基于PLC的樓宇給排水智能化控制

摘 要：文章分析樓宇給排水系統組成框架和特點，介紹由PLC控制的樓宇給排水系統硬件組成，軟件設計以及組態設計。

關鍵詞：PLC；樓宇；給排水；智能控制系統

前言

隨著經濟的快速發展以及居民收入水平的提高，民眾對于居住舒適性的要求也隨之提高。通過將不斷發展的電子、通信以及自動控制等新科技應用于樓宇建設中，從而不斷的提高樓宇的智能化水平，構建出更為先進、宜居的居住環境。建筑給排水是樓宇建筑中的重要組成部分，根據國家的相關規定建筑樓宇給排水系統中所使用的相關給、排水設備需要具有監控與記錄功能。此外，甲級設計標準中還對建筑樓宇中所使用的給排水設備的運行與響應應具有狀態顯示、超限報警以及相關的通訊等的功能。做好樓宇給排水系統的控制對于提高樓宇給排水能力，確保為居民提供舒適、適宜的居住環境是現今乃至今后一段時間樓宇建設的重點。隨著電子技術以及自動控制技術的進步與發展，使用PLC作為控制核心的樓宇給排水控制系統不論是在控制的簡便性、經濟性以及可靠性方面都有著不小的優勢。

1 樓宇給排水系統的組織架構

樓宇給排水系統主要由生活給水、消防上水以及建筑排水系統等部分組成。其中在樓宇的生活給排水中主要由給水泵、給水箱、給水管道以及給水管道測壓變送器以及計量給水水量的脈沖水表等組成，為保證樓宇給水壓力的穩定通過采用變頻控制的單泵或是工頻、變頻切換控制多臺泵的方式來加以實現。消防給水是樓宇給水中的重要組成部分，其中消防給水主要由給水箱、噴淋泵、壓力開關、消防管道和閉式噴淋頭等組成。當傳感器檢測到火災信號時消防給水系統通過控制噴頭的自動給水來實現自動噴淋滅火。對于排水系統的控制系統主要由污水箱、液位傳感器、排水泵與排污管道等組成，通過液位傳感器檢測污水坑中的水位以控制排水泵的工作。

2 PLC控制樓宇給排水控制系統的硬件組成

2.1 生活給水系統

樓宇生活給水系統控制的主要目的是將樓宇給水系統的壓力控制在一個較為穩定的壓力范圍內，通過壓力傳感器對生活給水系統中的給水壓力進行檢測并將壓力信號反饋至PLC中以控制變頻泵的啟停或是運行的轉速。整套生活給水系統主要由給水泵、變頻控制器、壓力送變器等組成。采用單泵變頻控制時，當壓力送變器檢測到供水系統的壓力低于PLC中所設定的壓力值時，PLC對給水單泵變頻器發出工作信號，從而將給水系統中的給水泵轉變為變頻工作狀態對給水系統進行補壓。當使用變頻單泵給水系統時，如果樓宇對于水的用量增加，生活給水泵變頻器控制時，如將工頻上升至50Hz時仍無法將給水管道的壓力升至設定值，則PLC根據情況將生活給水泵切換至工頻工作狀態并將備用泵啟動進入到變頻狀態以確保樓宇給水系統的壓力。

2.2 消防給水系統

消防給水系統是樓宇給水系統的重要組成部分，整個消防給水控制系統包含有伺應狀態和報警狀態。其中伺應狀態指的是消防控制系統在完成裝運調試后處于滅火工作前的一個工作狀態，整個噴水系統中內部存有0.2MPa-0.3MPa的水壓力，以便在火災報警時能夠及時的完成噴水滅火工作。

