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摘要前言第一章 变频恒压供水系统分析 1.1 供水系统方案确定 1.2 变频供水系统构成确定 1.3 恒压供水系统的原理 1.3 变频供水系统分析 1.4 变频恒压供水系统的优点 1.5变频调速恒压供水设备的应用 第二章 硬件系统设计 2.1 气压罐部分设计 2.2 变频供水部分设计 2.3 硬件总设计 2.4 用水量计算及水泵的选型 2.5 可编程控制器的选取 2.6 PLC 安装位置确定 第三章 软件设计 3.1 程序设计方法选取 3.2 顺序功能图设计 3.3 PLC I/O 分配表 3.4 程序设计 3.5 变频器参数设置 总结 致谢 参考文献 有模板可以给你借鉴的！！！
目录摘要 1目录 3第一章 绪论41.1概论 41.1.1 PLC的定义41.2 PLC的特点41.2.1高可靠性51.2.2应用灵活，使用方便51.2.3面向控制过程的编程语言，容易掌握51.3 PLC的分类51.3.1小型PLC51.3.2中型PLC61.3.3大型PLC61.4 PLC的主要技术指标61.4.1存储器容量61.4.2输入/输出点数61.4.3扫描时间61.4.4指令种类和数量61.4.5内部寄存的种类和数量71.4.6扩展能力71.4.7智能模块的种类和数量7第二章 PLC的结构82.1 PLC的基本结构82.2整体式的结构PLC82.3模块式结构的PLC82.4 PLC各组成部分介绍92.5基本指令10第三章 PLC的工作原理113.1循环扫描技术113.2 PLC的输入/输出的响应时间12第四章 PLC的控制系统设计原则和设计步骤144.1 设计原则144.2 设计步骤14第五章 PLC的硬件知识165.1 PLC的模块介绍165.2 FX2N PLC的硬件系统构成18第六章 课程设计PLC全自动洗衣机控制系统设计206.1 全自动洗衣机控制系统的设计要求206.2 全自动洗衣机控制系统的PLC选型和资源配置216.3 全自动洗衣机控制系统程序设计和调试226.4 全自动洗衣机控制PLC程序246.5 设计小结32第七章 参考文献33
基于PLC的恒压供水系统设计摘要随着人民生活水平的日趋提高，新技术和先进设备的应用，使给供水设计得到了发展的机遇。于是选择一种符合各方面规范、卫生安全而又经济合理的供水方式，对我们给供水设计带来了新的挑战。本系统采用PLC进行逻辑控制，采用带PID功能的变频器进行压力调节，系统存在工作可靠，使用方便，压力稳定，无冲击等优越性。本设计恒压变频供水设备由PLC、变频器、传感器、低压电气控制柜和水泵等组成。通过PLC、变频器、继电器、接触器控制水泵机组运行状态,实现管网的恒压变流量供水要求。设备运行时,压力传感器不断将管网水压信号变换成电信号送入PLC,经PLC运算处理后,获得最佳控制参数,通过变频器和继电器控制元件自动调整水泵机组高效率地运行。供水系统的监控主要包括水泵的自动启停控制、供水压力的测量与调节、系统主管道水压的；系统水处理设备运转的监视、控制；故障及异常状况的报警等。现场监控站内的控制器按预先编制的软件程序来满足自动控制的要求，即根据供水管的高/低水压位信号来控制水泵的启/停及进水控制阀的开关，并且进行溢水和枯水的预警等。文中详细介绍了所选PLC机、变频器、传感器的特点、各高级单元的使用及设定情况，给出了系统工作流程图、程序设计流程图及设计程序。关键词：可编程控制器；变频器；传感器目录1前言11.1供水系统发展过程及现状11.2供水系统的概述21.2.1．变频恒压供水系统主要特点：21.2.3．恒压供水设备的主要应用场合：21.2.4．恒压供水技术实现：32系统总体设计方案42.1系统设计方案42.1.1系统控制要求42.1.2控制方案42.1.3运行特征52.1.4系统方案52.2可编程控制器(PLC)的特点及选型72.2.1PLC特点及应用72.2.2可编程控制器的选型82.2.3．PLCCPM2A模拟量输入/输出单元122.3变频器选型及特点152.3.1ABB产品信息：152.3.2变频节能理论：152.3.3．变频恒压供水系统及控制参数选择：162.3.4．变频恒压供水系统的优点及体现172.4远传压力表192.4.1主要技术指标192.4.2结构原理192.5系统控制流程设计202.5.1系统组成及作用202.5.2系统运行过程203软件设计243.1系统中检测及控制开关I/O分配243.2I/O地址及标志位分配表253.3流程图283.4程序设计：294.结论43致谢44参考文献45
摘要前言第一章 变频恒压供水系统分析 1.1 供水系统方案确定 1.2 变频供水系统构成确定 1.3 恒压供水系统的原理 1.3 变频供水系统分析 1.4 变频恒压供水系统的优点 1.5变频调速恒压供水设备的应用 第二章 硬件系统设计 2.1 气压罐部分设计 2.2 变频供水部分设计 2.3 硬件总设计 2.4 用水量计算及水泵的选型 2.5 可编程控制器的选取 2.6 PLC 安装位置确定 第三章 软件设计 3.1 程序设计方法选取 3.2 顺序功能图设计 3.3 PLC I/O 分配表 3.4 程序设计 3.5 变频器参数设置 总结 致谢 参考文献 有模板可以给你借鉴的！！！
变频调速恒压供水控制系统设计 摘 要本文针对电站锅炉水位系统的特性，首先设计了几种PID控制器，将它们应用于一个实际锅炉水位系统来观察控制效果。理论及实验仿真说明，这类控制器难以达到理想的控制效果，从而提出了模糊控制的方案，设计了三种模糊控制器并进行仿真及讨论。通过对所述控制器的理论分析和仿真讨论，表明模糊控制系统能够满足较高的控制要求，是一种很有前途的控制方法。文章的最后，简要介绍了用MATLAB软件中的图形用户界面（GUI）编辑器设计的可视化仿真软件。它能直观的对比观察文章所述两类控制器的性能。关键词：锅炉汽包水位，PID控制，模糊控制，MATLAB 目 录摘 要 IABSTRACT II目 录 III1课题背景 12电站锅炉水位控制对象 22.1工艺过程概述 22.2汽锅炉汽包水位特性 22.2.1汽包水位在给水流量作用下的动态特性 32.2.2汽包水位在蒸汽流量作用下的动态特性 42.3锅炉汽包水位控制 52.3.1单冲量控制系统 62.3.2双冲量控制系统 62.3.3三冲量控制系统 63 锅炉汽包水位的PID控制 83.1 PID控制器概述 83.2 PID各类控制器对比 93.3锅炉汽包水位的PID控制系统设计及仿真 113.3.1常规PID控制器的设计及仿真 113.3.2带前馈补偿的PID控制系统设计及仿真 123.3.3 PID控制系统的抗干扰能力 143.3.4 PID控制系统对被控对象的适应能力 154模糊控制算法 174.1模糊控制概述 174.2模糊控制基本原理 184.2.1模糊控制系统的基本组成 184.2.2模糊控制的基本原理 184.3模糊控制器设计的基本方法 194.3.1模糊控制器的结构设计 194.3.2精确量的模糊化 204.3.3模糊控制规则的设计 214.3.4模糊量的判决方法 234.3.5论域、量化因子、比例因子的选择 244.4锅炉汽包水位的模糊控制设计及仿真 254.4.1模糊控制器的设计 254.4.2常规模糊控制系统设计及仿真 284.4.3改进的模糊控制系统的设计及仿真 294.4.4模糊控制系统的抗干扰能力 314.4.5模糊控制系统对被控对象的适应能力 315仿真软件设计 345.1程序及界面设计 345.2功能简介 356结论 366.1控制器调节性能讨论 366.2控制器抗干扰能力讨论 376.3控制器对被控对象的适应能力讨论 376.4 总结 39参考文献 40致 谢 41附录1 英文资料原文 42附录2 英文资料翻译 47
参考文献[1] 俞大光. 电工基础(修订本)上册[M]. 北京:高等教育出版社，1964.[2] (日)安川电机.インバ─タドライブ技术(第2版)[M]. 日刊工业新闻社,1997.[3] (日)久保岛毅监修.インバ─タ导入実践ガイド[M].电气书院,1995.[4] (日)Hitachi inverter TECHNICAL GUIDE BOOK[Z]. HitachiLtd,1995.[5] Andrzej M. Trzynadlowski著,李鹤轩,李杨译.异步电动机的控制[M]. 北京:机械工业出版社,2003.作者简介张燕宾(1937-) 男 高级工程师 退休前在宜昌市自动化研究所工作,曾任自动化研究所副所长、宜昌市科委驻深圳联络处主任; 宜昌市自动化学会理事长、湖北省自动化学会常务理事。著作:SPWM变频调速应用技术(编著，机械工业出版社1997年12月初版; 2002年4月第二版); 变频调速应用实践(主编，机械工业出版社2001年1月出版); 变频器应用基础(副主编，机械工业出版社2003年1月出版)。
