给水排水处理监控系统.docx
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给水排水处理监控系统
东北石油大学
课程设计
课程自动控制系统课程设计
题目给水排水处理监控系统
院系电气信息工程学院
专业班级自动化10-3
学生姓名李润泽
学生学号100601140322
指导教师霍凤财李艳辉
2012年7月21日
东北石油大学课程设计任务书
课程控制系统综合实验
题目给水排水处理监控系统
专业自动化姓名李润泽学号100601140322
主要内容：
通过运用课堂所学的理论和技术知识，完成某城镇排水管网的扩大初步设计，以达到巩固基本理论，提高设计与绘图能力，熟悉查阅的使用技术资料，了解设计的方法与步骤，进一步将理论和实践相结合等的教学要求。
基本要求：
（1）高位水箱与低位水箱中均设液位计，将水位信号送至B&RPCC2003控制器，实现自动控制；
（2）回水泵应同时接受这两个水箱的制约。
当低位水箱处于低水位时，为了避免水泵的空转，无论高水位水箱如何，回水泵都不能启动；
（3）应设有3台电动机运行指示器及自动鼓掌显示、液位显示。
3抬电机均有过载保护，短路保护，对于变频器启动时，应先是接触器通电，然后变频器通电；停止时，变频器先停止运行，然后接触器断电。
参考资料：
[1]魏先勋，陈信常.环境工程设计手册[M].湖南科技出版社，2002.
[2]张瑞武，智能建筑[M].北京：
中国建筑工业出版社，1991.
[3]李哲英等，实用电子电路设计[M]．北京：
电子工业出版社,1997.
[4]王顺晃，智能控制系统及应用[M].北京：
机械工业出版社,1995
[5]刘国林，建筑物自动系统[M].北京：
机械工业出版社，2002
完成期限2012.7.12——2012.7.21
指导教师
专业负责人
2012年7月2日
目录
第1章给水排水处理系统控制工艺分析1
1.1建筑给水排水概述1
1.2给水排水系统的功能1
1.3给水排水系统控制要求1
第2章给水排水处理控制系统设计3
2.1给水排水的仪表选择3
2.2传感器的选型3
2.3控制方案分析4
第3章基于紫金桥的给水排水系统监控程序设计5
3.1给水排水处理系统主控界面5
3.2给水排水处理系统趋势界面7
3.3给水排水处理系统仪表界面8
第4章心得与体会9
参考文献10
第1章给水排水处理系统控制工艺分析
1.1建筑给水排水概述
建筑给水的种类可概括分为生产、生活和消防等三类，建筑给水工程就是为确保这三类给水的实现而采取的技术措施，即把室外给水工程提供的水量、水压按照建筑物的需要分配到用水地点，从而为生活和生产提供一定程度的安全和便利的用水条件。
建筑排水工程的任务是把生活和生产过程中所产生的污水、废水按照室外排水系统体制和建筑物内部是否要求再生回用的，有组织、分系统的排放，确定其排放方式、处理方法和综合利用。
1.2给水排水系统的功能
给水排水系统的监控目的是确保管网中各水泵根据用户用水量的变化能及时地改变其运行方式，使水泵房中的水泵处于最佳的运行状态，从而实现管网的合理调度。
智能建筑中给排水监控系统主要功能是通过计算机控制及时地调整系统中水泵的运行台数，以达到供水量和需水量、来水量和排水量之间的平衡，实现泵房的最佳运行，实现高效率、低能耗的最优化控制，从而达到经济运行的目的。
假设本设计为某智能建筑中的给排水监控系统，其监控对象主要是水池、水箱的水位和各类水泵的工作状态，例如，水泵的启停状态，水泵故障报警以及水箱高低水位的报警等等。
这些信号可以用文字及图形在显示屏上显示及通过打印机把其记录打印出来。
1.3给水排水系统控制要求
给排水系统的监控和管理由现场控制和集控中心来实现，其最终目的是实现给排水的合理调度，也就是说，无论用户用水量怎样变化，水泵都能及时改变其运行方式，实现水泵的最佳运行。
给排水的监控系统需随时监视大楼给排水系统，并自动储水及排水；当系统出现异常情况或需要维护时，及时发出信号，通知管理人员处理。
