基于PLC的建筑给排水实验平台设计.pdf

王瑛等 基于P I C的建筑给排水实验平台设计 4 5 基于 P L C的建筑给排水 实验 平台设计 王瑛 ， 兰少飞 ， 吴迪清， 王红波 兰州理工大学 土木工程学院 。 兰州7 3 0 0 5 0 【 摘要】 介绍了采用 P c机与 P L C控制建筑给排水、 消防系统 包括消火栓系统、 湿式 自动喷水灭火系统 、 水喷雾灭火系统 的实验平台。重点介绍了此装置采用 P L C控制的程序设计， 简要介绍了建筑给排水及消防全自 动控制实验平 台的组成及其监控界面 的设计 。 【 关键词】 P L C； 建筑给排水 ； 消防系统； 实验平台 【 中图分类号】 T U 9 9 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 l 一 6 8 6 4 2 0 1 1 0 l 一 0 0 4 5 0 3 DE S I GN oF BUI LDD G W ATER S UPP LY AND DRA AGE AUToM ATI C CoNTRoL EXPEI UM ENT PLAT BASED oN PLC WANG Yi n g， L AN S h a o f e i， WU Di q i n g， WANG Ho n g - b o C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e ri n g ， L a n z h o u U n i v ．o f T e c h n o l o g y ， L a n z h o u 7 3 0 0 5 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r ma i n l y i n t r o d u c e s t h e b u i l d i n g wa t e r s u p p l y a n d d r a i n a g e ，fi r e fi g h t i n g a u t o ma t i c c o n t r o l e x p e r i me n t p l a tf o r m wi t h p e o n a l c o mp u t e r a n d PLC．Th e p r o g r a mmi n g o f the b u i l d i n g wa t e r s u pp l y a n d d r a i n a g e，fir e fi g h t i n g s y s t e m c o nt r o l b a s e d o n PL C i s e s p e c i a l l y e x p l a i n e d ． Th e c o mp o n e n t s o f t h e pl a t f o r m a n d the de s i g n o f mo ni t o rin g i n t e r f a c e i s b rie fly d e s c r i b e d ． Ke y wor d s PLC ；b ui l d i n g wa t e r s u p p l y a n d d r a i n a g e ；fir e fig h t i n g s y s t e m ；e x p e r i me n t p l a tf o rm 本实验平台将 P L C技术与给排水专业最重要的 专业课之一一 建筑给水排水工程 中涉及的给排水 系统 、 消防系统 紧密地结合在一块 ， 通过本专业学生最 熟知的内容从 而对 P L C有 了生动 、 具体 的了解 。 应用 组态技 术在 计算 机屏 幕上 全 真模 拟 P L C的 控制对象 可以弥补 上述不 足 ， 它能 以动画 的形 式 演示 P L C控制对象的工作过 程 ．和实际模 型相 比， 计算 机 仿真 P L C控制对象具有以下特点 制作方便、 成本低 廉 、 功能组合灵活 、 维护 简单 等。