基于PLC的恒压无塔供水系统毕业设计开题报告

1、本科毕业设计开题报告 题 目： 基于PLC的恒压无塔供水系统设计 专 题： 院 （系）： 电气与信息工程学院 班 级： 自动化06-1班 姓 名： XXX 学 号： XX 指导教师： XXX 教师职称： 教授 XXXXXX本科毕业设计开题报告题 目基于PLC的恒压无塔供水系统设计来源工程实际1、研究目的和意义水是生命之源，人类生存和发展都离不开水。随着社会的发展和进步，城市高层建筑的供水问题日益突出，对供水质量的要求进一步提高。一方面要求避免因压力的波动而造成的供水障碍，另一方面要求保障供水的可靠性和安全性，甚至于在火灾发生时也能可靠供水。基于这两方面的要求，PLC控制的恒压无塔供水系统应运而生。该系统集自动化技术、现代控制技术、电气传动技术、变频技术于一体，可以显著提高供水系统的稳定性和可靠性，也有利于实现供水系统的集中管理与监控。此外，变频恒压供水系统还具有良好的节能性，这在大力提倡节能降耗的今天尤为重要。本论文将围绕变频恒压控制技术开展研究工作，以期为城市供水行业技术进步和科技应用做出贡献。（全套资料请联系QQ397679637）2、国内外发展情况(文献综述)我国长期以来在市政供

2、水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，工业自动化程度低。主要表现在用水高峰期水的供给量常常低于需求量，出现水压降低供不应求的现象；而在用水低峰期水的供给量常常高于需求量，出现水压升高供过于求的情况，此时不仅会造成能量的浪费、供水电机的不必要损耗，而且还有可能造成水管因受压过大而爆裂以及用水设备的损坏等等不良情况的发生。变频恒压供水技术是在变频调速技术基础之上逐渐发展起来的。在初期阶段，变频器主要用来进行频率控制、变速控制、正反转控制、启制动控制、压频比控制等。在这个阶段，变频器仅仅用作变频恒压供水系统的执行机构。为了在供水量需求不同时，保证管网压力恒定，还需要在变频器外部增加压力传感器和压力控制器，以对压力进行闭环控制。在供水工程中，也是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，造成投资成本很高。随着变频恒压供水系统在稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点逐渐显现出来，再加上其显著的节能效果，许多变频器生产厂家开始推出具有恒压供水功能的变频器，例如：日本Samco公司就推出了恒压供水基板，具有“变频泵固定方式”和“变频

3、泵循环方式”两种工作模式，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，在应用时只需搭载配套的恒压供水单元，便可以直接控制多个内置的电磁接触器工作，最多可构成7台电机(泵)的供水系统。这类控制设备虽然微化了电路结构，降低了设备成本，但因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也不高，且难以与别的监控系统和组态软件实现数据通信，限制了带负载的容量，其实际使用范围受到不小的限制。后来日本富士电机公司推出了新一代风机、水泵专用型变频器FRENIC-VP系列，VP系列变频器具备适合HVAC（Heat Ventilation Air Conditioner）行业所需的最佳功能，节省空间，操作简便，机型丰富，全球通用。该类变频器能够适应风机、水泵等二次方递减转矩负载特性，节能、省力，充分挖掘了系统的应变能力，满足了整体成本下降的需要。国内不少公司在做变频恒压供水工程时，大多采用国外的变频器来控制水泵的转速并实现管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的还需要采用可编程控制器辅以相应的软件予以实现，有的则采用单片

4、机及相应的软件予以实现。从使用调查情况来看，虽然取得了可喜的进步，但在系统的动态性能、稳定性能抗干扰性能以及开放性等方面，还没有完全达到用户的要求。原深圳华为(现己更名为艾默生)电气公司和成都希望集团(森兰变频器)也推出了恒压供水专用变频器(5.5kw22kw)，无需外接PLC和PID调节器，可完成多达4台水泵的循环切换、定时启停及定时循环控制工作。该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现，但其输出接口限制了带负载的数量，也不具有数据通信功能，只适用于小容量、控制要求不高的供水场所。（全套资料请联系QQ397679637）3、研究/设计的目标：本设计要求以PLC为核心设计一个恒压无塔供水系统，包括生活用水的恒压控制和消防用水的恒压控制即双恒压系统，实现：（1）可编程控制器PLC需根据恒压供水的需要，通过反馈信息控制启动电机泵的数量。（2）系统具有生活、消防双恒压控制功能，正常生活供水时，一台电机泵连续运行的时间不得超过40小时，并轮流切换。（3）在用水高峰期时，系统能够根据用水需求量控制12台电机泵同时协调工作，保证用水需求的正常供给。（4）具有电机泵过载保护、变频

