基于S7-200的樓宇恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開題報(bào)告.doc

浙江工業(yè)大學(xué)浙西分校信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（開題報(bào)告）畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告信息與電子工程系工業(yè)電氣自動(dòng)化專業(yè)03級(jí)(1)班課題名稱：基于S7-200的樓宇恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)起止時(shí)間：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：報(bào)告日期：浙江工業(yè)大學(xué)浙西分校信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（開題報(bào)告）1本課題所涉及的問題在國內(nèi)(外)的研究現(xiàn)狀綜述變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動(dòng)控制、起制動(dòng)控制、壓頻比控制及各種保護(hù)功能。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時(shí)，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對(duì)壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設(shè)計(jì)時(shí)都采用一臺(tái)變頻器只帶一臺(tái)水泵機(jī)組的方式，幾乎沒有用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)水泵機(jī)組運(yùn)行的情況，因而投資成本高。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動(dòng)化程度高等方面的優(yōu)點(diǎn)以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像日本Samco公司，就推出了恒壓供水基板，備“變頻泵固定方式”，“變頻泵循環(huán)方式”兩種模式。它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多7臺(tái)電機(jī)(泵)的供水系統(tǒng)。這類設(shè)備雖微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)(如BA系統(tǒng))和組態(tài)軟件難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此在實(shí)際使用時(shí)其范圍將會(huì)受到限制。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺(tái)水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)；有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到所有用戶的要求。原深圳華為(現(xiàn)己更名為艾默生)電氣公司和成都希望集團(tuán)(森蘭變頻器)也推出了恒壓供水專用變頻器(5.5kw22kw),無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多4臺(tái)水泵的循環(huán)切換、定時(shí)起、停和定時(shí)循環(huán)。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時(shí)操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所。可以看出，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對(duì)于能適應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制研究得不夠。因此，有待于進(jìn)一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐。國外交流變頻調(diào)速技術(shù)高速發(fā)展的特點(diǎn)：市場的大量需求，隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高和能源全球性短缺，變頻器越來越廣泛地應(yīng)用在機(jī)械、紡織、化工、造紙、冶金、食品等各個(gè)行業(yè)，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。尤其在水泵、風(fēng)機(jī)方面的應(yīng)用，取得了顯著的節(jié)能效果。功率器件的發(fā)展近年來高電壓大電流的SCR,GTO,IGBT,IGC等器件的生產(chǎn)以及并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使高電壓、大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)?？刂评碚摵臀㈦娮蛹夹g(shù)的發(fā)展，矢量控制、磁通控制、轉(zhuǎn)矩控制、模糊控制等新的控制理論為高性能的變頻器提供了理論基礎(chǔ)。16位、32位高速微處理器以及信號(hào)處理器(DSP)和專用集成電路(ASIC)技術(shù)的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)變頻器高精度、多功能化提供了硬件手段9因此，有待于進(jìn)一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐?？刂评碚摵臀㈦娮蛹夹g(shù)的發(fā)展，矢量控制、磁通控制、轉(zhuǎn)矩控制、模糊控制等新的控制理論為高性能的變頻器提供了理論基礎(chǔ)。16位、32位高速微處理器以及信浙江工業(yè)大學(xué)浙西分校信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（開題報(bào)告）號(hào)處理器(DSP)和專用集成電路(ASIC)技術(shù)的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)變頻器高精度、多功能化提供了硬件手段9配套部件生產(chǎn)的社會(huì)化、專業(yè)化基礎(chǔ)工業(yè)和各種制造業(yè)的高速發(fā)達(dá)，為變頻器相關(guān)配套部件生產(chǎn)的社會(huì)化、專業(yè)化提供了可靠保證。國內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)展?fàn)顩r：電氣傳動(dòng)系統(tǒng)通常由電動(dòng)機(jī)、控制裝置和信息裝置三部分組成7。電氣傳動(dòng)關(guān)系到如何合理地使用電動(dòng)機(jī)，以節(jié)約電能和有效控制機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)(位置、速度、加速度等)，實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的高效轉(zhuǎn)換，最終達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的目的的問題。電氣傳動(dòng)分成不調(diào)速傳動(dòng)和調(diào)速傳動(dòng)兩大類，調(diào)速又分交流調(diào)速和直流調(diào)速兩種方式不調(diào)速就是傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)直接由電網(wǎng)供電，而沒有經(jīng)過電力變換過程的傳動(dòng)方式。