给排水系统监控主要包括水泵的自动启停控制、水泵的故障报警、水泵的运行状态监测、水箱水位监测等，通过程序设计来满足自动控制要求，即根据水箱的高低水位信号来控制水泵的启/停，并且进行溢水和枯水预警。
当水泵出现故障时，立即发出报警信号，同时备用泵自动投入运行。
当发生火灾时，根据火灾信号的性质立即启动消防泵。
本系统的控制要求如下：
（1）高位水箱与低位水箱中均设液位计，将水位信号送至B&RPCC2003控制器，实现自动控制；
（2）回水泵应同时接受这两个水箱的制约。
当低位水箱处于低水位时，为了避免水泵的空转，无论高水位水箱如何，回水泵都不能启动；
（3）应设有3台电动机运行指示器及自动鼓掌显示、液位显示。
3抬电机均有过载保护，短路保护，对于变频器启动时，应先是接触器通电，然后变频器通电；停止时，变频器先停止运行，然后接触器断电。
（4）设手动/自动方式转换，手动时，可优操纵者分别启动每台水泵；自动时，制定启动运行后，由B&R控制器根据高/低位水箱的液位计信号进行逻辑运算判断后，对3台水泵运行实现自动控制；手动十，3台水泵可同时运行，而自动时，生活泵和消防泵不能同时运行；
（5）对生活泵要能实现恒压供水。
手动控制时，变频器解除；
（6）实现集中控制台、实验室、现场水泵三地控制；
（7）当消防信号引入后，自动启动消防泵；自动失效时，可手动强迫启动。
第2章给水排水处理控制系统设计
2.1给水排水的仪表选择
根据现场条件及有关设计要求，各台泵的型号和主要参数如下：
生活泵型号：
DFG40-50A/2，功率3kw，最大扬程44m；
消防泵型号：
DFG40-32A/2，功率1.5kw，最大扬程28m；
回水泵型号：
DFG40-32A/2，功率0.75kw，最大扬程16m；
给水泵包括生活和消防泵。
设置生活泵一台，采用变频控制，可实现不间断恒压供水。
为了使水重复利用，配置一台回水泵。
回水泵用以排除水槽（低位水箱）的蓄水，模拟工程排水系统。
考虑消防联动，设置消防泵一台，选用无扩展PCC（带通信接口）为单元控制器，采用两地手/自动混合控制及监控及直接操控方式，满足智能建筑对建筑给排水的基本控制要求的实现。
2.2传感器的选型
容器内的水位传感器，将感受到的水位信号传送到控制器，控制器内的计算机将实测的水位信号与设定信号进行比较，得出偏差，然后根据偏差的性质，向给水电动阀发出"开""关"的指令，保证容器达到设定水位。
。
按传感器原理分浮子式、跟踪式、压力式和反射式等。
水位记录方式主要有：
记录纸描述，数据显示或打字记录,穿孔纸带,磁带和固体电路储存等。
浮子式水位计：
其原理是由浮子感应水位的升降。
有用机械方式直接使浮子传动记录结构的普通水位计，有把浮子提供的转角量转换成增量电脉冲或二进制编码脉冲作远距离传输的电传、数传水位计，还有用微型浮子和许多干簧管组成的数字传感水位计等。
应用较广的是机械式水位计。
应用浮子式水位计需有测井设备，只适合于岸坡稳定、河床冲淤很小的低含沙量河段使用。
跟踪式水位计：
又称接触式水位计，利用重锤上的电测针接触水面发出电信号，使电机正转或逆转，随时跟踪水面点的位置，从而测定水位。
一般在较陡岸坡上架设铁管，悬锤和悬索在管道中升降，驱动记录或讯号装置。
铁管进水口需有沉沙和静水设施。
力式水位计：
它的工作原理是测量水压力，推算水位。
其特点是不需建静水测井，可以将传感器固定在河底，用引压管消除大气压力，从而直接测得水位。
压力式水位计有两类。
一类为气泡型，在引压管中不断输气，用自动调节的压力天平将水压力转换成机械转角量，从而带动记录机构。
另一类为电测型，它应用固态压阻器件作传感器，可直接将水压力转变成电压模量或频率量输出,用导线传输至岸上进行处理和记录。
声波式水位计：
它是反射式水位计的一种，应用声波遇不同介面反射的原理来测定水位。
分为气介式和水介式两类。
气介式以空气为声波的传播介质，换能器置于水面上方，由水面反射声波，根据回波时间可计算并显示出水位。
