居民小区供水系统设计.docx

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居民小区供水系统设计

西安航空职业技术学院

毕业设计（论文）

论文题目：

居民小区供水系统设计

所属系部：

电子工程系

指导老师：

职称：

副教授

学生姓名：

班级、学号:

10204107

专业：

楼宇智能化工程技术

西安航空职业技术学院制

年月日

西安航空职业技术学院

毕业设计（论文）任务书

题目：

居民小区楼供水系统设计

任务与要求：

用PLC，变压器，PID调节仪，压力传感器及低压电器部件组成，利用PLC来

远程控制水泵的供水，PLC控制的恒压自动供水控制系统，

时间：

2012年10月11日至2012年12月15日共8周

所属系部：

电子工程系

学生姓名：

学号：

10204107

专业：

楼宇智能化工程技术

指导单位或教研室：

西安航空职业技术学院

指导教师：

张慧玲职称：

副教授

西安航空职业技术学院制

2012年11月12日

毕业设计（论文）进度计划表

日期

工作内容

执行情况

指导教师

签字

第一周

在指导教师指导下布置题目

第二、三周

对设计题目进行分析，分析系统功能并划分模块

第四周

进一步分析设计方案的可行性，完善系统设计。

第五、六周

设计楼内供水的走势图

第七周

做出系统的框图。

第八周

完成毕业设计，准备答辩

教师对进度计划实施情况总评

　　　　　　　　　　　　　　　　　签名

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　年月日

本表作评定学生平时成绩的依据之一。

【摘要】

本设计是基于PLC控制的大楼物业供水系统，本设计由PLC、水压传感器、温度传感器、四台水泵等组成。

通过调试表明本系统能够满足设计要求并有很好的使用价值,在系统控制过程中水压信号、水池水位信号和报警信号。

作为一个控制系统，报警是必不可少的重要组成部分。

由于本系统能适用于不同的供水领域，所以为了保证系统安全、可靠、平稳的运行，防止因电机过载、变频器报警,供水水源中断造成故障，因此系统必须要对各种报警量进行监测，由PLC判断报警类别，进行显示保护动作控制，以免造成不必要的损失。

系统具有数据查询功能，PLC根据数据可以远程控制水泵的供水，这样使大楼物业管理更加方便。

关键词：

物业供水PLC恒压

Abstract:

ThisdesignisthepropertyofbuildingwatersupplysystembasedonPLCcontrol,thedesignbythePLC,pressuresensor,temperaturesensor,fourwaterpumpsetc..Debuggingshowsthatthesystemcanmeetthedesignrequirementsandgoodvalueinuse,thewaterpressureinthesystemcontrolprocesssignals,poolwaterlevelsignalandalarmsignal.Asacontrolsystem,thealarmisanessentialcomponent.Asthesystemcanbeappliedtodifferentareasofwatersupply,inordertoensurethatthesystemissafe,reliable,smoothrunning,preventmotoroverload,inverteralarm,thesourceofwatersupplyinterruptioncausedfailure,thesystemmustbethevariousalarmmonitoring,alarmcategories,judgedbythePLCtodisplayprotectionactioncontrol,soastoavoidunnecessarylosses.Thesystemhasadataquerycapabilities,PLCaccordingtothedatacanremotelycontrolthewatersupplyofthewaterpump,sothatthepropertymanagementofthebuildingismoreconvenient.

Keywords:

ThepropertyWaterSupplyPLCconstantpressure

前言

我们都知道水是人类生存不可缺少的重要物质，在我国提倡建设节约型社会的前提下，我们国家水资源比较匮乏，长期以来国家对供水系统很重视。

随着我国国力的不断提高，城市中各类小区建设发展十分迅速，对高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术要求更高，以及住房制度改革的不断深入，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。