从教学 意义上 讲 ， 将 [ 基金项 目] 甘肃省 自然科学基金资助项 目 3 Z S 0 4 2一B 2 5- 0 0 5 仿真技术应用于 P L C实验， 可以解决无控制对象及无 法开设 P L C实验课的问题 ； 其次， 仿真技术以生动、 逼 真的动画形式直观显示程序的执行结果 ， 缩 短实验时 间， 提高实验的安全性。使学习者对 P L C的理解更加 深入， 从而提高实验教学的质量。 1 建筑给排水及消 防全 自动控制 实验平 台的组成 给排水 控制 实验 平 台 的组成 主要 包 括 以下几 部 分 上位机 P C机 完成主控程序， 主要包括人机界面 应用 程序 和建 筑给排 水及 消防系 统 P L C给 排水控 制 土空心楼盖是空心 的且 正交异 性 ， 开裂后 裂缝全 部发 生在肋上 ， 板在破坏时的塑性铰线与肋的位 置重合 ， 在 板底中心处呈“ 井” 字状 ， 可以看成是一种带肋的加强 板 ； 与后者相 比， 现浇混凝 土空心楼 盖肋 的厚度 与问距 都要小的多， 肋和板不存在支承关系 ， 两者作为一个整 体协同变形 ； 4 通过对拼装棚膜现浇 混凝土 空心楼盖 的有 限元分析， 建议在结构设计和施工过程 中充分利用该 类型板刚度大、 承载力高且双向受力的特点 ， 由于受力 大在跨中三分之一配置大直径钢筋 ， 两侧配置小直径 钢筋的同时尽量降低配筋率。 参考文献 [ 1 ] 程远 兵， 程文 ， 党纪 ．边 支承现浇混凝土蜂窝式空心 双向板 试 验 [ J ] ．东南大学学报 自然科学版， 2 0 0 7， 3 7 2 2 1 7 2 2 1 ． [ 2 ] DB 2 1 ／ T 1 5 2 0 2 0 0 7一J 1 1 0 2 1 2 0 0 7。 拼装棚模现浇混凝土 峦 肋楼盖技术规程[ s ] ． [ 3 ] GB 5 0 0 1 02 0 0 2， 混凝土结构设 计规范 [ S ] ． [ 4 ] G B 5 0 1 5 2 9 2 。 混凝土结构试验方法标准[ s ] ． [ 5 ] R派克， wL根勃尔 ．钢筋混凝土板[ M] ．上海 同济大学出 版社 ， 1 9 9 2 ． [ 收稿 日 期】 2 0 1 0 0 7 2 7 [ 作者简介】 韩冬 1 9 8 4 一 ， 男， 郑州人， 工程师， 从事结 构工程设计工作 。 低温建筑技术 2 0 1 1年第 1 期 总第 1 5 1期 程序 ， 以及对建筑给排水系统、 消防系统 包括消火栓 系统 、 自动喷水灭火系统 、 水喷雾 灭火系统 运行工况 的监 控 功 能。下 位 机 采 用 S I E ME N S公 司 的 S 7 2 0 0 C N系列中型号为 s 7 2 2 2 C N的 P L C ， 通过 扩展 电 缆连接型号 为 E M 2 3 5 C N的模 拟量 扩展 模块 ， 在 通过 扩展模块连接 H U I L I N G公 司单 相 2 2 0 V、 0 ． 7 5 k W 的变 频器从而实现对实验平台各子 系统 的逻辑控制。 s 7 2 2 2 C N的 P L C是 S I E M E N S公 司 s 7 2 0 0 C N 系列产品中性价比较高、 功能较强的微型 P L C ， 其最大 数字 I ／ O点 为 4 8 D I ／ 4 6 D O， 模 拟量 I ／ O为 1 8 A I ／ 6 A O， 最 大 可 扩 展 到 l 6个 I ／ O 点 ， 位 指 令 执 行 时 间 为 0 ． 2 2 l x s 。此型号 的 P L C其它特性还包括 A C或 D C电 源 ， 一个模拟设置 调整器 ， 利用 E M 2 2 7可 扩展 为两个 串行端 口， P I D控 制器 ； 运行 中编辑 模式 ， 诊断 L E D， 浮 点运算 。 P C机通过 P CP P I 电缆与 P L C连接 。 2建筑给排水及消防全 自动控 制实验 平台 P L C控制 程序设计 2 ． 1 自动控制实验平台的控制要求 1 能实现高位生活水箱、 高位消防水箱水位 的自动控制， 并将系统运行部分的管线、 电磁阀等在组 态 网控制界面和电控 箱上显示 出来 。 2 当消火栓 系统 、 自动喷淋灭火 系统、 水喷雾 灭火系统给 出消防信号时 ， 发 出报警 的同时消 防系统 能够 自动运行， 计算机屏幕上组态网控制界面能将系 统的运行工况以动画形式 显示 出来 ， 并且 能够在 组态 网控制界面远程关 闭或者启动 消防系统 。 