基于PLC的小区恒压供水系统详解.doc

(完整版)基于PLC的小区恒压供水系统详解

毕业设计（论文）手册

学生姓名： 延娓娓
指导教师： 叶天迟
专 业： 自动化
班 级： 自0745

吉林工程技术师范学院教务处制
二Ｏ一Ｏ年 十二 月
3

毕业设计（论文）选题论证书

院(系):电气工程学院 专业:自动化 班级：自0745 姓名:延娓娓
指导教师姓名
叶天迟
专业技术职务
讲师
题目名称
基于PLC的小区恒压供水系统设计
是否新题
否
题目类型
设计 □ 论文 ■
目的意义：
传统的供水系统采用节流阀控制水流量满足现场的水量要求，但是这种方式容易造成管路压力波动过大,以单片机为CPU的恒压供水控制器的可靠性和抗干扰能力仍有待进一步提高.目前，供水企业经常采用集散控制系统方案实现供水控制。本设计题目，试图采用集散式控制方案实现恒压供水,这种供水方式具有自动化程度高、节能效果好、技术手段先进等优点.

研究的主要内容：
本设计拟采用集散控制方式使用PLC、变频器及相关软件设计一套恒压供水系统.PLC用于实现现场PID调节控制;由变频器控制水泵电机，压力传感器负责供水管线的压力检测组成检测调节单元；上位机组态画面实现现场的监控与调节控制。

成果形式：
2万字毕业论文一篇。
审核意见：

审核人： (签字） 院负责人: （签字）
2010年 12月 10日

毕业设计（论文)任务书

题 目： 基于PLC的小区恒压供水系统设计
电气工程学院(分院) 自动化 专业 自0745 班
学 生 姓 名： 延娓娓 学号: 1
指 导 教 师： 叶天迟 职称： 讲师
教 研 室 主 任： 方建
系（分院）主任： 许建平

任务书下发日期：2011年 2 月 18 日

吉林工程技术师范学院教务处制

一、 题目内容与要求
传统的供水系统采用节流阀控制水流量满足现场的水量要求，但是这种方式容易造成管路压力波动过大，以单片机为CPU的恒压供水控制器的可靠性和抗干扰能力仍有待进一步提高。目前,供水企业经常采用集散控制系统方案实现供水控制。本设计题目，试图采用集散式控制方案实现恒压供水，这种供水方式具有自动化程度高、节能效果好、技术手段先进等优点。
本设计拟采用集散控制方式使用PLC、变频器及相关软件设计一套恒压供水系统。PLC用于实现现场PID调节控制；由变频器控制水泵电机，压力传感器负责供水管线的压力检测组成检测调节单元；上位机组态画面实现现场的监控与调节控制.
设计要求:
1）供水系统由两套水泵和水箱组成供水单元，水泵通过变频器控制供水流量；
2）在供水管中设置压力传感器，作为恒压供水系统的反馈信号，通过对压力反馈信号的检测，经PID调解后，由变频器控制水泵的电机转速,达到恒压供水设计目的;
3）设置合适的组态画面实现设定、监控与控制；
4）系统应具有本地控制和远程控制功能。