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，為了節(jié)約電能(節(jié)約1520%或更多)、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高產(chǎn)量，這類原本不調(diào)速的機(jī)械越來越多的改用調(diào)速傳動(dòng)方式運(yùn)行。在我國，60%的發(fā)電量是通過電動(dòng)機(jī)消耗掉的4。因此，如何利用電機(jī)調(diào)速技術(shù)進(jìn)行電機(jī)運(yùn)行方式改造以節(jié)約電能一直得到國家重視9。目前，電機(jī)調(diào)速技術(shù)已具備比較完備的技術(shù)和實(shí)踐基礎(chǔ)。近年來，交流調(diào)速中最活躍、發(fā)展最快的就是變頻調(diào)速技術(shù)。，。變頻調(diào)速是交流調(diào)速的基礎(chǔ)和主干內(nèi)容。上個(gè)世紀(jì)變壓器的出現(xiàn)使改變電壓變得很容易，從而造就了一個(gè)龐大的電力行業(yè)。但長期以來，交流電的頻率卻一直固定而不能受人為控制。變頻調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn)使頻率變成可以利用的資源1?，F(xiàn)在，我國已有很多的公司、工廠和研究所從事變頻調(diào)速技術(shù)的研究開發(fā)工作。但自行開發(fā)生產(chǎn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品，和國際上的同類產(chǎn)品相比還有比較大的技術(shù)差距，隨著改革開放和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，變頻調(diào)速已形成了一個(gè)巨大的市場。為適應(yīng)經(jīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)建設(shè)的高速發(fā)展，我國采取要么直接從發(fā)達(dá)國家進(jìn)口現(xiàn)成的變頻調(diào)速設(shè)備，要么內(nèi)外結(jié)合，國內(nèi)的相關(guān)部門在自行設(shè)計(jì)制造的成套裝置中采用外國進(jìn)口公司和合資企業(yè)的先進(jìn)設(shè)備，然后自己開發(fā)應(yīng)用軟件的辦法，很好地為國內(nèi)重大工程項(xiàng)目提供了電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的解決辦法，適應(yīng)了社會(huì)的需要?？傊?，雖然國內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)取得了較好的成績，但是總體上來說國內(nèi)自行開發(fā)、生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的能力還比較弱，對(duì)國外公司的依賴性還很嚴(yán)重。當(dāng)前國內(nèi)變頻調(diào)速行業(yè)的主要特點(diǎn)有變頻器的整機(jī)技術(shù)落后，國內(nèi)雖有很多單位投入了一定的人力、物力，但由于分散并沒有形成一定的技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模。變頻器產(chǎn)品所用半導(dǎo)體功率器件的制造業(yè)幾乎是空白。相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)及行業(yè)落后。產(chǎn)品可靠性及工藝水平不高。交流變頻調(diào)速技術(shù)高速發(fā)展的特點(diǎn):市場的大量需求：隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高和能源全球性短缺，變頻器越來越廣泛地應(yīng)用在機(jī)械、紡織、化工、造紙、冶金、食品等各個(gè)行業(yè)，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。尤其在水泵、風(fēng)機(jī)方面的應(yīng)用，取得了顯著的節(jié)能效果。功率器件的發(fā)展：近年來高電壓大電流的SCR,GTO,IGBT,IGC等器件的生產(chǎn)以及并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使高電壓、大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。控制理論和微電子技術(shù)的發(fā)展：矢量控制、磁通控制、轉(zhuǎn)矩控制、模糊控制等新的控制理論為高性能的變頻器提供了理論基礎(chǔ)。16位、32位高速微處理器以及信號(hào)處理器(DSP)和專用集成電路(ASIC)技術(shù)的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)變頻器高精度、多功能化提供了硬件手段。浙江工業(yè)大學(xué)浙西分校信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（開題報(bào)告）2.設(shè)計(jì)(論文)要解決的問題和擬采用的研究方法供水系統(tǒng)的基本特性：供水系統(tǒng)的基本特性和工作點(diǎn)揚(yáng)程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤?，表明水泵在某一轉(zhuǎn)速下?lián)P程H與流量Q之間的關(guān)系曲線)(QfH，如圖1所示。由圖2.1可以看出，流量Q越大，揚(yáng)程H越小。由于在閥門開度和水泵轉(zhuǎn)速都不變的情況下，流量的大小主要取決于用戶的用水情況，因此，揚(yáng)程特性所反映的是揚(yáng)程H與用水流量Q。之間的關(guān)系。而管阻特性是以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤?，表明閥門在某一開度下，揚(yáng)程H與流量Q之間的關(guān)系)(QCfH。管阻特性反映了水泵的能量用來克服泵系統(tǒng)的水位及壓力差、液體在管道中流動(dòng)阻力的變化規(guī)律。由圖可知，在同一閥門開度下，揚(yáng)程H越大，流量Q也越大。由于閥門開度的改變，實(shí)際上是改變了在某一揚(yáng)程下，供水系統(tǒng)向用戶的供水能力。因此，管阻特性所反映的是揚(yáng)程與供水流量QG之間的關(guān)系)(QGfH。揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線的交點(diǎn)，稱為供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如圖1中A點(diǎn)。在這一點(diǎn)，用戶的用水流量QC和供水系統(tǒng)的供水流量QG處于平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)既滿足了揚(yáng)程特性，也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。圖1供水系統(tǒng)的基本特性研究的主要內(nèi)容：通過前面對(duì)傳統(tǒng)供水現(xiàn)狀和變頻恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用前景分析可知，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)在我國已成為供水行業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)。變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻器、可編程控制器、人機(jī)界面(HMI)、各種傳感器等組成。本文研究的目標(biāo)是對(duì)恒壓控制技術(shù)給予提升，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和節(jié)能效果進(jìn)一步提高，操作更加簡捷，故障報(bào)警及時(shí)迅速，同時(shí)具有開放的數(shù)據(jù)傳輸。該系統(tǒng)可以用于深井泵恒壓供水系統(tǒng)，各類型的自來水廠，供熱和空調(diào)循環(huán)用水系統(tǒng)、消防用