仪器不接触水体，完全摆脱水中泥沙，流速冲击和水草等不利因素的影响。
水介式是将换能器安装在河底，向水面发射声波。
声波在水介质中传播速度高，距离大，也不需要建测井。
两种水位计均可用电缆传输至室内显示或储存记录。
2.3控制方案分析
2.3.1远程控制
当控制柜上方式选择开关被切换到远程控制后，操作人员可选择自动或手动控制方式。
在自动方式下，PCC按联动、联锁各种逻辑关系控制设备的启动停止。
中控室操作人员可根据现场情况向下发出调度控制指令，调整设备运行状态达到工艺要求。
中控室操作人员也可以选择远程手动方式，直接手动控制单个现场设备。
2.3.2就地控制
就地控制级别高于远程控制。
当控制柜上方式选择开关被切换到就地自动控制，控制中心的调度控制指令被封锁，设备在PCC的控制下自动运行。
在就地手动方式下，现场操作人员通过控制柜上手动按钮启动停止设备，控制柜提供基本控制联锁。
第3章基于紫金桥的给水排水系统监控程序设计
3.1给水排水处理系统主控界面
紫金桥监控组态软件由紫金桥公司出版，紫金桥软件技术有限公司（RealSoft）是由中石油出资成立的专门从事计算机软件产品开发的高新技术企业，是中国石油天然气集团的软件开发基地。
公司专注于自主知识产权软件产品“实时数据库系统”和“监控组态软件”的开发与推广工作，以为企业集团及客户提供完整的自动化&信息化解决方案为己任。
紫金桥软件技术有限公司是国内最早研发国产大型实时数据库产品的公司之一。
先后承担了国家“九五”攻关项目《实时数据库及其监控系统平台软件》的开发工作、国家863计划CIMS示范工程《大庆石化总厂乙烯厂CIMS》和《大庆石化化肥厂CIMS》项目的开发及国家863项目《实时数据库系统的研究开发》。
在国家863验收会议上，紫金桥实时数据库产品受到了验收专家高度评价。
公司与中科院、清华大学、中国科技大学、石油大学等国内著名高等学府和科研机构保持着紧密的合作关系，同时还与国外知名大公司HONEYWELL、YOKOGAWA、FOXBORO、GE、OMRON、MicroSoft、ASPENTECH、SIEMENS保持技术协作关系。
紫金桥软件公司拥有一支业务能力强、综合素质高、专业结构合理的技术人才队伍，60%以上的开发人员具有多年的实时数据库系统开发经验和工厂实际工作经验，公司多人曾出国接受过专业培训，数人曾获省部级科技进步奖。
紫金桥监控组态软件是紫金桥公司在长期的科研和工程实践中开发的通用工业组态软件。
紫金桥组态软件在实际应用中，以其可靠性、方便性和强大的功能得到用户的高度评价，用户已经广泛应用于石化、炼油、汽车、化工、冶金、制药、建材、轻工、造纸、采矿、环保、电力、交通、智能楼宇、仓储、物流、水利等多个行业和领域的过程控制、管理监测、现场监视、远程监视、故障诊断、企业管理、资源计划等系统。
紫金桥组态软件主要特点：
客户/服务器体系结构
紫金桥组态软件是真正的客户/服务器软件，同时支持分布式服务器和分布式客户端。
一处定义，多处引用：
在服务器端定义的点，可以同时在多个客户端上引用，减少组态工作量和避免数据的不一致性。
支持多种组网方式，可以根据实际需要灵活搭建分布式结构，如以太网、串口、拨号网络、无线电台、GPRS、卫星网等多种连接方式，适应不同场合。
强大的数据库处理核心：
数据库服务器可以进行各种运算和数据处理，如量程变换、报警、历史数据记录、PID控制、流量累计等多种处理，支持数据库脚本，在核心级实施控制，满足控制的实时需求。
灵活的点参数结构，用户根据需要组态自定义点类型和点参数，满足个性化需求。
可靠的冗余系统：
紫金桥组态软件支持双机/多机热备份，支持IO冗余、主机冗余、通讯冗余，系统可以智能检测不同类型的故障并自动进行响应的操作，确保系统安全可靠运行。
丰富的IO驱动：
紫金桥组态软件在长期的应用过程中，开发了数百种久经考验的IO通讯接口，支持各类智能仪表、智能模块、变频器、板卡、PLC和DCS。
同时支持OPC、DDE等各类开放接口
