基于PLC的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告電子信息與電氣工程系（院）2010屆題 目 基于PLC的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課題類型 設(shè) 計(jì) 課題來源 自擬題目 學(xué)生姓名 頓薈麗 學(xué) 號(hào) 專 業(yè) 自動(dòng)化 年級(jí)班 06級(jí)2班 指導(dǎo)教師 董 昭 職 稱 講 師 填寫日期： 2010年 03 月 25 日一、本課題研究的主要內(nèi)容、目的和意義本課題的主要內(nèi)容是要設(shè)計(jì)一個(gè)由PLC、變頻器、傳感器等組成的三泵并聯(lián)運(yùn)行的具有較高自動(dòng)化程度，運(yùn)行可靠性強(qiáng)、并且節(jié)能性高的恒壓供水控制系統(tǒng)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，對(duì)城市供水的數(shù)量、質(zhì)量、穩(wěn)定性提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)

2、供水方式占地面積大，水質(zhì)易污染，基建投資多，而最主要的缺點(diǎn)是水壓不能保持恒定，導(dǎo)致部分設(shè)備不能正常工作。為了保證供水，機(jī)組通常處于超壓狀態(tài)運(yùn)行，不但效率低、耗電量大.。解決上述問題我們應(yīng)該保證供水壓力的穩(wěn)定。恒壓供水系統(tǒng)對(duì)于用戶是非常重要的。在生產(chǎn)生活供水時(shí)，若自來水供水因故壓力不足或短時(shí)斷水，可能影響生活質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響生存安全，如發(fā)生火災(zāi)時(shí)，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。所以，用水區(qū)域采用恒壓供水系統(tǒng)，能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟和廣泛應(yīng)用，利用內(nèi)部包含有PID調(diào)節(jié)器、單片機(jī)、PLC等器件有機(jī)結(jié)合的供水專用變頻器，

3、構(gòu)成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。恒壓供水方案中變頻調(diào)速恒壓供水應(yīng)用相當(dāng)廣泛。變頻控制技術(shù)的進(jìn)步不僅僅是異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，更主要的是采用變頻調(diào)速技術(shù)的異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性達(dá)到了直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速的特性。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的介入，使得變頻器具有豐富的功能和方便好用的特點(diǎn)，因此人們才有可能按照實(shí)際要求，自行構(gòu)成一個(gè)適用和可靠的調(diào)速系統(tǒng)。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)不僅滿足了供水壓力穩(wěn)定的要求，而且占地面積少、節(jié)能、水泵效率高。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能

4、型供水系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中得到了很大的發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的功能也越來越強(qiáng)。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著非常重要的意義。二、文獻(xiàn)綜述（國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)況和發(fā)展趨向）水已經(jīng)成為中國21世紀(jì)的熱點(diǎn)問題，水有其自然屬性，它既是一種特殊的、不可替換的資源，又是一種可重復(fù)使用、可再生的資源；水又有其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)屬性，不僅工業(yè)、農(nóng)業(yè)的發(fā)展要靠水，水更是城市發(fā)展、人民生活的生命線。而高層建筑對(duì)供水系統(tǒng)有著更高的要求，高層建筑供水必須壓力穩(wěn)定，工作可靠，具有一定的經(jīng)濟(jì)性，并且要響應(yīng)我們國家的節(jié)能減排的號(hào)召，達(dá)到節(jié)約能源的效果。變

5、頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)其節(jié)能、安全、供水高品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，在供水行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化（實(shí)際上為供水管網(wǎng)的壓力變化）自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求是當(dāng)今先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中如何充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻器調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。隨著電子領(lǐng)域電子技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻器調(diào)速系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。采用恒壓供水方式不僅保證了工廠的正常生產(chǎn)用水，提高了人們的生活質(zhì)量，同時(shí)還有效地降低了水損耗，減少了供水管道的暴烈現(xiàn)象。在多機(jī)組供水場合可組成控制方式，投資少

6、，收效快，節(jié)能效果顯著，有利于充分發(fā)揮利用能源，提高經(jīng)濟(jì)效益。城市供水管網(wǎng)水壓過高或過低，將導(dǎo)致電能浪費(fèi)或用戶用水困難。為提高水泵機(jī)組供水系統(tǒng)水壓的穩(wěn)定性，提高節(jié)電率和運(yùn)行的可靠性，針對(duì)居民區(qū)用水量變化大的特點(diǎn)，采用恒速泵和變頻調(diào)速泵.在國外自來水公司釀酒行業(yè)，水處理系統(tǒng)普遍采用變頻恒壓供水方式通過PLC和變頻器相結(jié)合使用達(dá)到穩(wěn)定水壓變頻調(diào)速節(jié)約電能的目的。在我國通用變頻器自80年代進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用以來，主要以交流電動(dòng)機(jī)的節(jié)能應(yīng)用為主。但是進(jìn)入90年代以后隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，通用變頻器得到了迅猛飛躍，由于交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)固耐用，無須換相裝置，可適于各種工作環(huán)境，所以以通用變頻

