直接给水热水给水高位水箱系统自动控制的设计曹红伟楼宇1班10届.doc

成绩 _楼宇自动化系统与应用原理课程设计报告题 目热水给水+高位水箱+直接给水系统自动控制的设计系 别 设备工程系 专业名称 楼宇智能化工程技术 班 级 楼宇10-1 学 号 2010112601001 姓 名 曹红伟 指导教师 温老师 直接给水+热水给水系统自动控制的设计1、直接给水+热水给水系统运行参数与状态监控点版/位及常用传感器，电气控制一、二次接线图和原理图设计。2、直接给水+热水给水系统连锁控制；3、直接给水+热水给水系统运行与调节控制；4、直接给水+热水给水系统连锁控制流程图；5、直接给水+热水给水系统PID调节原理框图；摘要本文针对河南建筑职业技术学院的供水要求,设计了一套由PLC、传感器、远传压力表、多台水泵机组等主要设备构成的全自动恒压供水系统,具有全自动变频恒压运行、自动工频运行等功能。通过内置PID模块的变频器,利用远传压力表的水压反馈量,构成闭环系统,根据用水量的变化,采取PID调节方式,在全流量范围内利用变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合,实现恒压供水且有效节能。给排水系统是任何建筑必不可少的重要组成部分。一般建筑物的给排水系统包括生活给水系统、生活排水系统和消防水系统。这里主要介绍生活热水给水自动控制的设计。随着电气控制技术的发展, 现代楼宇小区大都属于高层建筑, 其供水系统都向智能化方 向发展.高层建筑高度大,一般的城市管网中的水压不能满足其用水要求,除了最下面几层 可由城市管网供水外, 其余上部各层均需提升水压供水. 由于过高的水压对使用, 材料设备, 维修管理均不利,因此必须进行合理的竖向分区供水. 为了节省能量,应充分利用室外管网中的水压,在最地区可直接采用城市网管供水,并 将大用水户如洗衣房,餐厅,理发室,浴室等布置在低区,以便城市管网直接供水,充分利 用室外管道的压力,可以节省电能. 根据建筑给水高度,要求,分区压力等情况,进行合理分区,然后布置供水系统.供水 系统形式有多种,各有其优缺点,但基本上可划分为两大类,即重力供水系统和压力供水系 统.重力供水系统的特点是以水泵将水提升到最高水箱中,以重力给水管网配水,对楼顶水 池水位的监测当高/低水位超限时报警,根据水箱的高/低水位控制水泵的启动/停止,监测给 水泵的工作状态喝故障,如果当使用水泵出现故障时,备用水泵投入工作.重力供水系统供 水压力稳定,且有水箱储水,供水较为安全,但水箱重量大,增加建筑符合,占用楼层建筑 面积,且有产生噪声振动之弊,应根据具体情况使用.考虑到重力供水系统的缺点,为此可 考虑压力供水系统. 不在楼层中或屋顶上设置水箱, 仅在地下室或者空余之处设置水泵机组, 气压水箱等设备, 采用压力供水满足供水要求. 压力供水系统可用并联的气压水箱给水系统, 也可采用无水箱的几台水泵并联供水系统.并联气压水箱需要金属制造,投资比较大,且运行效率低,还需设置空气压缩机为水箱补气,因此耗费动力较多,近年来有的采用密封式弹 性隔膜气压水箱,可以不用空气压缩机充气,既节省了电能又防止了空气污染水质,有利于 环境卫生. 水泵直接供水系统, 一般不采用水箱, 而是采用多台可自动控制的水泵并联运行, 根据用水量的变化,开停不同的水泵来满足用水要求,也可节省电能,如用计算机控制更为 理想.一般采用调速水泵供水,即根据水泵出水量与转速成正比的关系的特性,调整水泵的转速满足用水量的变化, 同时可节省动力. 