恒压供水系统演示装置设计本科毕业设计论文.docx
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恒压供水系统演示装置设计本科毕业设计论文
毕业设计（论文）
题目：
恒压供水系统演示装置设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
摘要
随着社会的发展，家庭和企业对自来水质量的要求也越来越高，恒压供水系统是一个保证水质和供水效果最常用的方式。
恒压供水系统逐渐成为了现代企业生产和人们生活中不可缺少的一部分，因此进行相关的关键技术研究和探索尤为重要。
通过分析和比较国内外恒压供水系统，以及相关的演示教学系统的特点，结合国内的供水现状，重点进行恒压供水教学实验系统的设计。
本文对恒压供水系统演示装置方案进行了详细的阐述，设计以变频器的PID变频调速技术为核心，实现水泵自动无级调速。
系统由控制和监视两大部分组成，控制部分以S7-200PLC作为控制器进行了详细的主电路、控制电路设计，元件选型以及控制程序设计。
监视部分通过组态王软件设计实现，配合PLC进行显示供水参数并能针对故障报警。
通过本实验系统，学生可以进行电气控制技术、自动控制技术、变频调速技术、远程监控技术以及学习接线的锻炼，对于培养学生的独立思考能力、学习能力和动手能力有极大的促进作用。
恒压供水系统演示装置，具有一定的实际应用价值。
关键词：
恒压供水；PLC控制；变频调速；PID控制技术
Abstract
Withthedevelopmentofsociety,familiesandbusinessesonthewaterqualityrequirementsarealsoincreasing,constantpressurewatersupplysystemismostcommonwayofguaranteedwaterqualityandwatereffects.WaterSupplySystemhasgraduallybecomeamodernenterpriseproductionandpeople'slivesindispensablepart,andthereforetheassociatedkeytechnologyresearchandexplorationisparticularlyimportant.
Byanalyzingandcomparingthecharacteristicsofdomesticwatersupplysystems,andrelateddemonstrationteachingsystem,combinedwiththestatusofdomesticwatersupply,watersupplyteachingfocusonthedesignoftheexperimentalsystem.ThispaperdemonstratesthedeviceforWaterSupplySystemprogramwaselaborated,designedtodrivePIDfrequencyconversiontechnologyasthecore,realizeautomaticsteplessspeedregulatingforwaterpump.Controlandmonitoringtwomajorcomponentsconsistsofthesystem,thecontrolsectiontoS7-200PLCascontrollerindetailthemaincircuitandthecontrolcircuitdesign,componentselectionanddesignofcontrolprograms.UsetheKingviewsoftwaretodesignmonitoringsection,withPLCsupplyparameterstodisplayedandcanalarmdirectatfailure.Throughthisexperimentalsystem,studentscantakesomeexercise,forexampleelectricalcontroltechnology,automaticcontroltechnology,frequencyconversiontechnology,remotemonitoringtechnologyandlearningwiringknowledge.Thissystemforstudents'independentthinking,learningabilityandoperateabilityhaveagreatroleinpromoting.Constantpressurewatersupplysystemshow-howdevicehasacertainpracticalvalue.
KeyWords:
Constantpressurewatersupply;PLCcontrol;frequencycontrol;PIDcontroltechnology
第1章绪论
课题的研究背景和意义
随着人们生活水平的提高和生产力的发展，水对人们生活与生产的影响日益突出，人们对供水的要求也不断提高，既要保证供水质量，又要要求供水系统的可靠性、经济性、易用性。
传统的供水方式有恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水等，这些传统的供水方式不同程度存在效率低、可靠性差、自动化程度低等缺点，难以适应当前人们的供水需要【1】。
恒压供水系统的特点正好满足了现代人们对供水的需求，相比传统的恒压供水系统，恒压供水系统有可靠性强，省时经济、自动化程度高、占地面积小等优点。
实际应用的变频恒压供水系统结构庞大，不形象直观，对于初学者来说结构比较复杂，不易进行学习和实践。