3 樓宇給排水控制系統的PLC程序的編制

整個樓宇給排水控制系統由上位機（微機）、下位機（PLC）以及控制總線以及閥、傳感器等構成樓宇給排水控制系統的硬件組成部分。下位機主要使用西門子系統中的S7-200CN系列中的S7-222CN型PLC，使用擴展電纜將其與模擬量模塊進行擴展連接，上位機與下位機PLC之間使用PC-PPI電纜相互連接。通過在樓宇給排水控制系統的上位機中安裝力控組態軟件以及在下位機中對PLC的程序進行編譯以實現對于樓宇給排水控制系統的控制。其中下位機依靠內部的程序對樓宇給排水設備進行全自動的控制，上位機與下位機之間通過使用PPI線纜實現兩者之間通信并在上位機中實現對樓宇給排水控制系統中各項運行指標的監視、顯示和記錄，同時還可以將樓宇給排水控制系統與市政給、排水控制網絡相連接以便對樓宇給排水控制系統進行遠程監控從而更好的對樓宇給排水進行調度保障。在對樓宇給排水控制系統的PLC程序進行編制有：（1）生活給水系統的恒壓控制程序的編制。在生活給水系統中為確保給水的壓力需要做好對于給水壓力的采集以及給水泵組的控制，在樓宇給排水控制系統給水恒壓PLC程序的編制中主要應用PLC中的PID編程控制以實現對于變頻器的控制，在樓宇給排水控制系統的給水系統PLC程序的編制中需要采用主、子程序相結合的模式，其中樓宇給排水控制系統給水恒壓PLC程序編制時要按照：主程序啟動-調用給水系統的給水壓力的計量-PID計算初值-故障預警程序-完成變頻頻率初值賦值-變頻泵啟動-變頻與給水泵工頻的控制邏輯之間的轉換。在給水壓力的檢測上，脈沖式水表將給水系統中的給水量檢測的開關信號通過信號轉換為脈沖信號將其輸送至PLC控制模塊的信號接收端，從而完成給水壓力的輸送，PLC通過內部程序對所接收到的信號進行處理，并根據給水系統內水壓力的大小完成對于給水系統變頻泵的工頻頻率的控制。（2）消防給水系統PLC程序的編制。在檢測到火災報警信號后，輸出噴淋信號控制消防水泵運轉，向消防給水系統中供水同時控制火災房間內噴淋設備的閥組控制設備打開閥組以實現對于火災房間的消防噴淋。消防自動噴淋使用與排污水控制都是通過使用開關信號作為給水泵的開啟及制動信號的。（3）上位機組態監控設計，在樓宇給排水系統設計中對于上位機所使用的組態軟件監控中需要使用力控組態軟件。

4 對于樓宇給排水系統設計的人機交互界面的設計

對于樓宇給排水系統中的人機交換界面的設計時，其整個畫面主要由3各部分組成，樓宇給排水系統設計的實時數據動態監控、報警等，在樓宇給排水系統上位機中的監控畫面中可以實時的顯示供水系統中的供水壓力、水表累積數據以及排水抗（箱）中液位的高低以及消防給水系統中閥門中的運行狀態。同時對于樓宇生活給水系統中的供水泵的運行狀態（如運行、工頻/變頻運行、停止等）等進行相應的顯示。同時通過上位機監控界面可以對樓宇給水控制中的相應的給水管道的設計壓力值進行相應的修改設定，同時對于樓宇給排水系統中的給水管道的PID控制參數也能夠進行相應的修改，而后通過上位機與下位機之間的程序自動對下位機中PLC相應的設定參數進行相應的修改。同時通過上位機組態軟件界面上還能夠對整個樓宇的給排水運行情況進行直觀的顯示，同時組態軟件還能夠在上位機上針對具體某一樓層的給排水數據進行檢測與監視，并對給排水管道的壓力值進行相應的設定。

整個樓宇給排水系統主要由上位機、下位機以及控制終端等幾個主要部分組成，上位機主要使用PC機作為控制器，下位機使用PLC作為控制器對閥組、泵組等控制終端進行控制，通過在上位PC機中安裝力控組態軟件和在下位機（PLC）中安裝編程的編譯軟件從而使得PLC可以實現對樓宇給排水的自動程序控制，并將采集到的監控信息傳輸至上位機中由上位機對樓宇給排水系統的監視、顯示和控制，從而使得樓宇給排水的生活給水雙泵變頻控制、用水計費和消防給水控制，具有良好的應用前景。

5 結束語

樓宇給排水自動控制是樓宇智能化發展的重要一環，通過在樓宇給排水控制中使用PLC作為控制的核心組建樓宇給排水控制網絡以實現對于樓宇給排水的智能化控制。

參考文獻

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