水泵的调速一般是采用水泵电动机可调速的联轴 器或者采用调速电动机, 不过近年来国外研究一种自动控制水泵叶片角度的水泵, 即随着用 水量的变化控制叶片角度来改变调节水泵的出水量, 以满足用水量的需要, 这种供水系统设 备简单,使用方便,是一种恨有前途的新型水泵供水系统.不过无水箱的水泵供水系统,最 好是用于水量变化不太大的建筑, 因为水泵要长时间不停的工作, 即便在夜间用水量不大的 情况下,也要消耗动力,且水泵机组投资较高. 以上几个比较有代表性的供水系统,如何选用,应在使用要求,用水量大小,建筑物结 构以及材料设备供应等具体问题上全面考虑.在用水安全可靠的前提下,考虑技术先进,经 济上最合理的供水系统.关键字:热水给水、电气一二次 、PLC 、PID调节设计目的1、了解生活给水的方式； 2、掌握生活给水的自动控制原理与要求 。（一）水泵直接给水方式1. 概念 用水泵直接向终端用户提供一定压力的供水方式。2. 控制原理与要求 1）水泵节能控制 用水管式压力传感器检测水泵出口管网的压力，与给定值比较，由控制器控制变频器输出调节水泵转速，从而达到稳定供水压力的目的。 2）系统应急控制 在多台水泵组成的系统中，多台水泵互为备用。当一台水泵损坏时，备用水泵能投入使用，以保证系统正常运行。 3）水泵累计运行时间控制 为了延长水泵的使用寿命，通常要求水泵的累计运行时间尽可能相同，每次启动系统时，应优先启动累计运行时间最少的水泵，故控制系统应具有自动记录设备运行时间的功能。 4）设备的远程控制 控制中心能实现对现场设备的远程开/关控制。 水泵直接给水系统监控原理图如图示:3. 设备、系统运行状态与参数监控点/位及常用传感器监测、控制点描述AIAODIDO接 口 位 置备注恒速水泵启停状态恒速水泵动力柜主接触器辅助触点恒速水泵故障报警恒速水泵动力柜主电路热继电器辅助触点恒速水泵手/自动转换状态恒速水泵动力柜控制电路转换开关，可选恒速水泵启停控制DDC数字输出口输出到恒速水泵动力柜主接触器控制回路变速水泵启停状态变速水泵动力柜主接触器辅助触点变速水泵故障报警变速水泵动力柜主电路热继电器辅助触点变速水泵手/自动转换状态变速水泵动力柜控制电路转换开关，可选变速水泵启停控制DDC数字输出口输出到变速水泵动力柜主接触器控制回路水流开关状态水流开关状态输出点水池水位监测水池水位开关状态，4个液位开关管网给水压力检测管式液位传感器合 计4.水泵直接给水分区给水系统图(a) 分区水泵给水(b) 单一水泵分区减压给水（二）热水给水系统自动控制热水给水系统由热交换器、补水箱、热水泵等组成。 生活热水与空调热水的区别： 生活热水：开式系统； 空调热水：闭式系统。（一）热水给水系统的监测与控制 1. 节能控制 根据生活热水出水口温度和压力检测，以调节蒸汽电动阀的开度和热水泵的运行台数，达到节能目的。 2. 设备累计运行时间控制 通常要求设备累计运行时间尽可能相同，每次启动系统时，应优先启动累计运行时间最少的设备，故控制系统应具有自动记录设备运行时间的功能。 3. 设备的开/关控制 控制系统能够根据预先制定的时间表，实现设备的按时启停控制。 控制系统应具有对设备进行远程控制的功能。 4. 连锁控制 启动顺序：启动热水泵开启一次侧蒸汽阀门。 停止顺序：关闭一次侧蒸汽阀门停止热水泵。（二）热水给水系统的运行参数及状态监测原理图如下所示:热水给水系统自动控制热水给水系统由热交换器、补水箱、热水泵等组成。 生活热水与空调热水的区别： 生活热水：开式系统； 空调热水：闭式系统。（一）热水给水系统的监测与控制 1. 节能控制 根据生活热水出水口温度和压力检测，以调节蒸汽电动阀的开度和热水泵的运行台数，达到节能目的。 