然而，恒压供水的培训装置种类较少，进行区域性供水的恒压供水综合实践教学系统在国内则更加匮乏【2】。
到目前为止有过不少国内和国外的大学生都把恒压供水作为毕业设计的研究题目，或者有些公司目前也在研究制造恒压供水设备，但他们的设计方案如果用于恒压供水的基础教学设备来进行恒压供水或PID控制的入门学习，对于绝大部分学生来说过于复杂，且成本高，不易理解和学习，或者具有针对性，例如针对小区的、工厂的恒压供水设备。
本文中的恒压供水演示装置只用了一个加压泵，一个抽水泵，一台PLC、一台变频器、一个压力传感器，以及若干电气元件，成本低且所涉及的知识较为基础，适用于我国三本院校的学生进行恒压供水的基础学习。
此次的恒压供水系统演示装置的设计目的有两个:
一是促进和继承我国供水领域的发展；二是将此系统作为教学平台可对学生进行多方面的技能训练。
因此将恒压供水系统作为高校学生的一个实验系统，可对学生进行机械设计、自动化设计与工控领域的一个高效的综合锻炼平台，对社会的供水事业的发展有着重大意义。
PLC监控系统应用于恒压供水设计的必要性
实际的恒压供水系统和相关的教学实验台中，监控系统和自动控制的核心是PLC，其有以下特点:
（1）编程简单，易学易用
PLC是通用的现代化工业控制计算机，其接口简单便捷。
PLC一般采用易于掌握和理解的梯形图语言及面向工业控制的简单指令进行编程，因此易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的表达方式与继电器电路图相当接近，只需PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事自动控制打开了方便之门。
如果PID运算采用的是单片机监控方案，还得学习C语言等计算机编程知识，学习难度大。
（2）功能完善，适用范围广
PLC经过长期的发展和完善，已经形成了小、中、大各种规模的系列化产品。
可以胜任各种规模的工业控制场合。
PLC不仅有逻辑处理功能，而且现代的PLC大多还具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了水压控制、温度控制、数控机床等各种各样的工业控制场合中。
随着PLC通信能力越来越强及人机界面技术的发展，用户可灵活组成各种规模和要求不同的监视、自动控制系统。
当控制要求改变，需要调整控制系统的功能的时候，只需要修改存贮器中的控制程序即可。
（3）高可靠性，抗干扰性强
可靠性是电气控制设备一项非常重要的性能参数。
PLC采用的是大规模集成电路技术和严格的生产工艺制造，内部电路采取了一系列先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
例如:
日本三菱公司的FX系列PLC平均无故障时间高达30万小时。
有些使用冗余cpu的PLC的平均无故障工作时间则更长。
从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的传统继电接触器控制系统相比，电气接线及开关接点已大大减少，故障和成本也就因此大大降低。
另外，PLC还带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时自动地作出相应的处理，如报警、封锁输出、保护数据等。
在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
因此整个PLC控制系统具有极高的可靠性。
（4）便于维护和操作
现在已经出现超小PLC，现在的超小PLC的最大尺寸均小于100mm，重量小于150g，能耗还很低，如:
松下的FP0RPLC，其尺寸仅为90
60
25mm，还可以无需电池对所有数据进行备份，并配备标准编程口USB。
由于体积小很容易装入机械内部，所以PLC是实现机电一体化的理想控制设备。
（5）系统建设周期短
用PLC建设一项控制工程时，由于其硬、软件可分开使用，因此程序的设计和硬件的安装连线等工作可同时进行。
用计算机软件编程来实现控制功能，取代了真实的继电器硬接线，使得电气控制箱的尺寸得以大大减小，安装接线工作量和检查工作的时间也大大减少，极大缩短了设计、施工和调试检测周期，特别是工程越大，使用PLC的优势越明显。
因为大部分的用户程序都可以在实验室或计算机上进行模拟运行测试，将控制系统调好之后再将PLC在实际应用现场进行联机调试，因此PLC使得系统的搭建十分方便、快捷和安全，因此得以大大缩短设计和投运时间。
PLC硬件和软件普遍采用模块化结构，使其能更方便地实现系统的局部扩展、远程扩展以及系统的联网，并支持多网络协议。
PLC网络监控的发展正在以极快的速度进入企业生产和人们生活，其发展方向和趋势是高速、多层次、高可靠性、大流量、易用性，并符合国际工业标准的开放性和跨平台的开放体系结构，以适应向更多网络扩展的需求。
PLC的这些特点，以及它越来越强大的系统集成功能，决定了本文所设计的系统采用PLC构建恒压供水演示装置的控制和监控模块的必要性。
恒压供水演示系统应用现状
随着科学技术的发展，工业自动化水平同时也得到迅速提高，计算机在工业领域也得到了更加广泛的应用，人们对工业自动化的要求也更高了。
种类繁多的控制设备和监控装置在供水领域的应用，使得传统的工业控制软件和硬件已无法满足人们对供水的各种需求。
无论是工业供水还是生活用水，无论国内还是国外，恒压供水在目前为止已经得到了广泛的应用，甚至有些家庭已经装上了自家用的小型恒压供水系统，但系统的恒压供水技术的课程或者教学平台却是少的又少。
有不少企业都在研发、出售小、中、大型不等的恒压供水系统，但恒压供水演示系统的研发似乎还是一片空白，只有寥寥无几的研究论文，做出实体进行实际应用的就更少了。