变频调速恒压供水控制系统设计 摘 要本文针对电站锅炉水位系统的特性，首先设计了几种PID控制器，将它们应用于一个实际锅炉水位系统来观察控制效果。理论及实验仿真说明，这类控制器难以达到理想的控制效果，从而提出了模糊控制的方案，设计了三种模糊控制器并进行仿真及讨论。通过对所述控制器的理论分析和仿真讨论，表明模糊控制系统能够满足较高的控制要求，是一种很有前途的控制方法。文章的最后，简要介绍了用MATLAB软件中的图形用户界面（GUI）编辑器设计的可视化仿真软件。它能直观的对比观察文章所述两类控制器的性能。关键词：锅炉汽包水位，PID控制，模糊控制，MATLAB 目 录摘 要 IABSTRACT II目 录 III1课题背景 12电站锅炉水位控制对象 22.1工艺过程概述 22.2汽锅炉汽包水位特性 22.2.1汽包水位在给水流量作用下的动态特性 32.2.2汽包水位在蒸汽流量作用下的动态特性 42.3锅炉汽包水位控制 52.3.1单冲量控制系统 62.3.2双冲量控制系统 62.3.3三冲量控制系统 63 锅炉汽包水位的PID控制 83.1 PID控制器概述 83.2 PID各类控制器对比 93.3锅炉汽包水位的PID控制系统设计及仿真 113.3.1常规PID控制器的设计及仿真 113.3.2带前馈补偿的PID控制系统设计及仿真 123.3.3 PID控制系统的抗干扰能力 143.3.4 PID控制系统对被控对象的适应能力 154模糊控制算法 174.1模糊控制概述 174.2模糊控制基本原理 184.2.1模糊控制系统的基本组成 184.2.2模糊控制的基本原理 184.3模糊控制器设计的基本方法 194.3.1模糊控制器的结构设计 194.3.2精确量的模糊化 204.3.3模糊控制规则的设计 214.3.4模糊量的判决方法 234.3.5论域、量化因子、比例因子的选择 244.4锅炉汽包水位的模糊控制设计及仿真 254.4.1模糊控制器的设计 254.4.2常规模糊控制系统设计及仿真 284.4.3改进的模糊控制系统的设计及仿真 294.4.4模糊控制系统的抗干扰能力 314.4.5模糊控制系统对被控对象的适应能力 315仿真软件设计 345.1程序及界面设计 345.2功能简介 356结论 366.1控制器调节性能讨论 366.2控制器抗干扰能力讨论 376.3控制器对被控对象的适应能力讨论 376.4 总结 39参考文献 40致 谢 41附录1 英文资料原文 42附录2 英文资料翻译 47
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变频调速恒压供水控制系统设计 摘 要本文针对电站锅炉水位系统的特性，首先设计了几种PID控制器，将它们应用于一个实际锅炉水位系统来观察控制效果。理论及实验仿真说明，这类控制器难以达到理想的控制效果，从而提出了模糊控制的方案，设计了三种模糊控制器并进行仿真及讨论。通过对所述控制器的理论分析和仿真讨论，表明模糊控制系统能够满足较高的控制要求，是一种很有前途的控制方法。文章的最后，简要介绍了用MATLAB软件中的图形用户界面（GUI）编辑器设计的可视化仿真软件。它能直观的对比观察文章所述两类控制器的性能。关键词：锅炉汽包水位，PID控制，模糊控制，MATLAB 目 录摘 要 IABSTRACT II目 录 III1课题背景 12电站锅炉水位控制对象 22.1工艺过程概述 22.2汽锅炉汽包水位特性 22.2.1汽包水位在给水流量作用下的动态特性 32.2.2汽包水位在蒸汽流量作用下的动态特性 42.3锅炉汽包水位控制 52.3.1单冲量控制系统 62.3.2双冲量控制系统 62.3.3三冲量控制系统 63 锅炉汽包水位的PID控制 83.1 PID控制器概述 83.2 PID各类控制器对比 93.3锅炉汽包水位的PID控制系统设计及仿真 113.3.1常规PID控制器的设计及仿真 113.3.2带前馈补偿的PID控制系统设计及仿真 123.3.3 PID控制系统的抗干扰能力 143.3.4 PID控制系统对被控对象的适应能力 154模糊控制算法 174.1模糊控制概述 174.2模糊控制基本原理 184.2.1模糊控制系统的基本组成 184.2.2模糊控制的基本原理 184.3模糊控制器设计的基本方法 194.3.1模糊控制器的结构设计 194.3.2精确量的模糊化 204.3.3模糊控制规则的设计 214.3.4模糊量的判决方法 234.3.5论域、量化因子、比例因子的选择 244.4锅炉汽包水位的模糊控制设计及仿真 254.4.1模糊控制器的设计 254.4.2常规模糊控制系统设计及仿真 284.4.3改进的模糊控制系统的设计及仿真 294.4.4模糊控制系统的抗干扰能力 314.4.5模糊控制系统对被控对象的适应能力 315仿真软件设计 345.1程序及界面设计 345.2功能简介 356结论 366.1控制器调节性能讨论 366.2控制器抗干扰能力讨论 376.3控制器对被控对象的适应能力讨论 376.4 总结 39参考文献 40致 谢 41附录1 英文资料原文 42附录2 英文资料翻译 47
基于单片机的变频恒压供水控制系统的设计·三菱plc控制的双恒压无塔供水系统·双恒压供水西门子PLC毕业设计·恒压供水系统的PLC控制设计·基于欧姆龙PLC的变频恒压供水系统设计·变频恒压供水控制系统·PLC变频调速恒压供水系统·基于PLC变频器控制的恒压供水系统设计·基于PLC与组态软件的多泵恒压供水控制系统的设计·变频调速恒压供水系统 变频器plc 毕业论文·PLC控制的恒压供水系统的设计·变频器在恒压供水控制系统中的应用·高层建筑PLC控制的恒压供水系统的设计·基于松下系列PLC恒压供水系统的设计·变频器在恒压供水行业的应用·PLC在恒压供水变频调速控制系统中的应用·基于PLC的变频调速恒压供水系统·恒压供水泵站的PLC控制·变频恒压供水系统·基于单片机的恒压供水系统的设计
1 引言 供水系统在人们生活和工业应用当中是必不可少的。随着人们生活水平的提高和现代工业的发展，人们对供水系统的质量和可靠性的要求越来越高。变频能够很好的满足现代供水系统的要求。在变频出现以前，有以下供水方式：(1) 单台恒定转速泵的供水系统这种供水方式是水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户，严重影响了城市公用水管管网压力的稳定，水泵整日不停运转。这种系统简单、造价最低，但耗电严重，水压不稳，供水质量极差。(2) 恒定转速泵加水塔（或高位水箱）的供水系统这种供水方式是由水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水。水塔注满水后水泵停止工作，水塔水位低于某一高度时水泵启动，水泵处于断续工作状态中。这种方式比前一种省电，供水压力比较稳定，但基建设备投资大，占地面积大，水压不可调，供水质量差。(3)恒定转速泵加气压罐的供水系统这种供水方式是利用封闭的气压罐代替水塔蓄水，通过检测罐内压力来控制水泵的开与停。当罐中压力降到压力下限时，水泵启动；当罐中压力升到压力上限时，水泵停止。这种方式，设备的成本比水塔要低很多。但是电机起动频繁，易造成电机的损坏，能耗大。变频不仅克服了过去供水系统的缺点，而且有其自身的优点。此系统采用了先进的s7－200plc和变频器mm440，具有低廉的价格和强大的指令，可以满足多种多样的小规模的控制要求，变频器mm440具有很高的运行可靠性、功能的多样性和全面而完善的控制功能。这种供水方式不仅提高了供水系统的稳定性和可靠性，而且实现水泵的无级调速，使供水压力能够跟踪系统所需水压，提高了供水质量。同时变频器对水泵采取软启动，启动时冲击电流很小，启动能耗小。2 供水系统的基本特性供水系统的基本特性是水泵在某一转速下扬程h与流量q之间的关系曲线f (q)，前提是供水系统管路中的阀门开度不变。扬程特性所反映的是扬程h与用水流量q之间的关系。