2. 设备累计运行时间控制 通常要求设备累计运行时间尽可能相同，每次启动系统时，应优先启动累计运行时间最少的设备，故控制系统应具有自动记录设备运行时间的功能。 3. 设备的开/关控制 控制系统能够根据预先制定的时间表，实现设备的按时启停控制。 控制系统应具有对设备进行远程控制的功能。 4. 连锁控制 启动顺序：启动热水泵开启一次侧蒸汽阀门。 停止顺序：关闭一次侧蒸汽阀门停止热水泵。（二）热水给水系统的运行参数及状态监测原理图如下所示:热水给水系统自动控制热水给水系统由热交换器、补水箱、热水泵等组成。 生活热水与空调热水的区别： 生活热水：开式系统； 空调热水：闭式系统。（一）热水给水系统的监测与控制 1. 节能控制 根据生活热水出水口温度和压力检测，以调节蒸汽电动阀的开度和热水泵的运行台数，达到节能目的。 2. 设备累计运行时间控制 通常要求设备累计运行时间尽可能相同，每次启动系统时，应优先启动累计运行时间最少的设备，故控制系统应具有自动记录设备运行时间的功能。 3. 设备的开/关控制 控制系统能够根据预先制定的时间表，实现设备的按时启停控制。 控制系统应具有对设备进行远程控制的功能。 4. 连锁控制 启动顺序：启动热水泵开启一次侧蒸汽阀门。 停止顺序：关闭一次侧蒸汽阀门停止热水泵。（二）热水给水系统的运行参数及状态监测原理图如下所示:三、技术需求分析 在许多现代高档建筑中还有生活和卫生热水给水系统。热水给水系统由热交换器、补水箱、热水泵等组成。生活热水的热交换系统与空调热交换系统的区别在于空调热交换系统二次侧是闭式系统，而生活热水的热交换系统二次侧是开放式系统。这个章节将介绍简单的热水给水系统。生活热水系统将热源设备提供的蒸汽或高温热水，通过热交换转换为满足温度要求的生活热水输送到热水用户。在楼层高，用户分布比较广的热水系统中，往往有多个热交换站，向分布在不同区域的用户就近提供热水，这样可以节约远距离输送热水所需的动力。当热水用量小，用户集中时，可由一个热交换站向所有用户提供热水，以减少设备投资。1.生活热水给水系统运行参数与状态监控点/位及常用传感器*热交换器一次侧蒸汽与冷凝水回水温度测量：取自安装蒸汽管与冷凝水回水管上的温度传感器，采用管式温度传感器。*热交换一次侧蒸汽压力测量：取自安装在蒸汽供汽管与冷凝水回水管上的温度传感器，采用管式温度传感器。*生活热水供水温度测量：取自安装在生活热水供水管上的水温传感器输出，常选用管式水温传感器。*生活热水供水流量测量：取自安装在生活热水供水管上的流量传感器，常选用电磁流量计。*生活热水供水压力测量：取自安装在生活热水供水干管上的液体压力传感器，常用管式液体压力传感器。*补水箱水位监测：取自安装在补水箱上的液位开关，一般有溢流、启泵、停泵、低限报警四个液体开关。*生活热水启停状态：取自生活水泵配电箱接触器辅助触点。*补水泵启停状态：取自补水配电箱接触器辅助点。*生活热水故障报警：取自生活热水泵配电箱热继电器触点。*补水泵故障报警：取自补水泵配电箱热继电器触点。*水流状态：水流开关状态输出点：一次侧蒸汽（热水）流量控制蒸汽（热水）阀门开度控制：从DDC模拟输出口（AO）输出到一次侧蒸汽阀门驱动控制输入口。*热水启停控制：从DDC数字输出口（DO）输出到热水泵配电箱接触器控制回路。*补水泵启停控制：从DDC数字输出（DC）输出到补水配电箱接触器控制回路。2.生活热水给水系统设备启停顺序系统设备启动顺序控制：启动热水泵开启一次侧蒸汽阀门。系统设备停止顺序控制：关闭一次侧蒸汽阀门停止热水泵。3.