3 能对生活给水系统水泵根据所需运行条件 通常用水 时 、 补水 时、 消 防时 的不同进行变频控制 。 4 能对生 活给水水 泵 、 消火栓给水 泵、 自动喷 淋给水泵 、 水喷雾 给水泵进行手 动／自动控制。 2 ． 2 P L C输入／ 输 出分配 表 1 P L C I ／ O分配表 鲁 功能 鲁 功能 P L C输入／ 输出分配如表 1 所示， 其 中 x 0 、 x 1 分 别表示的高位生活水箱和高位消防水箱上水电磁阀 均与相应水箱中的水位测定器联动。水位的测定由无 浮子 电极液位保持器来实现 ， 当水位到达设置高度时 ， 电路导通， 发出信号。输出设备进水水泵由接触器控 制， 进水阀和排水阀的开启由电磁阀控制， 异常高水位 报警和异常低水位报警均为声光报警。 2 ． 3 P L C控制程序设计 1 水 喷雾 系统雨 淋 阀组 压力 开关 、 自动喷 淋 系统湿式报警阀组压力开关， 自动喷淋系统一层、 二 层、 三层水流指示器任意闭合一个则消火栓系统给水 水泵电机运 转 ， 如图 1 所示。 图 1糟火栓 系统 给水泵 电机 控制程序 图中 地址 1 0 ． 5为一层 水流指 示器 ； 1 0 ． 6为二层 水流指 示器 ； 1 0 ． 7为三层 水流指 示器 ； 1 0 ． 3为水喷雾 系统雨淋阀组压力 开关 ； 1 0 ． 4为 自动喷淋 系统湿式报 警阀组压力 开关 ； M1 ． 0为消火栓系统 给水泵 电机手 自 动转换开关 M1 ． 01 时 ， 为 自动状态 ； M1 ． 1 为消火 栓系统给水 泵 电机控 制开关 组 态 王界 面按钮 MI ． 1 1 时， 消火栓系统给水泵电机运转 ； Q o ． 0为消火栓 系统给水泵电机控制输出； T 1 1 0为当组态王界面消火 栓系统给水泵电机手动转换按钮由自动转换至手动 后 ， 消火栓系统 给水泵启动按钮需延时 2 s 才能操作 。 2 水喷雾系统雨淋 阀组压力开关 闭合后 ， 水喷 雾系统给水泵运转 ， 向水喷雾系统供水 ， 如图2所示。 图2水喷雾系 统给水泵电 机控制程序 图 中 地 址 Q 0 ． 2为水 喷雾 系统 给水泵 电机控 制 输 出 ； 1 0 ． 3为水 喷雾 系统 湿 式 报 警 阀组 压 力 开 关 ； M 2 ． 0为水 喷雾系统 给水泵 电机 手 自动转 换按 钮 M1 ． 0 1时， 为 自动状态 ； M 2 ． 1为水喷雾 系统 给水 泵 电机控制开关 组态王 界面按 钮 M 2 ． 1 1 时 ， 水 喷 雾系统给水泵 电机运转 ； T 1 0 1为当组态王 界面水 喷 雾系统给水泵 电机手 动 转换按 钮 由 自动 转换 至手 动 后， 水喷雾系统给水泵启动按钮需延时2 s 才能操作。 3 自动喷淋系统湿式报警阀组压力开关 、 一、 二 、 三层水流指示器 打开 ， 自动喷淋系统 给水泵 电机运 转 ， 向自动喷淋系统供水 ， 如 图 3所示 。 壬瑛等 基于 P L C的建筑给排水实验平 台设计 4 7 喷淋压力开关 10 ,4 。喷淋电擀出 l 1 r 一 ]M 3 ．0 。 二 水 l 】j 二层水 示 呦 -6 _ 1卜一 三犀水帮示 【O ．7 卜 一 喷淋电输出 0 ． 1 卜 _ 一 M3 ． 1 M3 ．0 T1 0 2 卜 ． _ 一，卜_ 1卜 图3自动喷淋系统给水泵电机控制程【厅 图中 地址 1 0 ． 5为一层 水流 指示器 ； 1 0 ． 6为二层 水流指示器 ； 地址 1 0 ． 7为 三层 水流 指示 器 ； 1 0 ． 4为 自 动喷淋系统 湿式报警 阀组压力开关 ； M 3 ． 0为 自动喷淋 系统 给水泵 电机手 自动转换 开 关 M 3 ． 01时 ， 为 自 动状 态 ； M 3 ． 1 为 自动喷淋 系统给水泵 电机控制开关 组态 王界面按钮 M 3 ． 1 1时 ， 自动喷淋 系统 给水泵 电机运转 ； Q o ． 1 为 自动喷淋 系统给水 泵 电机控制输 出； T 1 0 2为当组态王界面 自动喷淋 系统给水泵 电机 手 动转换按钮由 自动 转换至手 动后 ， 自动喷淋 系统 给水 泵启 动按钮需延 时 2 s 后才能操作 。 4 当高位生活水箱和高位 消 防水 箱进水 电磁 阀动作时 ， 生活水泵运转 ， 如图 4所示 。 