由图1的扬程特性表明，流量q越大，扬程h越小。在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量q的大小主要取决于用户的用水情况。管阻特性是以水泵的转速不变为前提，阀门在某一开度下，扬程h与流量q之间的关系h=f (q)。管阻特性反映了水泵转动的能量用来克服水泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律。由图1可知，在同一阀门开度下，扬程h越大，流量q也越大，流量q的大小反映了系统的供水能力。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的平衡工作点，如图1中a点。在这一点，用户的用水流量和供水系统的供水流量达到平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。当用水流量和供水流量达到平衡时，扬程ha稳定，供水系统的压力也保持恒定。图1 供水系统的基本特性3 变频恒压供水系统的构成及工作原理3.1 系统的构成变频恒压供水系统采用西门子的plc作为控制器，变频器mm440是频率调节器，和电动机作为执行机构，压力传感器作为控制的反馈元件。plc选用内部控制模块cpu224，模拟量2路输入通用模块、模拟量2路输出通用模块和pid模块。cpu224有14路输入/10路输出，对于小型的控制系统而言够用。pid模块使用方便，在软件中只需要配置pid的每个参数。与mm440的电源输入口连接，经过变频器变频后的交流电接，带动水泵转动。s7-200数字输出口输出控制信号到，两端连接的是工频或变频的，主要起接通或断开与。s7-200的模拟输出口输出控制电压信号给mm440的模拟电压输入口ain1+和ain1-，该控制电压主要调节交流电的频率。压力传感器从供水网络中反馈压力信号，压力信号经过滤波放大后输入给s7-200的模拟输入口。系统的结构如图2所示。图2 变频恒压供水系统的总体框图3.2 系统的工作原理变频恒压供水系统是由三相异步电动机带动水泵旋转来供水，通过变频器调节输入交流电的频率而调节异步电动机的转速，从而改变水泵的出水流量来调节供水系统的压力。因此，供水系统变频的实质是三相异步电动机的变频调速，通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。的转速为：其中： n0为同步转速；n为转子转速；f为异步电机的定子输入交流电的频率；s为异步电机的转差率；p为异步电机的极对数。由上式可知，当异步电机的极对数p不变时，电机转子转速n与定子输入交流电频率f成正比。当系统启动，运行在自动模式时，此时手动模式无效。系统按照给定的水压进行设定，plc根据给定的水压自动调节交流电的频率，精确跟踪给定的供水压力。在用水量高峰时期，系统的用水量猛增，扬程降低，供水量不足，供水水压下降，1#电机输入交流电的频率会升高，以提高供水水压。当交流电的频率达到最大频率，供水水压仍然小于设定的水压时，1#电机会自动切换到工频状态下，同时2#电机启动并工作在变频状态。在夜间，系统的用水量递减，扬程升高，供水量过大，2#电机会退出变频状态，1#电机由工频切换到变频状态，并不断调节交流电频率，系统最终要维持供水的设定压力。当系统运行在手动模式时，自动模式无效。在自动模式出现问题或系统在维护期间时，系统才会采用手动模式。用户根据需要，可以从plc的输入开关输入信号，选择1#电机或2#电机运行在工频状态。变频恒压供水系统的功能要求：系统的供水压力能够准确跟踪给定供水压力（稳态误差在5％内）；可以自动进行自动模式/手动模式切换。系统的控制原理框图如图3所示。压力传感器从供水管网反馈电压信号，电压信号经过滤波放大后送到s7-200的模拟输入口，与给定的供水压力信号比较形成压力偏差信号，经过plc（s7-200）pid模块pi调节后发出控制电压信号，送到变频器mm440的模拟输入调节端口。送到变频器mm440的模拟电压信号与连接到变频器mm440的三相交流电的频率一一对应，调节控制电压信号就可以调节三相交流电的频率。系统是以供水管网的供水压力为控制对象而构成的，其设计是按照两个电机就可以完全满足供水要求。图3 变频恒压供水系统的控制原理框图4 硬件4.1 主电路变频恒压供水系统就是利用异步电机拖动水泵的。系统的主电路由电源开关q、熔断器fu、交流接触器km、kr等组成，采用了一台变频器切换控制两台电机，1#电机和2#电机可以在工频和变频状态下进行切换，交流接触器的通断由s7－200的输出口控制。主电路如图4所示。图4 系统主电路图4.2 控制电路控制电路主要由plc（s7－200）、变频器mm440等组成，plc外围电路接线图如图5所示。总电源开关为q，sb0为plc的程序启动按钮，与plc的i0.0输入口相连接，当按下sb0时，i0.0为“1”，plc程序启动。k1为系统的自动模式开关，当k1接通时，i0.1为“1”，交流接触器km1闭合，系统自动运行。当变频器的频率达到上限频率时，i0.5为“1”，1#泵和电机切换到工频状态下，2#泵和电机变频启动。当变频器的频率达到下限频率时，i0.6为“1”，2#电机停止运行，1#电机由工频切换到变频状态下。i0.5和i0.6的状态由变频器输入。k2为系统的手动模式开关，当k2接通时，i0.2为“1”，交流接触器km1断开，系统不能自动运行，用户可以根据需要接通k3或k4来选取1#电机或2#电机工频运行。km1为控制1#电机和2#电机在自动模式下运行的交流接触器，km2为控制1#电机在变频下运行的交流接触器，km3为控制1#电机在工频下运行的交流接触器，km4为控制2#电机在变频下运行的交流接触器，km5为控制2#电机在工频下运行的交流接触器。图5 plc外围接线图5 程序设计5.1 plc程序设计plc程序设计的主要流程如图6所示。合上开关q，按下起动按钮sb0，plc程序复位。当合上开关k1，i0.1为“1”，系统在自动模式下运行，交流接触器km1接通，系统将根据程序跟踪设定供水压力。图6 主程序流程图当用户用水量递增，变频器达到频率50hz，供水压力还没有达到设定的供水压力时，mm440输出高电平到i0.5。此时，q0.1为“0”， q0.2为“1”，交流接触器km2断开，km3接通，1#电机由变频切换到工频。定时器计时3s，变频器停止，变频器的频率由最高频率50hz逐渐下降，3s后q0.3为“1”，2#电机接到变频器开始变频运行。设置延迟时间主要原因是让变频器的频率下降，软启动静止的2#电机，减小电机启动电流，避免电机烧毁。当用户用水量减小，变频器达到下限频率30hz，供水压力还是高于设定的供水压力时，mm440输出高电平到i0.6。此时，q0.4为“0”，km2断开，2#电机退出变频并逐渐停止。同时q0.1为“1”，q0.2为“0”，交流接触器km2接通，km3断开，1#电机由工频切换到变频。下限频率设定在30hz主要原因：在供水系统中，转速过低时会出现水泵的全扬程小于基本扬程（实际扬程）形成水泵“空转”的现象。在多数情况下，下限频率应定为30hz～35hz。当合上开关k2，系统在手动模式下运行，交流接触器km1断开。用户可以根据需要，合上开关k3，交流接触器km3接通，选择1#电机在工频下运行。合上开关k4，交流接触器km5接通，选择2#电机在工频下运行。5.2 变频器mm440的参数配置变频器mm440主要使用的是模拟输入口ain1+和ain1－，模拟电压信号输入后通过得到数字信号。由plc模拟输出口输出模拟控制电压信号，输入到变频器的模拟口，变频器的频率和控制电压一一对应。系统使用变频器的模拟端口，最高频率应该设置为50hz，最低频率为30hz。mm440的参数配置如附表所示。附表 mm440的参数配置6 结束语应用西门子plc（s7－200）内部的pid模块和变频器mm440的无极调速控制恒压供水系统，高效节能，调速供水效果突出，抗干扰能力强。同时采用变频器对电机实行软起动，减少了设备损耗，延长了水泵、电机设备的使用寿命。以供水水压为控制对象的闭环控制，稳态误差小，动态响应快，运行稳定。实验效果表明，采用plc（s7－200）和变频器mm440构成的变频恒压供水系统，具有很强的实用性，体现了变频调速恒压供水的技术优势，为供水领域开辟了切实有效的途径。参考文献[1] 李光,谢欢,王直杰. 高压变频器模拟量控制电路及功能设计[j]. 电气传动自动化,2008,38(7):63-68.[2] 彭旭昀. 一种基于变频器pid功能的plc控制恒压供水系统[j]. 机电工程技术,2005,34(10):54-56.[3] 陈新恩,王永祥. 基于s7-200的变频调速恒压供水系统[j]. 制造业电气,2006,25(6):37-39.[4] 朱玉堂. 变频恒压供水系统的研究开发与应用[d]. 杭州:浙江大学,2005.