生活热水给水系统控制原理DDC控制器将生活热水出水检测值与设定值进行比较，根据温度偏差由控制器按照设定的调节规律，输出控制信号，调节蒸汽电动阀的开度，使生活热水出口温度接近并保持在设定值。当介质为蒸汽时，电动控制阀门一般应采用直线阀调节阀。当系统内有多少台热交换器并联使用时，应在每台热交换器二次热水进口处加电动蝶阀，把不使用的热水交换器水路切断。在多台热交换器与热水泵的生活热水给水系统中，多台设备互为备用，当一台设备损坏时，备用设备自动投入使用，以确保生活热水给水系统正常工作。为了延长各设备的使用寿命，通常要求热交换器与水泵累计运行时间数尽可能相同。因此，每次启动系统时，都应优先启动累运行小时数少的设备，控制系统应有自动记录设备运行时间的功能。监控系统能够在控制中心实现对现场设备的远程开/关控制。通过生活热水管的流量计和给水温度，监控系统自动计算生活热水的消耗量，为能源消耗，用水量费用的结算和管理提供数据。当补水箱水位降低到启动水位时，自动启动补水泵向补水箱补水；当水箱水位达到停泵水位时自动停泵结束补水。如果补水故障不能不水，使补水箱水位达到低限报警水位，或者补水泵不能及时停机，使水位到达溢流水位，则监控系统报警，提醒值班工作人员人及时处理。生活热水给水系统能够按照预设的运行时间表自动定时启停；控制系统能够对设备远程的开/关控制，在控制中心能实现对现场设备的控制。 热交换系统检测、控制点配置表监测、控制点描述AODIDO接 口 位 置备 注热水泵运行状态热水泵动力柜主接触器辅助触点热水泵故障状态热水泵动力柜主电路热继电器辅助触点热水泵手动自动状态热水泵动力柜控制电路，可选。生活热水给水温度测量生活热水给水温度传感器生活热水给水流量测量生活热水给水流量传感器DC420mA生活热水给水压力测量生活热水给水压力传感器DC05V蒸汽压力测量蒸汽压力传感器DC05V蒸汽温度测量蒸汽温度传感器冷凝水温度测量冷凝水回水温度传感器补水泵的运行状态补水泵动力柜主电路接触器辅助触点补水泵的故障状态补水泵动力柜主电路热继电器辅助触点补水泵手动自动状态补水泵动力柜控制电路，可选生活热水泵启停控制DDC数字输出口生活热水泵动力柜控制电路补水泵启停控制DDC数字输出口补水泵动力柜控制电路蒸汽电动阀控制DDC模拟输出到一次侧蒸汽电动阀驱动器控制口水流状态水流开关状态输出补水箱水位监测补水箱内液位开关，溢流、高位、低位、低限报警四个液位开关其他合 计6182电源 CPU SM3331(AI) SM332(AO) SM321(DI) SM332（DO）10A S7-3BC 6ES7331- 6ES7332 6ES7321 6ES7322 307-1 2DP 7NF10-OABO 5HD01 1BL80- 56H00- KA01 6E373B- -OABO OAAO OABO OAAO -6CE00 -OABA 6*120%=7.2 1*120%=1.2 10*120%=12 4*120%=4.8 8点 2点 12 5点 一块 一块 一块 一块 输入I:热源争气压力检测 00000 冷凝水回水温度检测 00001 热源蒸汽温度检测 00002 一次侧蒸汽（热水）流量控制 00003 生活热水泵故障报警 00004 生活热水泵运行状态 00005 热水供水压力检测 00006 水池高/中/低水位监测 00007 水流开关 00008 补水泵故障报警器 00009 补水泵运行状态 00010 输出O:水流开关 01000 生活热水泵启停控制 01001 热水供水流量检测 01002 补水泵启停控制 01003控制电路设计如下图所示, 水位的自动控制在实际应用中由于水面的上下浮动, 使接触 触电时通时断,造成接触器频繁吸合释放,恨容易烧坏接触器触点.