逼真的图形系统：
全面支持过渡色、透明色，支持各种图形画刷，真实再现生产流程，能设计出逼真的图形效果。
系统预先定义了数百种标准图形，如泵、阀、仪表、管道、马达等，可以大大缩短开发时间。
用户也可以自定义图库，一劳永逸。
功能强大的脚本系统：
系统支持多种触发形式的脚本，如键动作、数据刷新动作、条件动作、应用动作、窗口动作、对象动作，可以构建各类复杂系统。
脚本采用类BASIC语言，简单实用，提供了功能丰富的预定义函数，支持间接变量、数组、循环和自定义函数。
报表系统：
紫金桥组态软件本身提供了报表系统，可以支持紫金桥的各类运算和函数，还提供了报表函数，报表格式灵活，可以制出各类报表。
提供EXCEL组件，可把紫金桥的各类（包括实时、历史、统计等）数据无缝嵌入EXCEL。
丰富的组件对象：
可以直接在画面中插入各类Windows标准控件，如文本编辑框、下拉框、列表框、表格、复选框等，全面支持各类ActiveX控件和OLE对象，提供各种功能组件如温控曲线、时间调度、自定义菜单等。
Web发布：
紫金桥组态软件通过Web发布，可以在Internet上授权访问，授权操作。
可以使用Windwos自带的WebServer或紫金桥提供的WebServer，可以任意指定数据发布端口。
客户端简单易用，用户无需降低IE浏览器安全级别，可直接浏览。
给水排水处理系统主控界面如图3-1所示：
图3-1给水排水处理系统主控界面
3.2给水排水处理系统趋势界面
发展趋势：
随着节能技术不断发展，加热炉节能控制系统正日趋完善。
以燃烧过程数学模型为依据建立的最佳燃烧过程计算机控制方案已进入实用阶段。
例如，按燃烧过程稳态数学模型组成的微机控制系统已开始在炼油厂成功使用。
有时利用计算机实现约束控制，使加热炉经常维持在约束条件边界附近工作，以保证最佳燃烧。
随着建立燃烧模型工作的进展和计算机技术的应用，加热炉燃烧过程控制系统将得到进一步的完善。
给水排水处理系统历史趋势曲线如图3-2所示：
图3-2给水排水处理系统历史趋势曲线
3.3给水排水处理系统仪表界面
选择“图库”菜单中“打开图库”命令或按F2键打开图库管理器，选择需要的仪表；通过工具箱中的工具画相应的仪表。
给水排水处理系统仪表界面如图3-3所示：
图3-3给水排水处理系统仪表界面
第4章心得与体会
整个给水排水处理控制系统的设计结束了，整个设计的过程虽然艰难的，但自己受益匪浅，因为当自己设计的成果呈现在眼前的时候，那种成就感是无可比拟的。
做课程设计是很有收获的，因为在大学的生活中，太多的书本知识，太多的考试让我们的实际动手能力受到了很大的限制，没有学到真正的知识，或者说是也就只是纸上谈兵，那些理论知识没有得到真正的利用。
课程设计正好弥补了这一点的不足，给我们提供了一个时间理论知识的机会，尽管本次设计离实际情况还有一点距离，但是能够独立的完成整个设计，已经加深了我们对于课程知识的理解，同时明白一个设计所必须的知识和思维，通过大家的讨论也能够了解到很多的问题。
实践出真知，纵观古今，所有发明创造无一不是在实践中得到检验的。
没有足够的动手能力，就奢谈在未来的科研尤其是实验研究中有所成就。
在实习中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。
总之，通过整个设计的完成，确实学到了很多实际的知识和比较好的工程思维，我想这是最重要的。
参考文献
[1]魏先勋，陈信常.环境工程设计手册[M].湖南科技出版社，2002.
[2]张瑞武，智能建筑[M].北京：
中国建筑工业出版社，1991.
[3]李哲英等，实用电子电路设计[M]．北京：
电子工业出版社,1997.
[4]王顺晃，智能控制系统及应用[M].北京：
机械工业出版社,1995
[5]刘国林，建筑物自动系统[M].北京：
机械工业出版社，2002
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