给排水常用名词中英文对照1、给水工程 water supply engineering 原水的取集和处理以及成品水输配的工程。 2、排水工程 sewerage ,wastewater engineering 收集、输送、处理和处置废水的工程。3、给水系统 water supply system 给水的取水、输水、水质处理和配水等设施以一定方式组合成的总体。4、排水系统 sewerage system 排水的收集、输送、水质处理和排放等设施以一定方式组合成的总体。5、给水水源 water source 给水工程所取用的原水水体。 6、原水raw water 由水源地取来的原料水。7、地表水surface water 存在于地壳表面，暴露于大气的水。8、地下水ground water 存在于地壳岩石裂缝或工壤空隙中的水。9、苦咸水(碱性水) brackish water ,alkaline water 碱度大于硬度的水，并含大量中性盐，PH值大于7。10、淡水fresh water 含盐量小于500mg/L的水。11、冷却水cooling water 用以降低被冷却对象温度的水。12、废水 wastewater 居民活动过程中排出的水及径流雨水的总称。它包括生活污水、工业废水和初雨径流以及流入排水管渠的其它水。13、污水sewage ,wastewater 受一定污染的来自生活和生产的排出水。14、用水量 water consumption 用水对象实际使用的水量。 15、污水量 wastewater flow ,sewage flow 排水对象排入污水系统的水量。16、用水定额 water flow norm 对不同的排水对象，在一定时期内制订相对合理的单位排水量的数值。17、排水定额 wastewater flow norm 对不同的排水对象，在一定时期内制订相对合理的单位排水量的数值。18、水质 water quality 在给水排水工程中，水的物理、化学、生物学等方面的性质。19、渠道 channel ,conduit 天然、人工开凿、整治或砌筑的输水通道。20、泵站 pumping house 设置水泵机组、电气设备和管道、闸阀等的房屋。21、泵站 pumping station 泵房及其配套设施的总称。22、给水处理 water treatment 对不符合用不对象水质要求的水。进行水质改善的过程。23、污水处理 sewage treatment ,wastewater treatment 为使污水达到排水某一水体或再次使用的水质要求，对其进行净化的过程。24、废水处理 wastewater disposal 对废水的最终安排。一般将废水排入地表水体、排放土地和再次使用等。25、格栅 bar screen 一种栅条形的隔污设备，用以拦截水中较大尺寸的漂浮物或其他杂物。26、曝气 aeration 水与气体接触，进行溶氧或散除水中溶解性气体和挥发性物质的过程。 27、沉淀 sedimentation 利用重力沉降作用去除水中杂物的过程。28、澄清 clarification 通过与高浓度沉渣层的接触而去除水中杂物的过程。29、过滤filtration 借助粒状材料或多孔介质截除水中质物的过程。30、离子交换法 ion exchange 采用离子交换剂去除水中某些盐类离子的过程。31、氯化 chlorination 在水中投氯或含氯氧化物方法消灭病原体的过程。32、余氯 residual chlorine 水中投氯，经一定时间接触后，在水中余留的游离性氯和结合性氯的总和。33、游离性余氯 free residual chlorine 水中以次氯酸和次氯酸盐形态存在的余氯。34、结合性余氯 combinative residual chlorine 水中以二氯胺和一氯胺形态存在的余氯。35、污泥 sludge 在水处理过程中产生的，以及排水管渠中沉积的固体与水的混合物或胶体物。36、污泥处理 sludge treatment 对污泥的最终安排。一般将污泥作农肥、制作建筑材料、填埋和投弃等。37、水头损失 head loss 水流通过管渠、设备和构筑物等所引起的能量消耗。 给水工程中系统和水量方面的术语1、直流水系统 once through system 水经过一次使用后即行排放或处理后排放的给水系统。2、复用水系统 water reuse system 水经重复利用后再行排放或处理后排放的给水系统。3、循环水系统 recirculation system 水经使用后不予排放而循环利用或处理后循环利用的给水系统。 4、生活用水 domestic water 人类日常生活所需用的水。 5、生产用水 process water 生产过程所需用的水。 6、消防用水 fire demand 扑灭火灾所需用的水。 7、浇洒道路用水 street flushing demand ,road watering 对城镇道路进行保养、清洗、降温和消尘等所需用水。 8、绿化用水 green belt sprinkling ,green plot sprinkling 对市政绿地等所需用的水。给水工程取水构筑物的术语1、管井 deep well ,drilled well 井管从地面打到含水层，抽取地下水的井。 2、管井滤水管 deep well screen 设置在管井动水位以下，用以从含水层中集水的有缝隙或孔隙的管段。3、管井沉淀管 grit compartment 位于管井最下部，用以容纳进入井内的沙粒和从水中析出的沉淀物的管段。4、大口井 dug well ,open well 由人工开挖或沉井法施工，设置井筒，以截取浅层地下水的构筑物。 5、井群 batter of wells 数个井组成的群体。6、渗渠 infiltration gallery 壁上开孔，以集取浅层地下水的水平管渠。 7、地下水取水构筑物反滤层 inverted layer 在大口井或渗渠进水处铺设的粒径沿水流方向由细到粗的级配砾层(简称反滤层) 8、泉室 spring chamber 集取泉水的构筑物。 9、进水间 intake chamber 连接取水管与吸水井、内设格栅或格网的构筑物。 10、格网 screen 一种网状的用以拦截水中较大尺寸的漂浮物、水生动物或其他污染物的拦污设备。其网眼尺寸较格栅为小。 11、吸水井 suction well 为水泵吸水管专门设置的构筑物。给水工程中净水构筑物的术语1、净水构筑物 purification structure 以去除水中悬浮固体和胶体杂质等为主要目的的构筑物的总称。2、投药 chemical dosing 为进行水处理而向水中加一定剂量的化学药剂的过程。 3、混合 mixing 使投入的药剂迅速均匀地扩散于被处理水中以创造良好的凝聚反应条件的过程。 4、凝聚 coagulation 为了消除胶体颗粒间的排斥力或破坏其亲水性，使颗粒易于相互接触而吸附的过程。5、絮凝 flocculation A、完成凝聚的胶体在一定的外力扰动下相互碰撞、聚集以形成较大絮状颗粒的过程。曾用名反应。 B、高分子絮凝剂在悬浮固体和胶体杂质之间吸附架桥的过程。 6、自然沉淀 plain sedimentation 不加注任何凝聚剂的沉淀过程。7、凝聚沉淀 coagulation sedimentation 加注凝聚剂的沉淀过程。 8、凝聚剂 coagulant 在凝聚过程中所投加的药剂的统称。9、助凝剂 coagulant aid 在水的沉淀、澄清过程中，为改善絮凝效果，另设加的辅助药剂。10、药剂固定储备量 standby reserve 为考虑非正常原因导致药剂供应中断，而在药剂仓库内设置的在一般情况下不准动用的储备量。简称固定储备量。 11、药剂周转储备量 current reserve 考虑药剂消耗与供应时间之间差异所需的储备量。简称周转储备量。12、沉沙池(沉砂池)desilting basin ,grit chamber 去除水中自重很大、能自然沉降的较大粒径沙粒或杂粒的水池。 