二、毕业设计(论文）的期限
自2011年2月18日至2011年5月20日

18

三、毕业设计(论文）进度计划
起止日期
工作内容
备注
第 一 周

第 二 — 八 周

第 九—十一 周

毕业设计文献检索，撰写毕业设计开题报告
硬件设计及制作；硬件、软件调试
撰写毕业设计论文

四、参考文献
[1]王常力，罗安.分布式控制系统（DCS）设计与应用实例.北京:电子工业出版社，2005
[2]赵光华，曾旭峰.DSC系统在水厂自动化中的应用。广东自动化与信息工程，2005，3
［3］李勤，罗伟中.基于PLC实现恒压供水自动控制。新型仪器与智能仪表，2005，2
[4］齐利民，程龙泉。可远程监控的变频调速恒压供水系统。山东煤炭科技，2006，1
[5]曹琦。 恒压变频供水系统节能分析。变频器世界,2006，6
［6]肖雪梅,郑连合，杨德宝. 变频恒压供水系统在村村通自来水工程中的应用，。水科学与工程技术，2008,5
[7]孙传友,孙晓斌编著,感测技术基础，北京：电子工业出版社，2001
[8］何希才编著,新型集成电路及其应用实例,北京：科学出版社，2002
[9]王新贤主著，集成电路速查手册，山东:山东科学技术出版社，2003
[10] M Kastrevc，R Pusenjak。 Variable frequency drive improves pump efficiency 。Mining Engineering,2004，Vol 56, Vol 56 （Iss.2) ：p 51。

指导教师（签字)：
毕业设计人(签字）:
说 明：
1、本任务书由指导教师负责填写，经分院（系）、教研室主任审定后,发给学生本人。
2、本任务书所列各项由指导教师详细填写，以便学生全面了解和正确执行。
3、学生接到本任务书后，应积极进行毕业设计(论文）的各项工作，与指导教师制定工作计划，并按规定时间完成。工作内容中间如有变动，要经过所属分院（系）主任和教研室主任同意.

本科生毕业设计（论文)开题报告

题 目基于PLC的小区恒压供水系统设计
院（系）_ 电气工程学院_______
专 业___ 自动化 __
班 级_____ 自0745 _______
姓 名______ 延娓娓 ______
指导教师_______ 叶天迟 _________
开题时间 2011。3。18

吉林工程技术师范学院教务处制
一、 课题研究意义
随着我国城市高层建筑的增多，当前普遍采用的水泵高位水箱供水和气压罐供水存在基建投资大，占地面积大，维护不方便，水泵电机启动电流大，能耗大和可靠性低等问题。传统的供水系统采用节流阀控制水流量满足现场的水量要求，但是这种方式容易造成管路压力波动过大，通过交流接触器接通外电运行,全部机组的控制都依赖值班人员手工进行操作，通过接触器控制全部过程，繁琐的手动控制系统很难对供水管网的压力和水位变化及时做出恰当的反应。
以单片机为CPU的恒压供水控制器将实际检测到的水压值与设定的水压值形成的偏差按PID或模糊控制规律运算后，输出的电流信号控制变频器的输出频率，从而实现了对水泵转速的控制，供水量与用水量一致,但它存在故障排除慢，系统运行中的一些参数无法监控与记录，供水的可靠性方面比起PLC的供水方式要差，不适用于恶劣的工业环境.
目前，供水企业经常采用集散控制系统方案实现供水控制。用PLC作为控制器按PID或模糊控制规律对变频器的输出频率控制，实现了对水泵转速的控制。为了进一步提高小区供水系统的可靠性，实现对供水系统的监控和增强供水系统故障处理能力，本设计增加了运程手动控制运行方式和现场手动运行方式的设计。这样能对节约投资，灵活应用具有重要意义。
二、 研究方案
课题拟研究的主要内容、关键问题，研究的方法及手段.(写不下可加附页）
1.1 变频供水系统方案确定
传统的供水系统采用节流阀控制水流量满足现场的水量要求,但是这种方式容易造成管路压力波动过大。在小区供水系统中加压泵通常是用最不利水点的水压要求来确定相应的扬程设计，然后泵组根据流量变化情况来选配，并确定水泵的运行方式.由于小区用水有着季节和时段的明显变化,日常供水运行控制就常采用水泵的运行方式调整加上出口阀开度调节供水的水量水压，大量能量因小号在出口阀而浪费。
随着人们对供水质量和饮用水水质量要求的不断提高，变频恒压供水方式应运而生,它不仅能很好的解决老式屋顶水箱供水方式带来的水质二次污染问题,而且解决了水泵的运行方式调整加上出口阀开度调节供水的水量水压，大量能量因消耗在出口阀而浪费,并对水泵也起到了很好的保护作用和有效地节约了电能的消耗.
根据负载变化自动调节水泵转速或增加或减少投入运行的台数，从而避免了电机起动过程中对电网和机械设备造成的冲击以及人工操作的繁杂性.变频恒压供水系统如今正被广泛地应用到城市自来水管网系统、住宅小区生活消防水系统、楼宇中央空调冷却循环水系统等众多领域.
综合分析，本设计拟采用集散控制方式使用PLC、变频器及相关软件设计一套变频恒压供水系统。
1.2 变频供水系统构成确定
我们要保持水压的恒定，就要用到反馈原理：要想维持一个物理量不变或基本不变，就应该引用这个物理量与恒值比较，形成闭环系统。我们要想保持水压的恒定，就必须引入水压反馈值与给定值比较,从而形成闭环系统.
在变频器供水系统中，当用水量大时，为保持水压仍恒定，采用三台水泵供水；当用水量较小时,在变频供水系统中加入气压罐,它能利用气压罐蓄水量来控制水泵在低需求量时的续流供水,能达到大功率水泵和变频器休息。
组成小区变频恒压供水系统的有PLC、变频器、气压罐、离心泵、压力传感器等,如图1-1所示。工作流程是利用设置在供水管中的压力传感器将管中因用水量的变化引起的水压变化，及时将信号（4—20mA或0-10V）作为恒压供水系统的反馈信号反馈给PLC调节器,通过对压力反馈信号的检测，经PID调节器对比设定控制压力进行运算后给出相应的变频指令，由变频器控制水泵的电机转速，达到恒压供水设计目的。