小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活，也直接体现了小区物业管理水平的高低。

水温是通过变频器控制温度低时，变频器控制热水泵水流速增加来讲升高水温，水温高时变频器控制冷水泵的水流速加大来降低水温。

供水压力，水温一切正常水输送到用户，检测用户用水是否欠费，用户欠费系统自动将用户水阀关闭。

本设计对物业管理系统提供稳定可靠的设备监控功能同时系统有很好的兼容性可扩展性。

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。

新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

随着控制技术的发展与完善，变频器及PLC在各个行业的应用愈来愈广，PLC与变频器的可靠性与灵活性得到了用户的认可。

同时传统的系统供水方式暴露了很多缺点：

水的二次污染，用水高低峰的不平衡，管道阀门易损坏，维修保养费用过高等等。

在此条件下各种供水方式应运而生，其中由变频器、PLC控制的方式尤为普遍，这种方式的特点：

系统稳定，功能强大，变频器用于供水更加节能，所以广泛应用在多层住宅小区生活消防供水系统中。

1绪论

1.1课题背景和意义

随着我国国力的不断提高，城市中各类小区建设发展十分迅速，对高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术要求更高，以及住房制度改革的不断深入，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。

小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活，也直接体现了小区物业管理水平的高低。

近年来我国城市发展建设速度加快，小区的规模越来越大，生活供水设备作为物业的重要组成部分也越来越庞大、分散。

随着最近计算机网络技术的飞速发展，各种自来水管理系统应运而生。

远程控制是未来城市自来水管理的一个发展方向，但各小区的生活供水设备管理水平还相对落后，所以加强对现有生活供水设备的信息化建设与改造具有重要意义。

本系统就是在这种背景下设计的。

本设计是基于PLC、变频技术、传感器的物业供水系统.系统应能提供稳定、可靠的设备监控功能，同时，系统应具有很好的兼容性、可扩展性。

当大楼欠费时可以通过控制室进行远程控制，将对其自动关闭，方便物业管理本文的基于PLC的物业供水系统设计属于恒压供水，由于PLC的可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等特点，与传统的供水系统相比本系统有很大的实用价值。

1.2课题设计方案

具体要求：

（1）对每一栋单体建筑进行数据采集、计量、控制，现场不能修改参数，只能显示监视数据。

（2）板换二次侧供水温度T3控制在6.5℃，水泵变频控制。

（3）控制室具有数据查询包括日用量和月用量查询和用户资料查询，可以显示选定某段时间的数据按每栋进行查询。

（4）当大楼欠费时可以通过控制室进行远程控制，将对应的冷源自动关闭，方便物业管理。

系统应能提供稳定、可靠的设备监控功能，同时，系统应具有很好的兼容性、可扩展性。

具体方案实施：

本设计旨在利用计算机信息技术、通信技术和自动控制技术，使得物业公司能在办公室内对小区生活供水设备的主要运行参数、管网信息及设备运行状况进行动态监测、实时调度和控制，从而实现自动化信息管理。

系统具有如下功能和特点：

（1）可同时监控多个泵房设备的运行情况，可足不出户第一时间巡查水泵设备。

（2）能显示测量的压力、流量、水泵运行数量、水泵运行频率等数据。

（3）可远程进行数据设置，远程控制设备启停。

（4）具有各种动态系统图形显示功能，可分区、分段地显示每台水泵工作状态情况，如运行、停止、故障等。

（5）具有故障报警、故障显示、故障查询功能。

（6）具有每台设备运行累积时间记录功能。

（7）预留系统网络接口，以便与自来水厂售后服务中心进行远程通信。

所用到的元器件如下:

用可编程序控制器PLC、变频器、接触器、继电器以及水泵等。

PLC选用的是FX2N-48MR,变频器选用FX系系列XK-DQZN6型，四台水泵选用J02-41-4，4.0kw，1440转/分，380v，8.4A。

1.3供水系统总图

2大楼物业供水系统硬件设计

2.1大楼物业硬件系统组成

如下图2-1与图2-2所示：

图2-1外部硬件

图2-2大楼物业硬件系统组成图

它的功能实现设计过程：

（１）分级管理权限：

系统设有三级权限，不同的权限能进行不同的操作，每个操作员都有自己的权限和密码。

系统运行时，操作员可通过验证登录系统执行操作，然后退出系统，不影响计费系统的运行。

（２）报警：

操作员不仅对系统所有用户的使用情况一目了然，可以及时获知系统故障位置及是否有人窃能。

系统具体设置了五种报警类型：

通讯失败、无通讯、校验错、检测线断以及无市电，基本包括了所有可能的报警情况，便于系统检修与维护。

（３）自动数据采集：

运行状态参数、热量表读数均可在监控界面实时读取、分析，极大提高了物业管理的自动化水平。

（４）分时段计费：

可在不同的时段采用不同的单价，这样为不同时段使用或实行分时段电价的用户提供方便的服务。

（５）丰富的查询、报表功能：

用量、房间用量、用户日报表、统计日报表、用户月报表、统计月报表、收费情况报表、用户信息、设备设置情况、报警情况、运行日志等都可以方便查询打印。

每月月初，系统自动生成用户上月费用。

（６）欠费禁用：

超过设定期限而未付费的用户，每天按欠费数额交纳滞纳金。

当用户欠费达到一定数额，接到警告或通知后仍未付费时，系统管理员可根据情况在监控系统设置该用户禁用，则该命令下发到采集器，使继电器断开，二通阀关闭，停止该用户的供应。

2.2硬件系统所用原器件介绍

2.2.1变频器工作原理及应用

主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:

电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。

电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。

它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。

（1）整流器

最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。

也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。

（2）平波回路

在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。

为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。

装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。

（3）逆变器

同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。

以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。

（4）控制电路

是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。

①运算电路：

将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。

②电压、电流检测电路：

与主回路电位隔离检测电压、电流等。

③驱动电路：

驱动主电路器件的电路。

它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。

④速度检测电路:

以装在异步电动机轴机上的速度检测器（tg、plg等）的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。

⑤保护电路:

检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。

传统调速系统中，直流调速以其控制容易，但是由于结构复杂，过流能力不强，环境适应差，难以实现高速度化等原因，一直限制了其应用范围的进一步扩大。

相比较而言，交流异步电机具有环境适应能力强、过流能力大、牢固耐用、结构简单、容易维护及价格低廉等优点，但异步电机的调速性能难以满足生产要求。

随着电力电子器件的产生和控制理论的飞速发展，现代控制理论越来越多的应用到交流调速系统中，使得交流调速性能可以和直流调速相媲美、相竞争，交流调速系统的应用领域不断扩大。

近年来，电力电子技术的发展和DSP微处理器的推出，更为高性能交流调速系统的实现奠定了基础，目前己经进入了实用化阶段，作为众多调速方案之一的变频调速，变频调速以其节能和可平滑调速，调速范围宽等优点得到了广泛的应用。

PLC是由继电器逻辑系统发展而来，主要用在离散制造、工序控制，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。

PLC在自身发展同时，也在吸收DCS系统的优点。

PLC在过程控制的发展将是与现场总线技术结合，发展向下拓展功能，开放总线。

2.2.2变频器类型选择

变频器可分为通用型和专用型，一般的机械负载和要求高过载情况，选择通用型变频器。

专用型变频器又可分为风泵专用型、电梯专用型、张力控制专用型等。

根据自身应用环境加以选择。

2.2.3PLC的基本结构

PLC实质是一种专用工业控制计算器，其硬件结构基本上与微型计机相同，中央处理单元（CPU），如下图2-3所示：

图2-3中央处理器

（1）中央处理单元（CPU）

中央处理单元（CPU）是PLC控制中枢。

PLC程序系统赋予功能接受并存储从编程器键入用户程序和数据：

检查电源.存储器.I/O以及警戒定时器状态，并能诊断用户程序中语法错误，当PLC投入运行时，元首先它以扫描方式接受现场各输入装置状态和数据，并分别存入I/O映像区，然后从用户程序存储中逐条读取用户程序，命令解释后按指令规定执行逻辑或算术运算结果送入I/O影响区或数据寄存器内。