13、预沉池 pre-sedimentation tank 原水中泥沙颗粒较大或浓度较高时，在进行凝聚沉淀处理前设置的沉淀池。14、平流沉淀池 horizontal flow sedimentation tank 水沿水平方向流动的沉淀池。 15、异向流斜管 (或斜板)沉淀池 tube(plate)settler 池内设置斜管(或斜板)，水自下而上经斜管(或斜板)进行沉淀，沉泥沿斜管(或斜板)向下滑动的沉淀的池。 16、同向流斜板沉淀池lamella 池内设置斜板，沉淀过程在斜板内进行，水流与沉泥均沿斜板向下流动的沉淀池。 17、机械搅拌澄清池 accelerator 利用机械使水提升和搅拌，促使泥渣循环，并使原水中固体杂质与己形成的泥渣接触絮凝而分离沉淀的水池。 18、水力循环澄清池 circulator clarifier 利用水力使水提升，促使泥渣循环，并使原水中固体杂质与己形成的泥渣接触絮凝而分离沉淀的水池。19、脉冲澄清池 pulsator 悬浮层不断产生固周期性的压缩和膨胀，促使原水中固体杂质与己形成的泥渣进行接触凝聚页分离沉淀的水池。 20、悬浮澄清池 sludge blanket clarifier 加药后的原水由上通过处于悬浮状态的泥渣层，使水中杂质与泥渣悬浮层的颗粒碰撞凝聚而分离沉淀的水池。 21、液面负荷 surface load 在沉淀池、澄清池等沉淀构筑物的净化部分中，单位液(水)面积所负担的出水流量。其计量单位通常以m3/(m2.h)表示。 22、气浮池 floatation tank 运用絮凝和浮选原理使液体中的杂质分离上浮而去除的池子。23、气浮溶气罐 dissolved air vessel 在气浮工艺中，水与空气在有压条件下相互溶合的密闭容器。简称溶气罐。 24、清水池 clear-water reservoir 为贮存水厂中净化后的清水，以调节水厂制水量与供水量之间的差额，并为满足加氯接触时间而设置的水池。给水工程中输配水管网的术语1、配水管网 distribution system ，pipe system 将水送到分配管网以至用户的管系。2、环状管网pipe network 配水管网的一种置形式，管道纵横相互接通，形成环状。3、枝状管网 branch system 配水管网的一种布置形式，干管和支管分明，形成树枝状。 4、水管支墩 buttress ,anchorage 为防止由管内水压引起的水管配件接头移位而造成漏水，需在水管干线适当部位砌筑的墩座。简称支墩。排水工程中排水制度和管渠附属构筑物的术语及其涵义1、排水制度 sewer system 在一个地区内收集和输送废水的方式。它有合流制和分流制两种基本方式。2、合流制 combined system 用同一种管渠分别收集和输送废水的排水的方式。 3、分流制 separate system 用不同管渠分别收集和输送各种污水、雨水和生产废水的排水的方式。 4、检查井 manhole 排水管渠上连接其他管渠以及供养护工人检查、清通和出入管渠的构筑物。 5、跌水井 drop manhole 上下游管底跌差较大的检查井。 6、事故排出口 emergency outlet 在排水系统发生故障时，把废水临时排放到天然水体或其它地点去的设施。7、曝雨溢流井 (截留井)storm overflow well ,intercepting well 合流制排水系统中，用来截留、控制合流水量的构筑物排水工程中水和水处理的术语及其涵义1、生活污水 domestic sewage ,domestic wastewater 居民中日常生活中排出的废水。 2、工业废水 industrial wastewater 生产过程中排出的水。它包括生产废水和生产污水。 3、生产污水polluted industrial wastewater 被污染的工业废水。还包括水温过高，排入后造成热污染的工业废水。 4、生产废水 non-polluted industrial wastewater 未受污染或受轻微污染以及水温稍有升高的工业废水。 5、城市污水 municipal sewage ,municipal wastewater 排入城镇污水系统的污水的统称。在合流制排水系统中，还包括生产废水和截留的雨水。 6、旱流污水 dry weather flow 合流制排水系统在晴天时输送的污水。 7、水体自净 self-purification of water bodies 河流等水体在自然条件的生化作用下，有机物降解，溶解氧回升和水体生物群逐渐恢复正常的过程。 8、一级处理 primary treatment 去除污水中的漂浮物和悬浮物的净化过程，主要为沉淀。 9、二级处理 secondary treatment 污水经一级处理后，用生物处理方法继续除去污水不胶体和溶解性有机物的净化过程。 10、生物处理 biological treatment 利用微生物的作用，使污水中不稳定有机物降解和稳定的过程。 11、活性污泥法 activated sludge process 污水生物处理的一种方法。该法是在人工充氧条件下，对污水和各微生物群体进行连续混和培养，形成活性污泥。利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中的有机污染物。然后使污泥与水分离，大部分污泥再回流到曝气池，多余部分则排出活性污泥系统。 12、生物膜法 biomembrance process 污水生物处理的一种方法。该法采用各种不同载体，通过污水与载体的不断接触，在载体上繁殖生物膜，利用膜的生物吸附和氧化作用，以降解去除污水中的有机污染物，脱落下来的生物膜与水进行分离。 13、双层沉淀池(隐化池) Imhoff tank 由上层沉淀槽和下层污泥消化室组成。 14、初次沉淀池 primary sedimentation tank 污水处理中第一次沉淀的构筑物，主要用以降低污水中的悬浮固体浓度。 15、二次沉淀池 secondary sedimentation tank 污水生物处理出水的沉淀构筑物，用以分离其中的污泥。16、生物滤池 biological filter ,trickling filter 由碎石或塑料制品填料构成的生物处理构筑物。污水与填料表面上生长的微生物膜间歇接触，使污水得到净化。 17、生物接触氧化 bio-contact oxidation 由浸没在污水中的填料和人工曝气系统构成的生物处理工艺。在有氧的条件下，污水与填表面的生物膜反复接触，使污水获得净化。 18、曝气池 aeration tank 利用活性污泥法进行污水生物处理的构筑物。池内提供一定污水停留时间，满足好氧微生物所需的氧量以及污水与活性污泥充分接触的混合条件。排水工程中污泥和污泥处理的术语及其涵义1、原污泥 raw sludge 未经污泥处理的初沉污泥、二沉剩余污或两者的混合污泥。 2、初沉污泥 primary sludge 从初次沉淀池排出的沉淀物。 3、二沉污泥 secondary sludge 从二次沉淀池排出的沉淀物。 4、活性污泥 activated sludge 曝气池中繁殖的含有各种好氧微生物群体的絮状体。5、消化污泥 digested sludge 经过好氧消化或厌氧消化的污泥，所含有机物质浓度有一定程度的降低，并趋于稳定。 6、回流污泥 returned sludge 由于次沉淀池(或沉淀区)分离出来，回流到曝气池的活性污泥。 7、剩余污泥 excess activated sludge 活性污泥系统中从二次沉淀池(或沉淀区)排出系统外的活性污泥。 8、污泥气 sludge gas 在污泥厌氧消化时，有机物分解所产生的气体。主要成分为甲烷和二氧化碳，并有少量的氢、氮和硫化氢。俗称沼气。 9、污泥消化 sludge digestion 在有氧或无氧条件下，利用微生物的作用，使污泥中有机物转化为较稳定物质的过程。 10、好氧消化 aerobic digestion 污泥经过较长时间的曝气，其中一部分有机物由好氧微生物进一步降解和稳定的过程。 11、厌氧消化 anaerobic digestion 在无氧条件下，污泥中的有机物由厌氧微生物进行降解和稳定的过程。 12、中温消化 mesophilic digestion 污泥在温度为33℃－35℃时进行的厌氧消化工艺。