智能建筑给排水控制系统的设计

CENTRALSOUTHUNIVERSITY课程论文题目智能建筑给排水控制系统的设计学生姓名陈山雷学号0909102510指导教师王击学院信息科学与工程学院专业自动化完成时间2013.11.13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、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；并对给排水系统的设备进行集中管理，保证系统可靠运行。当需水量减小时，电动机转速降低，水泵出口流量减少，否则电动机转速调高。排水系统中污水处理池、污(废)水集水井的液位由高低液位显示及越限报警来提醒。水泵过载报警监视水泵的运行状态，当水泵出现过载时停机并发出报警信号。在本设计中，主要内容包括给水系统，排水系统设计。其中给水系统中采用恒压变频供水方式，水源是城市供水管网。关键词：智能建筑；给水系统；排水系统；变频调器；PLC。中南大学楼宇自动化课程论文-1-AbstractWithcomputertechnology,informationandcommunicationtechnology,electronicsandinformationtechnologycontinuestoevolve,progress,buildinghigherandhigherdegreeofautomationequipment.Meanwhile,withtheacceleratedpaceofthecity,moreandmorehigh-risebuildingforthecityaddedamodernflavor.Intelligentbuildingtechnologyisinthiscontextarebooming.Inthispaper,thediscussionofintelligentbuildingbasedontheBuildingonatwenty-six,againstthehigh-levelcommercialandresidentialwateruse,combinedwithintelligentbuildingfeatures,theconstructionofwatersupplysystem,drainagesystem,werediscussed.Watersupplyanddrainagesystemconsistsofpumps,tanks,motorsandvalvesandothercomponents.Inverterisusedforpressureregulation,usingtheprogrammablelogiccontrollerlogiccontrol.Converter,programmablelogiccontrollerasthecorecomponentsofsystemcontrol,alwaysfollowthepipenetworkpressureandthedeviationofagivenpressurechange,ThedrivewithinthePIDoperation,programmablecontroller,frequency,andfrequency,AutomaticcontroltheNumberofunitsintothepumpandmotorspeed,ConstantPressuretoachieveclosed-loopautomaticadjustmentofwatersupply,Maintainingconstantpressuretocontrolflowpurposes.Monitoringofwatersupplyanddrainagesystemisthroughavarietyofcomputersystems.Accordingtocertainrequirementscontrollingthepumpoperationmode,Timelydischargeofsewage,lowconsumptionofoptimalcontrol,toachievethepurposeofeconomicoperation;Watersupplyanddrainagesystemandcentralizedmanagementofdevices,ensurereliableoperation.Whenwaterdemandisreduced,themotorspeedreduction.pumpoutletflowreduction.otherwise,themotorspeedincreases.Drainagesystemandsewagetreatmentpond,Sewage(waste)waterwellssetbythelevelofliquidlevelindicatorsandthemorelimitedthealarmtoalert.OverloadoccurswhenthepumpshutdownAndanalarmsignal.Inthisdesign,themaincontentsincludewatersupplysystem,drainagesystemdesignwatersupplysystemwhichusesconstantfrequencyofwatersupply.Keywords:Intelligentbuilding;Watersupplysystem;Drainagesystem;Frequencymodem;plc中南大学楼宇自动化课程论文-2-第1章绪论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。“智能建筑”结构图如下图1.1所示，因此，智能建筑又被称3A建筑.OAS-办公自动化系统BAS-建筑设备自动化系统CNS-通讯网络系统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。OASBASCAS图1.1智能建筑结构图中南大学楼宇自动化课程论文-3-1.1.2智能建筑在世界的发展以及应用上世纪80年代后期，智能建筑风靡全球，这主要是代表电子技术的计算机、通讯、控制三项技术在楼宇自动化、通讯网络以及它们的系统集成方面有了飞跃的发展。无论从硬件、软件到集成技术都有显著的进步，加上上个世纪90年代初，国际互联网在世间迅速普及和应用，人们对建筑功能的要求愈来愈高，同时高新科技能为人们提供更安全、更高效、更舒适、更便捷的环境。一个蓬蓬勃勃的建筑智能化的普及高潮业已在全球形成。1.1.3智能建筑在我国的发展及应用智能建筑进入我国技术领域大体上是在上个世纪80年代中期以后，中国科学院计算技术研究所就曾进行了“智能化办公大楼可行性研究”，对智能办公大楼的发展进行了探讨。智能建筑真正的普及和推广是在1992年改革开放的大潮中兴起的房地产热潮，由此兴起的我国智能建筑发展迅速，呈现巨大的市场潜力，社会经济效益显著。随着通信技术、网络技术、计算机技术等在我国的迅速发展，智能建筑在各方面也有很大的提高。据有关资料显示，目前智能建筑的投资约占总投资的5﹪-8﹪，有的可达到10﹪.智能建筑的真正意义在于满足用户需要。1.2变频器1.2.1变频器的概念变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。变频调速器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。变频调速器（frequencychanger/frequencyconverter）是一种用来改变交流电频率的电气设备。此外，它还具有改变交流电电压的辅助功能。1.2.2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=60f1︳p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中南大学楼宇自动化课程论文-4-n=n0(1-s)=60f1/p×(1-s)式中s—异步电动机的转差率，s=(n0-n)/n01.2.3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。1.2.4变频调速技术变频调速技术是现代电力传动技术重要发展方向，随着电力电子技术，微电子技术和现代控制理论在交流调速系统中的应用，变频交流调速已逐渐取代了过去的滑差调速,变极调速，直流调速等调速系统，越来越广泛的应用于工业生产和日常生活的许多领域。1.3PLC1.3.1概念PLC：工业用计算、控制装置，实现逻辑、时序、计算等控制功能，一般作为整个自动化控制系统的上位主机。1.3.2PLC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PDP—14，20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。1.3.3PLC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中