等所有用户程序执行完毕后，最后将I/O影响区各输出寄存内数据传送到相应输出装置，如此循环，直到停止运行。

进一步提高PLC可靠性。

今年来对大型PLC还采用双CPU构成沉余系统，或采用三CPU表决系统。

这样，某个CPU出现故障，整个系统仍能正常工作。

（2）存储器

存放系统软件存储器称为系统存储器。

存放应用软件称为用户程序存储器。

PLC常用存储器类

①RAM（RandomAssessMemory）这是一种读/写存储器（随机存储器），其存取速度快，由锂电池支持。

②EPROM（ErasableReadOnlyMemory）这是一种可插式只读存储器。

断电情况下，存储器内所有内容保持不变。

紫外线连续照射下可插除存储器内容。

③EEPROM（ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemory）这是一种电可插除只读存储器。

使用编程器就能很容易对其所存储内容进行修改。

（3）PLC存储空间分配

各种PLC、CPU最大寻址空间各不相同，PLC工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域：

①系统程序存储区

②系统RAM存储区（包括I/O影像区和系统软设备等）

③用户程序存储区

系统程序存储区：

系统RAM存储区中存放着相当于计算机操作系统程序。

包括监控程序.管理程序.命令解释程序.功能子程序.系统诊断子程序等。

由制造厂商将其固化EPROM中，用户不能直接存取。

它和硬件一起决定了该PLC的性能。

系统RAM存储区：

系统RAM存储区包括I/O影响区以及各类软设备，如：

逻辑线圈；数据寄存器；计时器；计数器；变址寄存器；累加器等存储器。

（4）I/O映像区：

PLC投入运行后，输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，输出刷新阶段才将输出状态和数据送至相关外设。

它需要一定量存储单元（RAM）以存放I/O状态和数据，这些单元称作I/P映像区。

一个开关量I/O占用存储单元一个为（bit），一个模拟量I/O占用存储单元中一个字（16个bit）。

整个I/O映象可看做两个部分组成：

开关量I/O映像区；模拟量I/O影响区。

（5）系统软件设备存储区：

I/O映像区区以外，系统RAM存储区还包括PLC内部各种软设备（逻辑线圈，计时器，计数器，数据寄存器和累加器等）存储区。

该存储区又分为具有失电保持存储区和无电保持存储区域，前者PLC断电时，由内部锂电池，供电，数据不会遗失；后者当PLC断电时，数据被清零。

用户存储区：

主要用来存放用户的应用程序。

所谓用户程序是指使用用户工程现场的产生过程和工艺要求编写的控制程序。

此程序由使用者通过编程器输入到PLC机子的RAM存贮器中，以便于用户随时修改。

也可将用户程序放在EEPROM中。

2.2.4PLC的基本工作原理

PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式

（1）每次扫描过程。

集中对输入信号进行采样。

集中对输出信号进行刷新。

（2）输入刷新过程。

当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。

只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。

（3）一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。

（4）元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。

（5）扫描周期的长短由三条决定：

①CPU执行指令的速度

②指令本身占有的时间

③指令条数

（6）由于采用集中采样。

集中输出的方式。

存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。

PLC有两种工作状态，即运行（RUN）状态和停止（STOP）状态,在运行状态，PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。

PLC在输入采样阶段，无论信号如何变化，其内容保持不变直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容根据PLC的程序扫描原则，PLC先左后右，先上后下的步序语句逐句扫描,内容保持不变直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容,在采样周期中，将所有输入信号（不管该信号当时是否采用），一起读入，此后在整个程序处理过程中PLC系统与外界隔绝，直到输出控制信号到下一个工作周期再与外界交涉，从根本上提高了系统的抗干扰扰提高了工作的可靠性。

可以把PLC的工作过程为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。

2.2.5PLC机型的选取

可编程控制器的网络化趋势如果把PLC与计算机或PLC与其他智能装置通过传输介质连接起来,就可以实现通信或组建网络,从而构成功能更强、性能更好的控制系统,这样可以提高PLC的控制能力及控制范围以实现综合及协调控制;同时也便于计算机管理及对控制数据的处理,提供人机界面友好的操控平台;可使自动控制从设备级发展到生产线级、甚至工厂级,从而实现智能化工厂（SmartFactory）的目标。