13、高温消化 thermophilic digestion 污泥在温度为53℃－55℃时进行的厌氧消化工艺。 14、污泥浓缩 sludge thickening 采用重力或气浮法降低污泥含水量，使污泥稠化的过程。 15、污泥淘洗 elutriation of sludge 改善污泥脱水能的一种污泥预处理方法。用清水或废水淘洗污泥，降低水化污泥碱度，节省污泥处理投药量，提高污滤脱水效率。 16、污泥脱水 sludge dewatering 对浓缩污泥进一步去除一部分含水量的过程，一般指机械脱水。 17、污泥真空过滤 sludge vacuum filtration 利用真空使过滤介质一侧减压，介质的污泥脱水方法。 18、污泥压滤 sludge pressure filtration 采用正压过滤，使污泥水强制滤过介质的污泥脱水方法。 19、污泥干化 sludge drying 通过渗滤或蒸发等作用，从污泥中去除大部分含水量的过程，一般指采用污泥干化场(床)等自然蒸发设施。 20、污泥焚烧 sludge incineration 污泥处理的一种工艺。它利用焚烧炉将脱水污泥加温干燥，再用高温氧化污泥中的有机物，使污泥成为少量灰烬。排水工程中物理量的术语及其涵义1、生化需氧量 biochmical oxygen demand 水样在一定条件下，于一定期间内(一般采用5日、20℃)进行需氧化所消耗的溶解氧量。英文简称BOD。 2、化学需氧量 chemical oxygen demand 水样中可氧化物从氧化剂重铬酸钾中所吸收的氧量。英文简称COD。3、耗氧量 oxygen consumption 水样中氧化物从氧化剂高锰酸钾所吸收的氧量。英文简称OC或CODMn 。 4、悬浮固体 suspended solid 水中呈悬浮状态的固体，一般指用滤纸过滤水样，将滤后截留物在105℃温度中干燥恒重后的固体重量。英文简称SS
我毕业设计的，虽说语言有点生涩，不过是自己翻译的，应该符合老师的要求。英文是PDF格式的建筑物服务工程设计与技术屋顶排水设计性能的近期与远期优势最近十年见证了屋顶排水系统设计方面的巨大变化，特别的是，虹吸雨水排水系统已经得到逐步改善，并且有可能得到重点应用。发生这些变化的同时，城市排水系统设计已经发生了巨大的变化，因为适用范围更广的可持续发展城市排水系统设计，还有人们对于气候变化带来的洪水泛滥的更多关注。这篇文章的主要内容就是，如何设计屋顶雨水排水系统并使之有良好的运行性能。需要特别注意的是如何改掉已经形成的不良设计习惯，同时还要需要考虑屋顶排水系统的创新，如绿色屋顶和雨水收集系统。实际应用：在过去几年，屋顶雨水排水系统的设计已经发生了巨大的变化。在大型建筑物上，虹吸雨水排水技术已经很常见，还有绿色屋顶由于其有利于绿色发展，正得到越来越多的应用。考虑到正在进行的研究，本文主要介绍如何有效地设计各种不同的屋顶雨水排水系统，并使其达到理想的设计效果。1.绪论在过去十年，城市与水排水系统设计已经想着广为接受的可持续发展城市排水系统或者最优管理方向发展。设计这些系统主要原则是，既要有符合当地发展水平的质量，又要为投资者创造一定的经济效益。这种原则已经引发了集水池发展方式新的变化。尽管这种装置的应用正在逐渐减少，但是城市环境要求比较高的地区仍然要求100%防水且排水迅速，例如屋顶。通常屋顶排水系统在设计、建造和维护时并没有受到应有的重视。尽管排水系统的投资费用只占建筑总投资的一小部分，但是，并不能据此来判断设计不良带来的损失。主要有两种不同形式的屋顶排水系统设计方法，分别是传统的和虹吸式方法。传统的系统依靠大气压力工作，其驱动压头受到水槽流动深度的影响。因此传统的屋顶排水系统需要一个直径相当大的垂直下降管，在排放之前，所有的装置都必须连接到地下水收集管网。与此相反，虹吸式屋顶排水系统通常设计成满管流（紊流状态意味着只需要较小的排气管），从而会形成负压，较大的压头和较大的流速。通常虹吸式系统需要较少的下降管，在负压状态下工作，意味着给水管网可以较高的高度上工作，从而减少地下管网量。两种系统都由三部分组成：屋顶，雨水收集管道，系统管网。所有这些部分都能够改变系统的水压分布。这部分主要关注各部分的作用和性能。由于虹吸系统的工作原理并没有得到很好的理解，得到的论证比较少，本文将会重点介绍虹吸系统。2.屋顶通常屋顶是由建筑师设计的，而不是由排水设计者设计的。主要有三种屋顶。2.1平屋顶平屋顶主要应用在降雨量比较少的地区和发达国家的工业建筑。这种屋顶并不完全是平的，而是低于所规定的屋顶最小坡度。例如，英国规定最大坡度为10°。设定最小坡度是为了避免任何不必要的积水。尽管平屋顶如果得不到正确的维护会产生较多的问题，但它会减少建筑物内的死区，且比斜屋顶有利于室内气流组织。2.2斜屋顶大多数居住建筑和商业建筑都是斜屋顶，斜屋顶最大的优点是可以迅速排水，从而可以减少漏水。在温带地区，不需要考虑屋顶承载的降雪载重。一旦下雨，斜屋顶通过的降雨量就可以通过计算确定。当有降雨资料可以利用时，可以使用运动学理论来解决这类问题。2.3绿色屋顶（平的或者是斜的）可以证明最老的屋顶就是绿色屋顶，它包括可以减少或驱散降雨的种有植物的屋顶。它可以是种有树和灌木的屋顶花园，也可以是长有植被的轻型屋顶地毯。其中后一种技术已经得到广泛应用。其中一些应用趋向于侧重美学要求并经常应用于绿色发展。由于审美要求和水压要求，绿色屋顶还有热绝缘的功能，减少热岛效应，有消声作用，延长屋顶的使用寿命。绿色屋顶在德国应用最为广泛，在北美地区次之，但是要考虑美学上的影响。德国是目前为止最有经验的国家，早在19世纪就有实际应用，当时作为在城市地区替代焦油屋顶降低火灾危险的一种选择。目前德国主要研究放在种植问题上，对城市的其它问题考虑较少。从1987年到1989年的一项研究工作，发现装有70毫米厚的绿色屋顶可以减少60%-80%的热损失。在加拿大的一项基于电脑模型的工作，表明在屋顶只要集水器是、的面积能够达到屋顶面积的70%，在一年内就能减少60%，同样的模型也被用于人工降雨，其结果都表明集水器在降雨季有助于雨水排走。但是这些研究都没有表明绿色屋顶在降雨季可以发挥多大的作用，或者给水管的收集效率有多高。美国做了一些测验，只要对绿色屋顶经常的浇灌，就可以在一次降雨中减少65%的径流量。美国最有权威的绿色屋顶指导原则是由新泽西州环保部门颁布的。这项原则主要是解决轻型结构问题，以及如何在两年之后还能正常的排水。降雨周期是根据是根据失败的概率决定的。通常的系统是根据暴雨期间两分钟的降雨量，这两分钟是有选择的。尽管这种模型会得到更高的流量，但是没有其他更好的替代方法。研究表明，传统模型应用于绿色屋顶的研究是是不成熟的。流失量系数比传统屋顶记录的要小，大约为98.7%.峰值流量也会减少，虽然没有渗透，但是表面粗糙度也会产生显著的影响。集中降雨的时间要比两分钟要长，特别是对面积较大的屋顶，如公共建筑、商业建筑、工业建筑。城市排水设计还要考虑其他一些因素，对于一个复杂的系统来说，一个绿色屋顶在一场降雨中是不够的。流量水位曲线显示的持续期要比传统系统长。并且两场独立的将与之间的影响也是有可能的，这需要更加精确的时间周期。3.雨水收集器雨水收集器的基本要求是要能够容纳设计暴雨时的降雨量。尽管通常情况下可以通过让屋顶稍微倾斜来达到排水的目的，但是建筑工业的性质及建筑物的沉降都会式屋顶变得平坦，在水平放置的水槽中，水的剖面是向外倾斜的，这是流体静力学的作用。3.1排水沟出口的深度判断雨水收集器是否具有足够容积的关键是集水器外部出口的设置情况。还会影响流入雨水排水系统管道的流速，还会影响集水器的积水深度。尽管集水器的深度不会带来什么特别的问题，但是过深会导致集水器过高。20世纪80年代的大量研究表明，传统屋顶排水系统的出水口的流动情况可以分为两种情况。这取决于水深与出口尺寸的大小。当水深小于出口直径的一半时，流动情况是第一种类型，并且出口的流动情况可以通过合适的方程计算出；随着水深的增加，出口会被慢慢堵塞，流动形式会变成另一种形式，同时，出口的流动情况可以通过其他方程得出。尽管传统屋顶排水系统被设计成可以自由排水，但是设计中遇到限制可能会使出流不是自由的。在这种情况下，就会需要额外的深度。在虹吸式屋顶排水系统中，出水口被设计成淹没出流，。在这种情况下，决定出水口的深度比较复杂的，因为集水器的设计取决于流动情况。近期的研究表明，传统的屋顶雨水排水系统使用各种非标准的集水器，它们的深度和高度，都要比出口的直径大。这最终会造成虹吸作用。