图1-1 系统组成图
1.3 恒压供水系统的原理
变频恒压供水系统中的变频器的作用是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无极调速，从而使管网水压连续变化。压力传感器的任务是检测管网水压，压力设定单元为系统提供满足用户需要的水压期望值.图1—2表示小区恒压供水系统基本原理图。
采用变频器与PLC来控制恒压供水的稳定,水泵采用并联运行方式,水压大于设定值时通过闭合交流接触器停止一台水泵；水压小于设定值时，通过断开交流接触器启动一台水泵。

图1-2 小区恒压供水系统基本原理
1.4 变频供水系统分析
由于小区居民用水的多少是经常变动的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水多而供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力大。为了保持供水压力的恒定，使得供水和用水之间保持平衡,即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高了供水的质量。
为了实供水压力平衡，我们使用以变频器为核心的智能供水控制系统。它的优点有使水泵启动平稳,启动电流可限制在额定电流以内，从而避免了启动时对电网的冲击；延长泵的使用寿命等。它的使用令供水实现节水、节电、节省人力，高效运行。

三、 设计（论文）课题评议
就课题的意义、研究的方法及手段、实验设计方案、研究的预期结果进行评议，并提出是否通过的建议

该课题研究涵盖了多方面理论知识，是所学知识的综合应用，具有一定的实际意义；课题研究方法及手段正确、合理,对于完成课题任务起到保证作用；实验设计方案正确，可行;研究的预期成果可以实现。经考核组成员认真讨论、研究,决定准予其开题报告通过。

考核主持人签字：
年 月 日
四、考核组成员
姓 名
职称、职务
专业
工作单位
方建
副教授
自动化
电气工程学院
雷霞
教授
自动化
电气工程学院
唐耀武
副教授
自动化
电气工程学院
尹振红
副教授
自动化
电气工程学院
叶天迟
讲师
自动化
电气工程学院
田佳
讲师
自动化
电气工程学院

