【正文】 .................................................................................... 23 總結(jié) .............................................................................................................................. 23 致謝 .............................................................................................................................. 24 參考文獻 .................................................................................................................... 25 附錄 .............................................................................................................................. 25 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設計 VI 1 緒 論 本課題研究設計 背景和目的 在我國目前的經(jīng)濟、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備。同時，系統(tǒng)具有自動和手動兩種控制方式，便于對系統(tǒng)進行維護修理，提高效率，實現(xiàn)自動化消防給水。成都理工大學工程技術(shù)學院畢業(yè)論文 基于 PLC 的消防給水泵 控制系統(tǒng)設計 作者姓名 : 古曉龍 專業(yè)名稱 : 電子測量技術(shù)與儀器 指導老師 : 閆智武 講師基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設計 II 摘 要 現(xiàn)在，城市火災、森林火災出現(xiàn)的頻率較高，怎樣才能減少損失，消防部門責任較大，因此研究高效能的消防給水泵控制系統(tǒng)可以減少財產(chǎn)損失，具有一定的實際應用價值。 本文介紹了以可編程邏輯控制器為核心的控制系統(tǒng)，并對其工作原理、硬件設計、軟件設計進行重點闡述，從而對傳統(tǒng)的消防給水泵系統(tǒng)進行改造，可以有效的解決以前系統(tǒng)故障率高、可靠性差、能源浪費嚴重等一系列問題。當調(diào)試、現(xiàn)場檢修或集控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可由就地按鈕箱上按鈕操作。在高層民用建筑自動消防系統(tǒng)設計中 (電氣專業(yè) ),消防水泵的啟動依據(jù)就是破玻按鈕的動作。 隨著技術(shù)的發(fā)展，很多設備需要改造，如啟動方式和元件的升級換代，很多設備的遠程操作和使用方法需要調(diào)整，如就地控制改為遠動控制或計算機控制 等?？删幊炭刂破鳎?PLC）是以微處理器為核心，綜合了微電子技術(shù)、計算機技 術(shù)、自動化技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型、通用的自動控制裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、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，近年來在工業(yè)自動控制、機電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到了廣泛的應用。因為現(xiàn)在 一旦火災發(fā)生就很難控制，無法及時的撲救和報警。它對提高消防給水系統(tǒng)的可靠性具有劃時代的意義。 設計內(nèi)容 通過對現(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、價格合理等特點的西門子 S7200 型 PLC 和西門子變頻器構(gòu)成的控制核心來設計消防給水系統(tǒng)，確定控制要求，設計控制軟件，并在工程項目實踐中考驗與使用，保證整個系統(tǒng)運行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟性能。 本文就最簡的給水泵組控制系統(tǒng)的設計做了詳細的敘述，包括硬件電路設計，控制軟件的總體方案及程序結(jié)構(gòu)設計，以及相關(guān)的控制程序?qū)嶋H。它采用一類可編程序的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)操作等面向消防的指令，并通過數(shù)字式或模擬式輸入 /輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 （ 2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強 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)。在 PLC 內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時序、計算機、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。 （ 6）體積小，維護操作方便 PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。 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)控制的專用計算機，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機相似。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。 （ 2）分配輸入輸出設備 即確定哪些外圍設備是送信號到 PLC，哪些外圍設備是接受來自 PLC 信號的。 （ 4）實現(xiàn)用計算機對 PLC的梯形圖的直接編程。確定控制上的相互關(guān)系之后，即可進行編程的第二步 分配輸入輸出設備。 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設計 6 3 消防給水系統(tǒng)的特性及原理 給水系統(tǒng)基本特性 給水系統(tǒng)的參數(shù)表明了給水的性能。水系統(tǒng)的基本特性和工作點揚程特性是以給水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤?，表明水泵在某一轉(zhuǎn)速下?lián)P程 H 與流量 Q之間的關(guān)系曲線 f（ Q）。管阻特性反映了水泵的能量用來克服泵系統(tǒng)的 水位及壓力差、液體在管道中流動阻力的變化規(guī)律。揚程特性曲線和管阻特性曲線的交點，稱為給水系統(tǒng)的工作點，如圖 中 A點。而流量的大小又取決于揚程，而揚程難以進行具體測量和控制。 若：給水能力 Qg? 用水需求 Qv，則壓力 P 不變。將來消防需求發(fā)生變化時，需要對給水系統(tǒng)做出調(diào)節(jié)，以適應流量的變化。 實質(zhì)是水泵本身的給水能力不變，而通過改變水路中的阻力大小 來強行改變流量大小，以適應消防對流量的需求。當水泵的轉(zhuǎn)速改變時，揚程特性將隨之改變，而管阻特性則不變。 