1、毕业设计论文开题报告题目名称：某水厂基于变频及现场总线的供水自动控制系统学生姓名梁 展专 业电气工程及其自动化班 级1212061一、选题的目的意义近年来，对于供水系统的控制有采用DCS技术取代常规仪表和手动操作的，在实现水生产的分散自动控制和集中监控方面，取得了一定的进展。但基于DCS的系统存在一些重要缺陷，一方面传统的DCS系统是自封闭式的集散系统，难以实现设备之间以及系统与外界之间的依靠交互和共享，使自动化系统成为信息孤岛;另一方面传统DCS系统的现场底层传感器和数据采集器之间采用一对一物理连线和模拟信号传输导致大范围布线，给现场施工带来很大麻烦，同时，信号传输的抗干扰能力也较差。随着计
2、算机技术、通信技术和控制技术的迅猛开展，特别是开放系统互连协议(OSI)的制定和TCP/IP协议的广泛应用，工控领域也不断产生先进的控制模式，逐步形成了以网络集成自动化系统为根底的企业信息系统。现场总线(FILDBUS)就是顺应这一形势开展起来的新技术。 现场总线是20世纪80年代中期在国际上开展起来的一种先进的控制技术。目前国际上流行的现场总线主要有过程现场总线PROFIBUS、基金会现场总线FF,LonWorks总线、CAN总线等，世界上许多自动化技术生产商都推出了支持某种主流现场总线标准的产品。PROFIBUS是由Siemens等80家公司联合制定的标准标准。近年来，PROFIBUS在众
3、多的现场总线应用中占居首位，己广泛应用于加工制造自动化、过程自动化、楼宇自动化等领域。PROFIBUS是一个多种协议并存的现场总线技术，不同协议的数据在系统内透明传输，这使得PROFIBUS成为连接过去、现在和未来的一种十分有效的现场总线技术。所以，在水厂网络控制系统设计中，PROFIBUS成为当然的选择。现场总线系统实现了数字和模拟输入/输出模块、智能信号装置和过程调节装置与可编程逻辑控制器(PLC)和PC之间的数据传输，把I/0通道分散到实际需要的现场设备附近，使安装和布线的费用开销减少到最小，从而使本钱费用大大地节省。标准化的现场总线也具有“开放的通信接口，允许用户选用不同制造商生产的分
4、散I/0装置和现场设备。 基于现场总线技术，以PROFIBUS现场总线为核心，以智能设备PLC为控制主体，以工控机和PC机为系统编程、组态、维护、监控和管理的一体化工作平台。能较好解决传统系统中存在的一些问题，实现了水生产现场网络通信与计算机控制系统的集成。二、国内外研究综述变频恒压供水是在变频调速技术的开展之后逐渐开展起来的。在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、压频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控
5、制。从查阅的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因而投资本钱高。随着变频技术的开展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器，像日本Samco公司，就推出了恒压供水基板，备有“变频泵固定方式，“变频泵循环方式两种模式。它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能，只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的
6、电磁接触器工作，可构成最多7台电机(泵)的供水系统。这类设备虽然微化了电路结构，降低了设备本钱，但其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性不高，与别的监控系统(如BA系统)和组态软件难以实现数据通信，并且限制了带负载的容量，因此在实际使用时其范围将会受到限制。可以看出，目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性(EMC)的变频恒压供水系统的水压闭环控制得不够。因此，有待于进一步改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践。 自来水厂生产系统是一个多变量(如流量、温度、压力等)、