参加开题报告的总人数：6 人

毕业设计（论文）指导教师评阅意见
题 目
基于PLC的小区恒压供水系统设计
成 绩
87
系(分院）
电气工程学院
专业年级
自0745
学生姓名
延娓娓
指

导

教

师

评

语

该生学习态度认真，工作作风好，遵守纪律，能够按指导教师要求按时独立完成各项工作并保证按时出勤,可以按照毕业设计日程安排完成各项设计任务；积极进行设计调研工作，能够结合本专业培养目标，较好地进行科学实践、调研活动，积累了一定的实践经验，为毕业设计（论文）撰写提供良好的背景，并达到提高理论与实际相结合的目的；毕业设计题目工作量饱满,该生设计达到毕业设计任务书要求，非常好地完成了毕业设计任务。
该生具有较好的文献资料查阅能力,所查阅的资料符合毕业设计任务需要，除广泛涉猎本学科、本专业领域外，还能适当延伸至与选题相关的其他领域，查阅方法、手段运用得当；收集的文献翔实可靠，能够比较全面地把握相关领域的资料，对设计（论文）的写作进行强有力的支撑。在毕业设计过程中该学生能够比较系统地运用相关学科的理论知识与技能解决实际问题，具有良好的独立工作能力和创新精神，毕业论文具有一定的深度、广度;能够根据任务要求很快进入设计角色，充分利用现有的软、硬件条件,提出多种可供选择的设计方案，并从中确定最佳方案；能够进行本专业要求的计算，理论依据正确，数据处理方法及结果正确；能够根据选题需要，阅读、翻译一定量的本专业外文文献资料，外文参考文献选择恰当，可以很好地支撑毕业设计；具有较强的独立操作使用软件的能力，能够运用计算机进行计算、编程、录入、排版并使用CAD绘图。
毕业图纸及论文符合毕业设计规范要求。图纸采用计算机绘制图表，图面整洁，规范准确，符合国家标准，图表精确，视图布局合理，尺寸标注完整,符合规范标准.图纸按规范进行折叠；毕业设计论文思路清晰，内容正确，条理分明，语言简洁，文章结构严谨，字数不少于20000字，毕业设计撰写符合科学论文写作的基本要求,论文中的技术用语和计量单位、格式、图表、数据、各种资料的运用及引用准确规范；毕业设计有创新意识，研究方法新颖。

指导教师签名:
2011年5月24日
注：优（90分以上）；良（80~89)；中（70～79）;及格（60～69）；不及格（60以下）

毕业设计（论文）指导教师评定成绩标准
评分项目
评价内涵与标准
分值
工作表现
1
学习态度
学习态度认真,工作作风好，遵守纪律，按指导教师要求按时独立完成各项工作(从日程安排表、考勤记录等方面进行评价）
7
2
科学实践、调研
结合本专业培养目标，较好地了解生产实践活动的基本过程、原理、方法，或进行科学实践、调研活动,积累实践经验，为毕业设计（论文)撰写提供良好的背景,达到提高理论与实际相结合的目的
8
3
题目
工作量
工作量饱满(从任务书要求、论文实际完成情况等方面进行评价)
10
能力水平
4
查阅文献资料
目标明确,范围合理，除广泛涉猎本学科、本专业领域外，还能适当延伸至与选题相关的其他领域，方法、手段运用得当,符合选题需要；收集的文献翔实可靠，能够比较全面地占有相关领域的资料，对设计（论文）的写作进行强有力的支撑(从文献的数量、种类、发表年代等方面进行评价）
6
5
综合运用知识能力
设计（论文)反映能学生比较系统地运用相关学科的理论知识与技能解决实际问题，培养良好的独立工作能力和创新精神，具有一定的深度、广度
7
6
初步的科学研究能力
能根据任务要求很快进入设计角色，充分利用现有的软、硬件条件，提出多种可供选择的设计方案，并从中确定最佳方案
5
7
计算能力
能够进行本专业要求的计算，理论依据正确,数据处理方法及结果正确。
5
8
外文运用能力
根据选题需要，阅读、翻译一定量的本专业外文文献资料，有外文参考文献。（从外文摘要水平、外文参考文献等方面进行评价）
7
9
计算机应用能力
独立操作使用软件,运用计算机进行计算、编程、录入、排版并使用CAD绘图
5
设计
、
论
文
质量
10
绘图质量
原则上要求采用计算机绘制图表，图面整洁，规范准确,符合国家标准，图表精确,视图布局合理,尺寸标注完整，符合规范标准。图纸按规范进行折叠
10
11
设计说明书或论文撰写水平
要求项目齐全（项目来源、依据、任务书、目录、正文、图表、图纸、参考文献等），写出各不少于400字的中、外文摘要，设计说明书或论文思路清晰，内容正确，条理分明,语言简洁，文章结构严谨，字数不少于10000字
20
12
设计说明书或论文规范化程度
符合科学论文写作的基本要求，论文中的技术用语和计量单位、格式、图表、数据、各种资料的运用及引用准确规范
5
13
设计（论文）效果
设计（论文）有创新意识，研究方法新颖，研究成果有改进或有独特见解(从实际价值、创新点等方面进行评价）
5
注：如属论文且无设计图纸则将第11项的得分加到第12项中
毕业设计(论文)评阅人评阅意见
题 目
基于PLC恒压供水系统设计
分院（系）
电气工程学院
专 业
自动化
学生姓名
延娓娓
班 级
自0745
评价
项目
评价内涵与标准
评价等级
A
B
C
选 题
质 量
选题符合本专业人才培养目标和本专业教学大纲对知识和能力的要求，围绕本学科（专业)选择有实用价值，可对所学知识和能力进行综合训练的题目；工作量饱满。