随着计算机技术、通信及网络技术的飞速发展,PLC在通信及网络方面的发展也极为迅猛,几乎所有提供可编程控制器的厂家都开发了通信模块或网络系统。

随着网络化控制及集散式控制不断普及,工业控制要求的不断提高,传统的PLC控制系统的网络化方向发展已成为趋势。

三菱可编程控制器的通信类型三菱可编程控制器的通信类型主要有:

用FX2N、FX2NC、FX1N、FXON可编程控制器进行的数据传输,这次设计所选的机型为三菱FX2N-48MR系列的PLC。

2.2.6温度传感器

感应温度的变化，使敏感元件（如：

热敏电阻、热电偶等）的阻值发生变化，从而在电路中，使输出的电压发生变化。

温度范围：

最大-200～500℃

电阻随温度变化率：

0.003851Ω/Ω/℃

绝缘电阻：

>200MΩ供电电流：

<2mA

外壳材料：

不锈钢

测量介质：

与不锈钢兼容的气体和液体

温度极限：

120％额定温度范围（持续30秒不损坏）

温度传感器是工业生产中最常见的一种传感器。

它将物体的温度转化为电信号输出，它具有结构简单，测量范围宽，稳定性好、精度高等优点。

不同的温度传感器制作方法不同，常见的有热敏电阻、热电偶和集成型产品。

其发展大体经历了从分体式、模拟集成到智能型阶段。

现在的温度传感器不仅温度信号输出，还可以集成湿度测量，信号输出也由原来的单一信号变成多样化的输出形式，可以进行远距离通信，数据可以根据需要进行记录、上限报警和自控控制等多种功能,热电偶有标准热电偶和非标准热电偶两种，标准热电偶严格遵循热电势与温度之前的关系，并有统一的分度号，其误差也在允许范围之内。

非标准热电偶通常是根据特殊测量需要制作而成的，它没有测量范围上没有统一的标准，也没有分度号。

热电阻用得最多的当属铂电阻和铜热电阻，铂电阻测量温度范围更大，精度更高。

铂电阻和铜热电阻其电阻和温度变化值都有统一的标准。

它只跟初始温度和材料温度系数有关。

现在用的智能集成型温度传感器采用单片机技术，里面装有多位模数信号转换器，其测量精度更高，分辨力更是高达0.03度，里面还可以集成日历时钟，实现多种测量模式之间切换，输出更具规范化和标准化，可以有效抑制周围环境对温度信号输出的干扰，使得测量值更加精确。

温度传感器输出的温度不是待测物现在的温度，通常会有一定的误差。

对于需要精确测量的场合，需选用响应速度更快的传感器。

在测量过程要保护要探头，探头的寿命远远低于整个测量系统的寿命，当输出不正确的时候要及时更换。

在响应时间要求不高的场合，可以用专用套管将探头包裹起来，主要可以延长探头的使用时间，不过这样会影响测量精度，两者之间需权衡好。

很多热敏电阻表面都有涂敷层，要保护涂敷层不被损坏，涂敷层具有传温和保护里面元件的作用，可以防潮防腐蚀。

2.2.7压力传感器

压力传感器的测量范围比电感式传感器大一倍，它不仅能检测金属目标，而且还能检测电介质，如纸、玻璃、木材和塑料等，甚至可以通过墙壁或纸壳进行检测。

由于人体在低频下相当于电导体，因此也出现了用于人的颤抖测量和防盗报警。

在测量构件应变时，直接将应变片黏贴在构件上即可，但若要测量力、压力、加速度等信号，应先将这些物理量转变成应变，然后用应变片测量，比直接测量时多了一个转换过程，完成这种转换过程的原件通常称为弹性原件，因此，应变式传感器通常由弹性敏感原件和应变计两部分构成。

压力传感器的种类繁多，其性能也有较大的差异，