試機(jī)運(yùn)行，天長(zhǎng)日久就會(huì)導(dǎo)致泵體、底閥和單向閥卡死、銹死，所以經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)在發(fā)生火災(zāi)時(shí)設(shè)備不能充分發(fā)揮作用，造成不應(yīng)有的損失。為此，《民用建筑水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)程》規(guī)定超高建筑、一類高層公共建筑的消防泵宜設(shè)定時(shí)自檢裝置。可編程控制器（ PLC）是以微處理器為核心，綜合了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技 術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種新型、通用的自動(dòng)控制裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用、易于編程、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。目前，世界上許多工業(yè)國(guó)家把 PLC 的使用作為衡量電氣控制水平的標(biāo)志。因此，本系統(tǒng)采用可編程控制器（ PLC）對(duì)消防泵組進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)泵組在備用時(shí)定期試運(yùn)行，撲救火災(zāi)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，從而有效地杜絕消防水泵關(guān)鍵時(shí)刻不能用的情況。 目前，一旦遇到火災(zāi)都會(huì)出現(xiàn)大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的狀況呢。因?yàn)楝F(xiàn)在 一旦火災(zāi)發(fā)生就很難控制，無(wú)法及時(shí)的撲救和報(bào)警。本課題研究的基于 PLC的消防給水泵控制系統(tǒng)將在自動(dòng)撲救火災(zāi)的環(huán)節(jié)起到重要的作用。本課題的研究將會(huì)給人們的生產(chǎn)生活安全帶來(lái)更加強(qiáng)力的保障。 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 采用 PLC控制的消防給水泵，有利于及時(shí)了解消防泵的實(shí)際性能，能解決消防泵的銹蝕卡死問(wèn)題、保持消防泵良好的工作狀況，也有利于消防管理系統(tǒng)的智能化。它對(duì)提高消防給水系統(tǒng)的可靠性具有劃時(shí)代的意義。極大的提高了在發(fā)生火災(zāi)時(shí)人的生命財(cái)產(chǎn)安全。 設(shè)計(jì)任務(wù)及內(nèi)容 設(shè)計(jì)任務(wù) 用西門(mén)子 S7200 型 PLC 實(shí)現(xiàn)對(duì)消防水泵知道 控制的方法。用 PLC 實(shí)現(xiàn)對(duì)消防水泵的控制，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配線，提高了系統(tǒng)的可靠性，并且增加了傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的定期主備互投和自動(dòng)測(cè)試功能。 設(shè)計(jì)內(nèi)容 通過(guò)對(duì)現(xiàn)有給水系統(tǒng)的調(diào)研和分析，確定以工作可靠、性能穩(wěn)定、價(jià)格合理等特點(diǎn)的西門(mén)子 S7200 型 PLC 和西門(mén)子變頻器構(gòu)成的控制核心來(lái)設(shè)計(jì)消防給水系統(tǒng)，確定控制要求，設(shè)計(jì)控制軟件，并在工程項(xiàng)目實(shí)踐中考驗(yàn)與使用，保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。具體的研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面： 分析給水系統(tǒng)特性和原理，分析和論證變頻 調(diào)速方式在消防給水系統(tǒng)中的節(jié)能原理和效果。通過(guò)對(duì)比異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法后 ,給水系統(tǒng)中采用的變頻調(diào)速節(jié)能效果顯著。最后列舉消防給水系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。 本文就最簡(jiǎn)的給水泵組控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的敘述，包括硬件電路設(shè)計(jì)，控制軟件的總體方案及程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及相關(guān)的控制程序?qū)嶋H。闡述設(shè)備的調(diào)試及變頻器參數(shù)設(shè)定。最后還提出了保障系統(tǒng)可靠性的一些措施。 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 2 可編程序控制器（ PLC）的概 述 PLC 的定義 1987 年 2 月，國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC）對(duì)可編程序控制器的定義是： 可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程序的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向消防的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式輸入 /輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程序控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)。 PLC 的特點(diǎn) （ 1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好 PLC 在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長(zhǎng)期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成 電路。 I/O 系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。 （ 2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng) PLC 及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。 （ 3）編程方便，易于使用 PLC 是面向 消防 的設(shè)備， PLC 的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣， PLC 程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語(yǔ)言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門(mén)的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語(yǔ)言，只要具有一定的電工和工藝的知識(shí)的人員 都可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。 （ 4）功能完善 PLC的輸出 /輸入功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)與任何形式和性質(zhì)的開(kāi)關(guān)量和模擬量的輸入 /輸出。在 PLC 內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時(shí)序、計(jì)算機(jī)、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強(qiáng)制 I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印、及報(bào)表生成等功能。 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 （ 5）設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短 用繼電接觸器控制完成一項(xiàng)控制工程，必須首先按工藝要求畫(huà) 出電氣原理圖，然后畫(huà)出繼電器屏的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來(lái)十分不便。而采用PLC 控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在 PLC 到貨前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。 （ 6）體積小，維護(hù)操作方便 PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。 PLC的輸入 /輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)的變化狀態(tài)，還能通過(guò)各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。 （ 7）易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 PLC可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 （ 8）可實(shí)現(xiàn)三電一體化 PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過(guò)程控制）和電結(jié)（運(yùn)動(dòng)控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。 PLC 的一般組成和基本工作原理 PLC 的一般組成 目前 PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計(jì)算機(jī)，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)相似。 一般地 PLC 主要 由 中央處理單元 （ CPU） 、存儲(chǔ)器 （ RAM和 ROM） 、輸入輸出接口 （ I/O）電路、電源 及其他可選組 件構(gòu)成。前三大部分是 PLC完成各種控制任務(wù)所必需的，一般稱為 PLC 的基本組成部分，其它可選組件包括編程器、外存儲(chǔ)器、 I/O 模塊及通信接口等。 PLC的基本工作原理 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、消防程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間， PLC 的CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。如下圖 所示 圖 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 PLC 的應(yīng)用設(shè)計(jì)步驟 PLC 控制系統(tǒng)是以程序形式來(lái)體現(xiàn)其控制功能的，大量的工作時(shí)間將用在軟件設(shè)計(jì)，即程序設(shè)計(jì)上。 PLC程序設(shè)計(jì)可遵循以下六步進(jìn)行： （ 1）確定被控系統(tǒng)必須完成的動(dòng)作及完成這些動(dòng)作的順序。 （ 2）分配輸入輸出設(shè)備 即確定哪些外圍設(shè)備是送信號(hào)到 PLC，哪些外圍設(shè)備是接受來(lái)自 PLC 信號(hào)的。并將 PLC 的輸入輸