能力
水平
能将所学的知识和技能应用于毕业设计(论文）中；能理论联系实际,运用科学的研究方法,对实际工程问题进行分析、设计（实验)；能独立检索文献资料,并恰当运用；能阅读、翻译一定量的本专业外文文献资料；能正确上机使用现有软件或根据题目要求编程上机。

设计
质量
毕业设计（论文）项目齐全，撰写300—500字中文摘要，全文字数达到要求标准;内容正确、条理清晰、语言流畅、结构严谨；毕业设计（论文)的格式、图纸、实验数据及各种标准资料的运用和引用符合本学科（专业）国家标准规定。

是否同意答辩
□同意答辩 □修改后答辩 □不同意答辩
评阅人
签名

评阅人
职称

评阅时间
2011。6.3
注:1.参照评价项目内涵与标准,A为合格、B为基本合格、C为不合格；2。有1个C,需修改后答辩，有1个以上C不同意答辩。
毕业设计（论文）答辩记录
题 目
基于PLC的小区恒压供水系统设计
系(分院）
电气工程学院
专业年级
自0745
学生姓名
延娓娓
答辩小组组成
组长:
成员：
秘书:
提问及学生答辩情况：

问题1：

回答情况： 正确 基本正确 不正确

问题2：

回答情况： 正确 基本正确 不正确

问题3：

回答情况: 正确 基本正确 不正确

问题4:

回答情况: 正确 基本正确 不正确

问题5：

回答情况: 正确 基本正确 不正确

记录人签名：

年 月 日

毕业设计(论文)答辩小组评语及综合成绩
评 语：

答辩得分： 分×0.3=
指导教师给分: 分×0。7=
总分：

综合成绩（等级）：

答辩小组组长签名：

年 月 日

系（分院)答辩委员会主席签名：

年 月 日

注：优（90分以上）；良（80～89);中(70～79）；及格（60～69）；不及格（60以下）

毕业设计（论文）答辩成绩评定标准
成 绩
评定内容和依据
90－100分
答辩时，能够简明和正确的阐述设计(论文)的主要内容，思
路清晰，思维敏捷,方案（论点）正确，回答问题有理论根据，
基本概念清楚，对主要问题回答准确深入,有很好的语言表
达能力。
具有良好的礼貌和仪容仪表。
80－89分
答辩时,能够简明和正确的阐述设计（论文）的主要内容，思
路清晰，方案（论点）基本正确,能准确回答主要问题，有较
好的语言表达能力。
具有良好的礼貌和仪容仪表.
70－79分
答辩时，能够简明的阐述设计（论文)的主要内容，对主要问
题的回答基本正确，或经教师启发后正确地回答，但缺乏深入
的分析。
比较注重礼貌和仪容仪表。
60－69分
答辩时，能够阐述设计（论文)的主要内容，主要问题能回答
出，或经答辩教师启发答出，回答问题较为肤浅。
注意礼貌和仪容仪表。
60分以下
答辩时，不能正确阐述设计(论文）的主要内容，基本概念不
清楚或有重大错误，经答辩教师启发,回答仍有错误或回答不
出来.