图4给水系统给水泵电机控制程序 图 中 地址 1 0 ． 0为高位 生活 水箱上 水 开关 对 应 实验平 台上 的电磁 阀 ； 1 0 1 为 高位 消 防水 箱 上水 开 关 对应实验 平 台上 的电磁 阀 ； M 4 ． 0为生 活给水 系 统给水泵电机 手 自动 转换 开关 M4 ． 01 时 ， 为 自动 状态 ； M 4 ． 1为生 活给 水 系统 给水 泵 电机 控 制开 关 组态王界面按 钮 M 4 ． 1 1时 ， 生 活给 水系 统给水 泵 电机运转 ； Q o ． 3为生活给水系统给水泵电机控制输 出； T 1 0 3为当组 态王界 面生活 给水 系统给水泵 电机手 动转换按钮 由自动转换 至手动后 ， 生 活给水 系统 给水 泵启动按钮需延时 2 s 后才能操作 。 5 高位生活水箱、 高位消防水箱上水的电磁 阀开关闭合后， 变频泵在设定值的补水工况下运转。 6 高位生活水箱或者高位消防水箱闭合后生 活给水系统给水电机变频运转时， 在补水频率设定值 输入后 ， 由变频器输 出。 7 生活给水系统给水泵电机变频运转时， 在 消防频率设定值输入后， 由变频器输出。 8 生活 给水 系统给水 电机 变频运 转时 ， 在 手 动频率设定值输入后 ， 由变频 器输 出。 3建筑给 排水及 消防全 自动控 制实验平 台人机 界面 设计 该人机交互 界面采 用仿真 软件 组态 王设计 而成 。 整个 画面 由 3部分组成 实验 平 台各 系统工 作时 操作 命令按钮部分、 动画仿真部分和报警部分 ．供排水动 画仿 真部分 可以生动 、 直观地显示 P L C控 制实验 平 台 各个 系统 的整个工作过 程 ， 便 于操作人 员监控 ； 报警部 分包括进入报警 和事件 窗 口的 切换 按钮 ， 当系统 出现 异 常报警灯将会 发 出报警 信号 ， 发 生消 防报警信 号后 报警 日期 、 报警 时间、 报警类 型等信息将会记 录在报警 和事件 窗 口中 ， 供操作人员查 阅 ； 而通 过操作命 令按钮 操 作人员可以将命令 从 P c机发送 到 P L C， 可 以实现在 操 作台直 接控制 实验平 台的各个系统 。 4结语 本文介绍的建筑给排水及消防全 自动控制实验平 台 控制界面经过运行和调试 ， 实现 了 P L C接受上位机 P C 的操作命令， 实施对给排水及消防系统的控制， 上位机接 受 P L C返回的信息 ， 用动画直观地 反映出控制结果。本 实验平 台专为实验教学开发， 但实际上 也可 以用于多媒 体课堂教学 ， 只要实现了 P c机和 P L C的连接和通讯， 即 使 P L C没有实际操作对象， 应用本文介 绍的 P L C控制仿 真应用程序 ， 就可以用软件虚拟 P I c被控对象 即给水排 水 、 消防系统中的泵 、 阀及各类控制开关 ， 让实验顺利进 行。因其模拟逼真 ， 以动画的形式 出现 ， 而且色彩丰富， 可 以达到很好的教学效果 。 参考文献 [ 1 ] 蔡行健 ． 深入浅出西门子 s 7 2 0 0 P L C [ M] ． 北京 北京航空 航天大学出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 2 ] 宋伯生 ． P L C编程 及实用指 南 [ M] ．北京 机 械工 业出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 3 ] 高欣和 ．可编程控制器应用技术及 设汁实例 [ M] ．北京 人民 邮电 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 4 ] 张运 刚， 宋 小春 ， 郭 武强 ．从入 门到精 通 西 门子 s 7 2 0 0 P L C技术与应用 [ M] ．北京 人民邮电出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 5 ] 汪晓光， 孙晓英 ．可编程控制器原理及应用[ M] ．北京 机械 工业 出版社 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