可知調(diào)速方法有：變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差調(diào)速和變頻調(diào)速。 變轉(zhuǎn)差調(diào)速 通過改變電動機的轉(zhuǎn)差率實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的改變。電動機工作在額定狀態(tài)時，轉(zhuǎn)差率 s 很小，相應的轉(zhuǎn)子銅損耗小，電機效率高。 變頻調(diào)速 從公式 ()可知，當極對數(shù) p 不變時，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 與定子電源頻率 f 成正比，因此連續(xù)調(diào)節(jié)異步電機供電電源的頻率，就可以連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)電機的同步轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。 變頻調(diào)速方式時，電動機的機械特性表達式： ? ? ???????? ???????? ??2212211221139。 頻率 f從額定值 fn 往下調(diào)時， 電機機械特性的變化情況，如圖 所示。其實質(zhì)是通過改變水路中的阻力大小來改變流量，因此，管阻將隨著閥門開度的改變而改變，但其揚程特性不變。變頻調(diào)速給水方式屬于轉(zhuǎn)速控制。此時水泵輸出功率用圖形表示為(0 ,Q2 ,D ,H0)圍成的矩形面積，其值為： ??102 20QHPf ? （ ） 可見，改用調(diào)速控制，節(jié)能量為 (H0,D ,F ,H1)圍成的矩形面積，其值為： ?????? 102 )(102102 2022021 QHHQHQHPPP df ??????? （ ） 所以，當用閥門控制流量時，有功率?? 102 )( 201 QHH ?被浪費掉。 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設計 11 4 給水泵組及控制要求及控制系統(tǒng) 變頻給水泵組 變頻給水泵組通常由 2~4臺相同功率及類型相同的水泵并聯(lián)運行，為維修、安裝及減振需要，每臺泵的進出水管上必須裝有閥門、止回閥、橡膠接頭等配件。 控制系統(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過壓力傳感器對消防管網(wǎng)壓力進行實時采樣，并與設 定壓力值比較，根據(jù)壓力偏差來控制變頻泵的速度及定量泵的啟、停，實現(xiàn)恒壓、變量的供水，以達到節(jié)能、恒壓的目的。 當消防用水量較少，變量泵轉(zhuǎn)速降到一定程度時，控制器自動停止最先運行的定量泵，并根據(jù)管網(wǎng)壓力調(diào)整變量泵轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)壓力始終保持恒定。設備還可以通過時控器控制水泵的強行切換。 PLC的輸出信號是： : 1＃泵變頻運行； ： 1＃泵工頻運行； ： 2＃泵變頻運行； ： 2＃泵工頻運行； ： 3＃泵變頻運行； ： 3＃泵工頻運行； ： 4＃泵變頻運行； ： 4＃泵工頻運行。 5 系統(tǒng)硬件選型 PLC 根據(jù)系統(tǒng)硬件的 I/O 點數(shù)、內(nèi)部寄存器數(shù)量及種類、智能模塊、性價比 等因素，本系統(tǒng)選用西門子 S7200 CPU— 224 型 PLC 西門子 S7200 CPU 單元 CPU224參數(shù) 主要性能 主要性能 本機集成 14輸入 /10輸出共 24個數(shù)字量 I/O 點。 I/O 端子排可很容易地整體拆卸 。 II. 電流匹配；普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機的額定電流相符。 10%，三相，交流， ； 風機和泵類變轉(zhuǎn)矩負載專用；牢固的 EMC（電磁兼容性）設計；控制信號的快速響應；傳動平穩(wěn)，輕松無憂 控制功能：線性 v/f 控制，并帶有增強電機動態(tài)響應和控制特性的磁通電流控制（ FCC），多點 v/f控制； 內(nèi)置 PID 控制器； 快速電流限制，防止運行中不應有的跳閘； 數(shù)字量輸入 6個，模擬量輸入 2個，模擬量輸出 2個，繼電器輸出 3 個； 具有 15 個固定頻率， 4 個跳轉(zhuǎn)頻率，可編程；采用 BiCo 技術(shù)，實現(xiàn) I/O 端口自由連接； 集成 RS485 通訊接口，可選 PROFIBUSDP 通訊模塊；靈活的斜坡函數(shù)發(fā)生器，可選平滑功能； 三組參數(shù)切換功能：電機數(shù)據(jù)切換，命令數(shù)據(jù)切換； 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設計 16 風機和泵類專用功能：多泵切換，旁路功能 手動 /自動切換；斷帶及缺水檢測 保護功能：過載能力為 140％額定 負載電流，持續(xù)時間 3 秒和 110％額定負載電流，持續(xù)時間 60秒； 過電壓、欠電壓保護；變頻器過溫保護；接地故障保護，短路保護； 12t 電動機過熱保護； PTC/KTY 電機保護。10V, 177。500mV,? 177。25mV 電流輸入 0～ 20mA 數(shù)據(jù)字格式 15～ 30V 單極性，全量程 0～ 32022 雙極性，全量程 32022~32022 輸入分辨率 電壓輸入 (單極性 ) mV(0～ 10V 量程 ) mV (0～ 5V量程 ) 電壓輸入 (雙極性 ) mV(177。% ，最壞情況：滿量程的 177。 ])( )()(1)([)( ? ??? to Dip td tdeTdtteTteKtu基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設計 22 式中 ： )(tu —— 調(diào)節(jié)器的輸出； pK —— 比例時間常數(shù)； )(te —— 差壓設定值 ( 0P? )與差壓實測值 ( P? )之差； Ti—— 差壓積分時間常數(shù)； DT —— 差壓微分時間常數(shù)。 總結(jié) 通過模擬實驗證明了該方案在智能化消防給水系統(tǒng)中，是切實可行的。另外還可以根據(jù)實際需要很方便地進行擴展。 最后敬請各位專家、老師和同學對論文和今后的研究工作提出寶貴的指導意見和建議。在這三年的時間里，我在學習上和思想上都受 益非淺。在此，我特別要感謝我的導師閆智武老師。最后要感謝我的家人以及我的朋友們對我的理解、支持、鼓勵和幫助，正是因為有了他們，我所做的一切才更有意義；也正是因為有了他們，我才有了追求進步的勇氣和信心。s largest breeding and research center. Three days are long enough for foreign visitors to visit those iconic tourist spots, he noted. The city is home to the remains of the Jin sha civilization that dates back more than 3,000 years as well as the Qing cheng Mountains and the Du jiang yan irrigation system. Qing cheng has long been recognized as the birthplace of Taoism, China39。s cooperation with Central Asian countries, a senior official said. Shaanxi Governor Lou Qinjian