所以在一般的晶体管水 位控制电路中,加一个电容 C 使三极管的导通或者截止时间延迟,不使接触器马上动作,即 可保护接触器触点.当总开关 QS 按下时,此时如水塔中的水位下降到最低水位时,VT2 截 止,VT1 导通,这样使得继电器 K1 吸合,其常闭触点断开,其常开触点闭合,使电磁接触 器 MC 得电,启动电机;待水箱水满时,VT2 导通,VT1 截止,使 K1 释放,常开断开,常闭 闭合,使电机停止.同时 MC 的一个常闭和一个常开分别接一显示灯,绿灯表示运行,红灯 5 表示停止,达到显示电机的运行/停止.在实际应用中,控制电路二端分别接主电路的 L1 和 L2 端提供 380V 的相电压.这只是控制一台电机 M1 的电路,如果要控制 2 台电机,只需 采用 2个这样的简单电路即可,将接触器 KM1 换成 KM2 ,这样即可控制电机 M2 和,同样二端接 380V 的相电压 水塔水位控制电路图四、自动控制系统原理图设计1、热交换器一次侧蒸汽与冷凝水回水温度测量：取自安装蒸汽管与冷凝管水回水管上的温度传感器，采用管式温度传感器。热交换器一次侧蒸汽压力测量：取自安装在蒸汽供气管上的压力传感器，采用管式压力传感器。生活热水供水温度测量：取自安装在生活热水供水管上的水温传感器输出，常选用管式水温传感器。生活热水流量测量：取自安装在生活热水供水管上的流量传感器。生活热水供水压力测量：取自安装在生活热水供水管上的液体压力传感器。补水箱水位监测：取自安装在补水箱上的液位开关，一般有溢流、启泵、停泵、低限报警四个液位开关。2、 设备启停顺序系统设备启动顺序控制：启动热水泵开启一次侧蒸汽阀门系统设备停止顺序控制：关闭一次侧蒸汽阀门停止热水泵3、 生活热水给水系统控制原理DDC控制器将生活热水出水温检测值与设定值进行比较，根据温度偏差由控制器按照设定的调节规律，输出控制信号，调节蒸汽电动阀的开度，使生活热水出口温度接近并保持在设定值。当介质为蒸汽时，电动控制阀门一般应采用直线阀调节阀。五、PLC顺序功能图）上电自动开通 、 和 温度这三个特殊模块。）当用户选择自动操作时，系统进入到水温、水位同时自检状态从远程表和温度传感器读取当前系统水温水位状态。具体而言当水位低于低水位时（程序中设置为 ），泵 高速运作，迅速把冷水箱中的水送入热水箱，提供给用户足够的水量；当水位处于最高和最低之间时（程序设置为 ），泵 以低速运作，缓慢将水注入热水箱，保证一定的水储存量；当水位到达最高时（）泵停止工作；当水位低于最低设定水位警戒线（）时泵 停止工作，程序跳出循环，并启动水位报警，防止其因水位过低引起干烧，损坏热水箱及内部的所有器件。）系统读取用户输入的设定温度。）比较水温。将两个出水口温度相比较，当它们不等时，低速启动泵，让整个热水箱的水不停的走水循环，通过循环经过太阳能热水器，来对水箱内的水进行加热。当这两个出水口温度相等时，继续比较热水箱的出水口温度与设定温度。当出水口温度大于设定水温时，以高速启动泵，通过加快流速来达到降低水温的目的。当出水口温度小于设定水温时，启动电加热。直到出水口温度与设定温度相等时，跳出循环。整个供水系统的操作方式有两种选择：手动和自动。）手动：用于自检或检修，当系统自动操作出现问题时，选用手动启动每个部件，看运作结果是否正常，从而确定是哪个部件出了问题。）自动：正常运行的情况下，系统自己执行操作，即根据用户设定的水温来调节操作指令，从而来决定系统的运作。总结(致谢) 本次的课程设计，我们全组成员通力合