5、器报警输出和自动复位等保护措施。（5）电机泵在启动时具有变频软启动功能，且采用分组方式运行。（6）主要电器设备及元件选择设计要合理，符合电气标准。（7）要求控制系统可以与上位机进行通信，并可通过上位机进行远程监控和报警。4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：研究/设计方法通过PLC控制器控制变频器，再通过变频器调节电机泵的运行状况，以此实现正常的供水。图2-1：恒压供水系统控制方案原理框图图2-2：生活消防双恒压供水系统构成图理论分析：恒压供水站一般需设多台电机泵，这比设单台电机泵更加节能而可靠。因为配单台电机泵时，它的功率必须足够大，在用水低峰期时使用一台大电机泵无疑造成浪费，但如果电机泵选小了，在用水高峰期时又会出现供水不足的现象，而且电机泵损坏需要维修时，使用别的电机泵承担供水任务是必要的。所以，应该根据供水的具体需求选择两台以上电机泵（本设计以三台电机泵为例）。恒压供水系统的主要目标是为了保证管压网水压的恒定，电机泵的转速会随着用水量的变化而变化，这就要求变频器对电机泵进行供电控制。这也有两种配置方式：一是为每台电机泵配一台变频器，这种方式，电机与变

6、频器间不需要切换，但是购买变频器的费用较高，成本过大；另一种方式是一台变频器控制多台电机泵，变频器与电机泵之间可以切换，供水运行时，一台电机泵变频运行，其余电机泵共频运行，这种方式，不仅可以满足不同用水量的需求，而且可以充分利用变频器和PLC的控制资源。压力传感器将水压的变化量转变为电流或电压的变化量送给调节器（PID调节）。调节器再根据给定值和实测值的综合，依一定的调节规律发出系统调节信号。调节器接受了实测水压的反馈信号后，将其与给定值进行比较求差。如果给定值大于实测值，说明系统水压低于理想水压，要加大电机泵的转速，如果水压高于理想水压，则降低电机泵的转速。市网自来水用高低水位控制器EQ来控制注水阀TV1，自动把储水池的水注满，只要水位低于低水位，则自动往水箱中注水。水池的水位信号也直接送给PLC，作为水位报警用。为了保障供水的持续性，水位上下限传感器之间的距离不应相差很大。生活用水和消防用水共用三台电机泵，平时电磁阀YV2处于失电状态，关闭消防管网，三台电机泵根据实际生活用水量，按一定的逻辑控制运行，使生活用水保持在恒压状态下（生活用水低恒压值）进行；当有火灾发生时，电磁阀YV2得

7、电，关闭生活用水管网，三台电机泵供消防用水使用，并根据用水量的大小，使消防供水也保持在恒压状态下（消防用水高恒压值）进行；火灾结束后恢复三台电机泵的逻辑控制，正常供给生活用水。（全套资料请联系QQ397679637）6、方案的可行性分析：通过近期对资料的收集整理，以及国内外的先进事例，对恒压无塔供水系统的可靠运行给予了理论上、事实上的充分证明。一般情况下，PID方式的调节器就能够满足供水管压力的稳定调节。而且目前在国内，专门针对供水的变频器集成化越来越高，维护操作也越来越简单，很多专用供水变频器集成了PLC和PID，甚至将压力传感器也融入变频组件中，压力给定值可以通过变频器输入设定，也可以通过电位器送入，而微处理器控制系统的压力给定值也可通过相应的装置输入。允许用户在现场设置PID参数，通过调试选出最佳参数，达到系统稳定。另外，部分新品的变频供水只需简单设定压力值就可以正常运行，控制软件和其它参数在出厂时就已设定或利用传感器自动获取完毕。以上事实均对恒压无塔供水系统的可操作性给予了有力支持，所以该系统的设计方案可行。7、时间进程1-2周 翻阅资料，确定课题，理论论证分析，完成开题报告，

8、准备开题答辩；3-4周 构思系统设计方案，确定设计模块，依据主要研究内容确定总体控制策略；5-6周 确定电机泵、PLC、变频器的选择，完成供水系统的构成方案及控制原理方案；7-8周 完成系统的基本结构设计，控制系统的I/O点及地址分配；9-10周 完成供水系统的能耗分析，供水系统安全性分析，供水系统的维护方案等；11-12周 控制系统的详细设计，程序编写及调试，绘制原理图；13-14周 控制系统总体调试，完善论文的撰写工作；15-16周 完成毕业设计论文以及相关技术文档的整理，准备答辩。8、参考文献：1 王永华现代电气控制及PLC应用技术北京：北京航空航天大学出版社，2003年2 张万忠可编程控制器入门与应用实例北京：中国电力出版社，2005年3 周万珍，高鸿斌PLC分析与设计应用北京：电子工业出版社，2004年4 金传伟，毛宗源变频调速技术在水泵控制系统中的应用电子技术应用，2000，No9：38-395 马桂梅，谭光仪陈次昌泵变频调速时的节能方案讨论四川工业学院学报，2003，No9：5-76 崔金贵变频调速恒压供水在建筑给水应用的理论探讨兰州铁道学院学报，2000，No1：84-887 张燕宾变频调速应用实践机械工业出版社，2002年8 吴民强泵与风机节能技术水利电力出版社，1994：2-69 徐士鸣泵与风机原理与应用大连理工大学出版社，1992：12-1610 陈伯时电力拖动自动控制系统机械工业出版社，1992：10-1611 黄俊，王兆安电力电子变流技术机械工业出版社，1993，3：197-20612 周玉国变频调速节能分析东北电力技术，2004，No8：43-4413 杨仲文变频调速供水系统的节能控制节能，2004，No7：24-2614 何根木变频调速技术在泵站的应用通用机械，2003，No11：48-4915 Hirokazu Tzjima,YHoriSpeed sensor less field-orientation control of the induction machine，IEEE Transon lndAppL，1993，29(1)：175-180指导教师意见:教师签字：

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