对于一个给定的集水器，始端的流动情况取决于下降管的直径。类似的现象也被用于研究标准的集水器，在这些情况下，受限的虹吸作用只发生在离出口比较近的距离内。3.2槽内的流动分类在集水槽复杂流动出口的流动分类中，可以从表2a中看出，流动会出现均匀的分层，而不管入口的流动情况是否相同。表2b和2c表明，出口的分布会极大的影响流动情况。当出口不是自由射流时，集水槽中复杂出口的流动情况分类是很难描述的。因为每个集水槽内的压力都有可能是合并的。例如，虹吸系统中的管子在靠近设计点时是充满射流，出口的流动分类取决于每个支路的能量损失。3.3静水剖面集水器中水表面的形状可以根据渠内流动方程进行分类。在大多数情况下，低流速意味着有较小的摩擦损失，如果出口是自由射流，那么摩擦损失是可以忽略的，静水剖面可以通过方程1来决定水平距离。式中Q--流量(m3/s)T—表面宽度（m）g—重力加速度（m/s2）F—流动面积（m2）方程1在摩擦力不可忽略时需要进行修正（管道很长或流速很大时），或者不是自由射流。3.4现行的设计方法先前的讨论已经强调了设计与水槽时应该考虑的主要因素。然而如果不借助于一定的数量模型，计算屋顶排水系统的静水剖面、集水槽容积是不可能的。这对大型商业和制造业来说，是一个发展机会，可以合并几千米的水管路线。因此，传统的排水系统的集水槽的设计方法主要是根据经验，并假定出口是自由射流。集水槽在建筑物中的位置，可能会造成失败的例子。不同的集水槽界面除了上面列举的情况外，还允许设计者采用经验数据。3.5数字模型大量的数字模型可以用来准确描述任何形式的集水槽内的流动情况，不管屋顶流量是否稳定。这种组合模型的一个例子是屋顶网模型。这种模型使用户能够对不同方面的数据进行分类说明，包括：雨季降雨情况的详细情况，屋顶表面排水的详细情况等。运动学也被用于研究雨水从流动到集水槽中的研究。一种典型的方法是基于解决开式系统中一位空间流动基本问题。这种模型自动解决集水槽出口流动情况，还能处理自由射流的情况，也能模拟空间中的受限流动以及淹没出流。输出值包括深度、流速等。目前，各种模型本质上还只是研究工具，还需要经过实际工程的检验。然而，我们应该正视模型的各种作用。4系统管组管组的组成形式和范围决定了屋顶排水系统主要依靠的是传统系统还是虹吸作用。4.1传统雨水系统传统屋顶雨水系统中，地面管网上面通常是垂直管网，连接着集水槽的出口和地下排水系统，重要的系统中还有补偿管。应该强调的是，补偿管与地面夹角小于10°。整个系统的能力主要依靠的是出水口而不是下降管。垂直管内的流动通常是自由流动，充满度只有33%，其效率取决于多余的管长。如果下降管足够长（通常大于5m），就有可能出现环形流动。同样的，补偿管内的流动通常情况下也是自由流动，充满度可达70%。这样设计的管路既可以用于设计，也可以用各种方程。4.2虹吸式屋顶排水系统与传统排水系统相反，虹吸式屋顶排水系统依靠系统外的空气流动，并且管内流动是满管流。通常的设计都做了这样的假设，对于设计的暴雨，虹吸系统能够迅速排出雨水。这种假设可以让虹吸系统应用水静压理论。经常用到稳定流能量方程。尽管这种方法忽略了进口处少量的能量损失，但经过实验表明还是有利于实际应用。然而稳定状态的设计方法在虹吸系统暴露在雨水系统时的标准不符合要求或者降雨强度的变化很大时是不能应用的。在第一种情况中，将会有一定质量的空气混入，出现环状流。这些问题在系统不是一个整体时更为严重。由于通常设计的降雨都是普通的，很明显现在的设计方法随着时间的推移可能会不适用于虹吸式系统。这是一个主要的缺点，因为设计中的主要问题是噪声和振动问题。尽管现有的设计方法有缺点，但世界上大量的工程却很少有失败的报告。当出现失败时，很有可能是下面的原因：对操作要点理解不正确不合格的原材料明细表安装缺陷维护管理不当为了克服这些缺点，最近已经开展了一系列研究工程，来讨论虹吸式系统，并发展数字模型。从这项工作中我们学到很多。与现有设计方法相反的一些假设，虹吸式系统主要有以下几个方面：1) 系统中的流动是非充满流动2) 水平流动的某些管段存在满管流3)满管流向下游传播，通过垂直管，上升管等4) 满管流出现在垂直段，系统内压力降低5）下降管内是满管流，将会出现气塞6）出现完全的虹吸作用，直到进入系统的空气低于一定的水平表4a列的数据表明，在低于设计点时，虹吸式系统会出现不稳定的流动，集水槽内的深度不足以维持虹吸作用。表4b表明非稳定流在虹吸式系统中何时会出现。表5列举了一个数字模型输出的数据。可以看出，这种模型能够准确描述虹吸作用，以及稳定虹吸状态，数据也表明该模型能够准确描述复杂的虹吸作用。5结论本文已经图示说明了屋顶排水系统的关键，但这些在城市排水系统设计中往往被人们忽视。本文也表明设计过程是一个复杂的过程，主要依靠出口的性能。下面这些结论是根据设计总结出来的：1） 运行依靠三个相互作用的部分：屋顶、集水槽、水管2） 绿色屋顶可以减少流量，美化城市3） 出口对系统的性能至关重要4） 虹吸式排水系统在大型工程中有较大的优势，但是必须考虑高昂的维修费用5） 设计虹吸式排水系统应该考虑额外的容量和操作问题尽管绿色屋顶是比较有吸引力的一种选择，但是传统屋顶在国内建筑物中将会持续占统治地位。绿色屋顶将会逐步发展，并逐步被人们广泛接受。同样的，屋顶排水系统所显示的高效表明它将会在商业建筑的排水系统中持续发挥巨大的作用。屋顶排水系统的最大威胁来自气候变化，现有的系统并不是简单的趋向于老化；降雨形式的变化将会导致低效的运行，自我清洁的速率也会降低。而且屋顶风速的变化也会加速屋顶的老化，因此十分有必要进行维修保养。考虑到气候的变化，材料的增多，收集屋顶的雨水将会更为广泛。目前，全球的雨水量大约为7到300升每人每天，在英国，平均消耗量为145L/h/d，这其中只有大约1升是人使用的，有大约30%用于厕所，研究表明，如果水资源短缺，收集屋顶雨水对发达国家和发展中国家都是值得推荐的方法。Recent and future advances in roof drainage design and performanceRecent and future advances in roof drainage designand performanceS Arthur BEng (Hons) PhD and GB Wright MEng PhDSchool of the Built Environment, Heriot-Watt University, Edinburgh, UKThe past 10 years have witnessed significant changes in the way roof drainagesystems are understood and designed. In particular, there has been a stepchangein the confidence with which siphonic roof drainage systems may bespecified and expected to perform. These changes have occurred whilst urbandrainage design in general has been revolutionized by wider acceptance ofSustainable Urban Drainage Systems and greater public concern regardingpluvial flooding within the context of climate change. This text considers, indetail, both how roof drainage systems are designed and how they should beexpected to perform. Particular attention is drawn to weaknesses in accepteddesign methods. Consideration is also given to ‘innovative’ roof drainage relatedapproaches such as green roofs and rainwater harvesting.Practical application: Over the past few years there