经过对国内外的研究进行分析之后，发现前人的研究大都大同小异，基本上都是控制部分都是采用PLC和变频器进行控制和监视，有少数人使用单片机进行监控，但估计单片机方案较为复杂所以难以推广。
前人的设计方案虽然更贴进于实际应用，大部分的方案均采用了水泵组进行供水，且方案中没有蓄水箱。
但作为恒压供水演示系统，主要目的在于演示和教学。
如果只采用一个加压泵，也能达到恒压供水的教学，相对于水泵组的供水系统来说那就显得经济多了。
而且自动化在恒压供水中也显得尤为重要，如果将蓄水池的自动抽水在恒压供水演示系统中作为一个演示环节，不仅丰富了学习知识，也能增加动手操作的机会和提高动手能力。
关键技术发展概况
本文所描述的恒压供水演示系统的关键技术主要有PID运算、PLC控制和组态软件。
PID的发展
PID控制技术的发展分为两个阶段【3】，20世纪30年代晚期，微分控制的加入标志着PID控制成为了一种标准结构,也是PID控制两个发展阶段的分水岭。
第一个阶段为发明阶段（1900～1940年）。
PID控制的思想渐渐明确,随后气动反馈放大器被发明,此时实际PID控制器的结构设计成为了仪表工业的重心。
1940年以后是第二个阶段，为革新阶段。
在革新阶段中,PID控制器发展成了一种鲁棒的、易于应用的、可靠的控制器。
PID控制技术能跟上自动控制技术的最新发展是仪表工业的重心。
因此从气动控制到电气控制，再到电子控制最后到数字控制,PID控制器的体积变得越来越小,性能也不断提高。
早期的一些自动化仪表公司对PID控制器的发展做出了重要贡献,甚至可以说PID控制器是在实际的工业控制应用中被发明并逐步完善起来的。
PID控制至今依然是应用最广泛的一种实用控制器。
虽然各种现代控制技术越来越先进，但它们的出现并没有削弱PID控制器的应用,相反,新技术的出现对PID控制技术的发展起了很大的促进作用。
一方面,很多新的控制思想不断被应用在PID控制器的设计之中，或者是使用新的控制思想设计出有PID结构的新控制器。
另一方面,新控制技术的发展要求精确度更高的的PID控制,从而更加刺激了PID控制器设计与参数整定技术的发展。
随着作为控制理论发展与计算机技术进步相结合产生的自适应控制，它以独特的功能和控制性能得到了迅速地发展，自适应控制广泛地应用于现代的各个工程领域，并与先进控制理论集合出现了变结构自适应控制、鲁棒自适应控制、模糊自适应控制、智能自适应控制和神经网络自适应控制等【4】。
自适应控制思想与常规PID控制器相结合，形成了自校正PID控制技术或自适应PID控制。
PLC的发展
微处理器是在20世纪70年代初出现的。
随后人们将其引入可编程控制器，使PLC增加了数据传送、运算及处理等功能，创造出了真正具有计算机特征的工业控制装置。
当个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能和特点，可编程序控制器被定名为:
ProgrammableLogicController（PLC）。
20世纪70年代中末期，可编程控制器开始慢慢进入了实用化发展阶段，可编程控制器全面引入计算机技术，使其功能发生了质的飞跃。
更小的体积，更高的运算速度、更可靠的抗干扰设计、PID功能、模拟量运算等，加上其极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。
20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已经获得了广泛的应用。
世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升，型号也越来越多，不断地有更好的可编程控制器出现，标志着可编程控制器已经步入成熟阶段。
20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持在30%～40%，在这段时期，PLC在数字运算能力、人机接口能力、处理模拟量能力和通讯能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在过程控制领域处于统治地位的DCS系统在某些应用上甚至被PLC取代了。
20世纪末期，更适应现代工业控制的需要是可编程控制器的发展方向，因此这个时期发展了大型机和超小型机，并诞生了多种多样的特殊功能单元、通信单元和人机界面单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更容易了。
PLC技术发展呈现新的动向:
1:
产品规模向大、小两个方向发展，大的是I/O点数多、微处理器强、和多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度更快；小的是向小型模块化结构发展，增加了硬件配置的灵活性，降低了成本。
2:
PLC在闭环过程控制中应用越来越广泛。
3:
通讯功能得到不断的加强。
4:
新器件和模块不断的被推出，现代高级的PLC除了采用CPU提高数据处理速度以外，还有自带处理器的EPROM或自带RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。
5:
编程工具更加丰富，功能更多，编程语言趋向标准化，有各种简单或复杂的编程器和编程软件，有梯形图、语句表、功能图等编程语言，也有更高级的PLC指令系统。
6:
发展容错技术，采用并行工作或多数表决、以及热备用等工作方式。
7:
软硬件的标准化。
组态软件的发展
随着计算机技术和现代工业的发展，监控组态软件也由着自动化的进步而逐渐进入人们的生产活动。
到目前为止，几乎全部的PLC都使用计算机做为系统的监控站。
其次，因为计算机监控大大降低了时间、人力和物力的成本，使得市场空间得到扩大，从无人值守的远程监视（如防盗报警、交通管制与监控、电信
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