给水排水处理监控系统要点

东 北 石 油 大 学 课 程 设 计 2012 年 7 月 21 日 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 2 指导教师 霍凤财 李艳辉 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 2 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&R PCC2003 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 2012.7.122012.7.21 指导教师 专业负责人 2012 年 7 月 2 日 目目 录录 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 控制系统综合实验 1 第第 1 1 章章 给水排水处理系统控制工艺分析给水排水处理系统控制工艺分析 1.11.1 建筑给水排水概述建筑给水排水概述 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。 1.21.2 给水排水系统的功能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。 1.31.3 给水排水系统控制要求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： 控制系统综合实验 2 （1）高位水箱与低位水箱中均设液位计，将水位信号送至 B&R PCC2003 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。 控制系统综合实验 3 第第 2 2 章章 给水排水处理控制系统设计给水排水处理控制系统设计 2.12.1 给水排水的仪表选择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。 2.22.2 传感器的选型传感器的选型 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 控制系统综合实验 4 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。 2.32.3 控制方案分析控制方案分析 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。 控制系统综合实验 5 第第 3 3 章章 基于紫金桥的给水排水系统监控程序设计基于紫金桥的给水排水系统监控程序设计 3.13.1 给水排水处理系统主控界面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、SIEMEN S 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 控制系统综合实验 6 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： 控制系统综合实验 7 图 3-1 给水排水处理系统主控界面 3.23.2 给水排水处理系统趋势界面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 控制系统综合实验 8 3.33.3 给水排水处理系统仪表界面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