have been many changes inhow roof drainage systems are specified and designed. On large buildings,technologies such as ‘siphonic roof drainage’ are now commonplace and there isan ever increasing demand for ‘green roofs’ to be specified due to their potentialto ‘green’ developments. Based on ongoing research, this paper details howthese different types of roof drainage solutions can be efficiently designed andwhat levels of performance can be expected.1 IntroductionOver the past decade urban drainage systemshave moved towards what are now commonlyknown as ‘Sustainable Urban Drainage Systems’(SUDS) or ‘Best Management Practice’(BMP). Fundamental to the implementationof these systems is addressing both runoffquantity and quality at a local level in amanner which may also have the potential tooffer amenity benefits to stakeholders. This hasled to a change in the way new developmentsnow look and interact within catchments.However, despite the availability of such toolsto reduce, attenuate and treat urban runoff,substantial areas of the urban environment arestill 100% impermeable and drain rapidly;namely roof surfaces. Normally, roof drainagesystems do not always receive the attentionthey deserve in the area of design, constructionand maintenance. Although the cost of asystem is usually only a small proportion of abuilding’s total cost, it can be far outweighedby the costs of the damage and disruptionresulting from a failure of the system to providethe degree of protection required.Address for correspondence: Scott Arthur, School of the BuiltEnvironment, Heriot-Watt University, Edinburgh EH14 4AS,UK. E-mail: s.arthur@hw.ac.ukBuilding Serv. Eng. Res. Technol. 26,4 (2005) pp. 337 /348# The Chartered Institution of B©u i2l0d0i5n SgASGeEr PvuicbeliscaEtionngsi.n Aelel rrisgh2ts0 0re5served. Not for commercial use or unauthorized distribution. 10.1191/0143624405bt127tnDownloaded from at Heriot - Watt University on January 31, 2007There are basically two different types ofroof drainage system, namely conventionaland siphonic (see Figure 1). Conventionalsystems operate at atmospheric pressure, andthe driving head is thus limited to the gutterflow depths. Consequently, conventional roofdrainage systems normally require a considerablenumber of relatively large diameter verticaldownpipes, all of which have to connectinto some form of underground collectionnetwork before discharging to the surfacewater drain. In contrast, siphonic roof drainagesystems are designed to run full-bore(turbulent gutter conditions mean that therewill always be a small percentage of entrainedair within the system, typically 5%), resultingin sub-atmospheric system pressures, higherdriving heads and higher system flowvelocities. Hence, siphonic systems normallyrequire far fewer downpipes, and the depressurizedconditions also mean that much of thecollection pipework can be routed at highlevel, thus reducing the extent of any undergroundpipework.Both types of drainage system comprisethree basic interacting components:. the roof surface;. the rainwater collection gutters (includingoutlets);. the system pipework.Each of these components has the ability tosubstantially alter the runoff hydrograph as itis routed through the system. This text willfocus on the role and performance of each ofthese components. As the principles of siphonicdrainage are generally less well understood,and certainly less well documented,particular emphasis will be placed on theperformance of siphonic roof drainage systemsin this text.
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