7、多任务(如水的输送、投药/加氯控制、格栅与排泥控制、滤池控制、出水泵起/停控制、数据管理等)、多设备(如电机、阀门、计量泵等)并具有时变性、祸合性和随机性的复杂非线性系统。因此，比拟完整的水厂全自动化系统的设计是一个比拟困难的问题，况且水厂的大小不一样、具体地理位置分布等的差异使得国内迄今为止还没有一个统一的供水行业自控系统标准，水厂的自动化水平良荞不齐、相差较大。水厂生产系统一般包括取水、制水、送水三个大局部。取水局部主要对取水泵房的水泵机组完成一体化开机控制并采集各种保护信号和控制量实现自动化开机或优化开机:制水是水厂控制系统的主体，是保证给水质量得关键局部:送水主要是实现安全性和可靠性供
8、水，主要针对城市管网局部。这三局部可自成系统，分别实行控制。 目前我国大局部水厂只是在制水局部实现了不同程度的自动化，有的老水厂甚至还在采用落后的常规仪表和人工手动操作，不过近年来对老水厂的大规模改造过程中，这一状况已得到了很大得改善。从最近新建的一局部水厂看来，由于不同程度的引进了计算机、通信和仪器仪表等技术，自动化程度比以前大有提高，有的建成了SCADA系统，有的实现了“四遥系统(遥控、遥测、遥调和遥信)，建立了城市管网数据采集中心，实现了一定程度的管控一体化。三、毕业设计论文所用的方法本论文主要针对供水系统的节能降耗，提高供水质量及供水可靠性，实现对供水系统的优化控制，为供水系统提供现代
9、化的监控体制及经济运行的手段。主要设计如何采用变频恒压供水到达节能及提高供水质量，并优化控制水泵组的调速运行，进行了控制原理分析、测控模型的建立及算法确实定，变送器、变频器、PLC和现场总线等硬件选型及系统集成，PLC测控程序的编程、PROFIBUS现场总线应用于供水系统的设备选型和设计等工作，在系统稳定、可靠性的同时将数字PID控制等自动控制技术引入该系统，以提高供水系统的控制性能和性价比；同时在系统中引入人机面板，以提高系统的可操作性。本文的目标是对恒压控制技术给予改良和提升，使系统的稳定性和节能效果进一步提高，操作更加简捷，故障报警及时迅速，应用PROFIBUS现场总线技术，使其具有开放
10、的数据传输和信息交换。该系统可以用于深井泵恒压供水系统，各类型的自来水厂，供热和空调循环用水系统、消防用水系统、工业锅炉补水系统，还可以广泛应用于化工、制冷空调和其他工业及民用领域。变频调速式供水系统具有节约能源、节省钢材、节省占地、节省投资、调节能力大、运行稳定可靠的优势，具有广阔的应用前景和明显的经济效益与社会效益。基于这些优点，我采用变频及现场总线的供水自动控制系统。四、主要参考文献与资料获得情况1.微型计算机控制技术.赖寿宏 机械工业出版社2.电器与PLC控制技术张万忠 化学工业出版社3. 可编程序控制器技术与应用系统设计.陈在平 赵相宾 机械工业出版社4.邹宗峰等.用VB6. 0实现
11、OMRON系列PLO与微机的通讯.机电一体化.2023 (1)50-525.于洋等.基于MPI网络的自来水厂分布式监控系统.电子技术应用.2023 (10) 36-386.侯文霞.PLC在小型冷库变频调速控制中的应用.机床与液压.2023(5): 230-2497.田敏.基于Prof i bus现场总线的自动化立体仓库.电子工程师:2023 (12)1-38.李方洁.PLC与变电站自动化系统在泵站工程中的应用.机电一体化:2023 (1)56-589.夏小兵等.基于PID控制模式的变频恒压供水系统.机械制造与自动.2023 (6)119-12110.李曼珍.过程控制中PID控制算法的实用性.仪器仪表用户.2023(5): 36-3811.梁庚等.以现场总线控制系统为根底的火电厂全程自动化和信息共享.中国电力.20230):66-6912.张文庆.用PLC的软件实现PID闭环控制.自动化技术与应用.2023(2): 7-813.罗骏等.废水处理监控系统的设计与应用.自动化与仪器仪表.2023(4): 4-514.王晶晶等.基于PROFIBUS-DP现场总线的恒温控制系统.工业仪表与自动.2023(4):19-21五、指导教师审批意见年 月 日4