7、器為核心的交流調(diào)速系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用，。大規(guī)模集成電路32為處理器和矢量控制理論的應(yīng)用，使得通用變頻器的性能得到了很大提高，正在逐步取代直流調(diào)速器。全自動(dòng)變頻調(diào)速供水設(shè)備是應(yīng)用先進(jìn)的現(xiàn)代控制理論，結(jié)合可編程控制技術(shù)、變頻控制技術(shù)、采用多泵并聯(lián)的供水方式，用戶用水量的大小決定了投入運(yùn)行的水泵的數(shù)量，當(dāng)用水量較小時(shí)，單臺(tái)泵變頻工作，當(dāng)用水量增加，水泵運(yùn)行頻率隨之增加，如達(dá)到水泵額定輸出功率仍無法滿足用戶供水要求時(shí)，該泵自動(dòng)轉(zhuǎn)換成工頻運(yùn)行狀態(tài)，并變頻啟動(dòng)下一臺(tái)水泵。反之，當(dāng)用水量減少，則降低水泵運(yùn)行頻率，如供水量仍大于用水量，則自動(dòng)停止工頻運(yùn)行泵同時(shí)變頻泵轉(zhuǎn)速增加。分析目前國內(nèi)外現(xiàn)狀，采用變頻技術(shù)與

8、可編程控制器結(jié)合使用來實(shí)現(xiàn)高層建筑的供水。本設(shè)計(jì)采用變頻器進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。變頻器、可編程控制器作為系統(tǒng)控制的核心部件，時(shí)刻跟蹤管網(wǎng)壓力與給定壓力的偏差變化，經(jīng)變頻器內(nèi)部PID運(yùn)算，通過可編程控制器控制變頻與工頻切換，自動(dòng)控制水泵投入的臺(tái)數(shù)和電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)恒壓供水，在保持恒壓下達(dá)到控制流量的目的，該系統(tǒng)具有壓力穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。很好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)供水壓力的自動(dòng)控制，節(jié)約電能，并使管網(wǎng)水壓波動(dòng)較小等特點(diǎn)。三、擬采取的研究方法（方案、技術(shù)路線等）和可行性論證采用PLC、變頻器、傳感器等元件組成水泵并聯(lián)運(yùn)行控制系統(tǒng)。研究方案如下：（1）壓力變送器將實(shí)時(shí)檢測到的壓力信號(hào)送入帶有PID功能的

9、變頻器，時(shí)刻跟蹤管內(nèi)壓力與給定壓力的偏差變化。經(jīng)PID運(yùn)算后，通過控制變頻器的輸出頻率來調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。（2）當(dāng)變頻器輸出頻率超過設(shè)定的上限頻率或接收到的壓力信號(hào)達(dá)到上限值時(shí)，變頻器向可編程控制器發(fā)出信號(hào)，由可編程控制器去控制輔泵的運(yùn)行和控制水泵的工作臺(tái)數(shù)及工頻變頻工作模式的轉(zhuǎn)換從而實(shí)現(xiàn)供水壓力的恒定?？尚行哉撟C：根據(jù)PID控制原理，選擇合適的控制算法如：PI，在構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)壓力信號(hào)與設(shè)定壓力信號(hào)完全保持一致即恒壓；變頻器與PLC特有的調(diào)速編程與邏輯控制功能完全能實(shí)現(xiàn)上述方案。四、預(yù)期結(jié)果（或預(yù)計(jì)成果）根據(jù)現(xiàn)行技術(shù)原理的支持，目前資料的準(zhǔn)備情況該設(shè)計(jì)是能夠成功實(shí)現(xiàn)其功能的。即

10、系統(tǒng)能時(shí)刻跟蹤管網(wǎng)壓力與給定壓力的偏差變化，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)恒壓變量供水。五、研究進(jìn)度安排第1到2周：明確課題任務(wù)及要求，搜集課題所需要資料，掌握資料查閱方法，了解本課題研究現(xiàn)狀、存在問題研究的實(shí)際意義，做好開題報(bào)告。第3周：研究恒壓供水系統(tǒng)的工藝特點(diǎn)，確定設(shè)計(jì)方案。第4周：研究PLC控制恒壓供水的變頻控制方法。第5到6周：設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制電路。第7到10周：編寫系統(tǒng)程序，完成程序仿真。第11到13周：寫畢業(yè)論文。第14到15周：完成畢業(yè)論文和答辯資料的準(zhǔn)備。六、主要參考文獻(xiàn)1汪志鋒.可編程序控制器原理與應(yīng)用M.西安電子科技大學(xué)出版社，2004.2皮壯行.可編程序控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例M.機(jī)械

11、工業(yè)出版社，2000.3何衍慶.可編程序控制器原理及應(yīng)用技巧M.化學(xué)工業(yè)出版社，1998.4劉洪濤.PLC應(yīng)用開發(fā)從基礎(chǔ)到實(shí)踐M.電子工業(yè)出版社，2007.5李仁.電氣控制M.機(jī)械工業(yè)出版社，1988.6廖常初.PLC梯形圖程序的設(shè)計(jì)方法與技巧M.北京機(jī)械工業(yè)出版社，1998.7王耀德變頻器及相關(guān)電機(jī)的技術(shù)發(fā)展J.電工技術(shù)，1999.8邵裕森.戴先中.過程控制工程M.機(jī)械工業(yè)出版社，2005.9陳伯時(shí)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)M.機(jī)械工業(yè)出版社，2003.10張春霞.變頻調(diào)速及PLC技術(shù)在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用J.礦業(yè)快報(bào)，2004.11鐘肇新.可編程控制器原理和應(yīng)用M.華南理工大學(xué)出版社，1993.12張建奇.數(shù)字PID變頻調(diào)速在PLC恒壓供水中的應(yīng)用M.微計(jì)算機(jī)信息，2002.13任成玉.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與系統(tǒng)G 水利電力出版社，1985.14何克忠.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)M.清華大學(xué)出版社，1988.15崔金貴.變頻調(diào)速恒壓供水在建筑給水應(yīng)用的理論探討.蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2000（l）:84-8.16張燕賓.變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002，135