基于plc恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告設(shè) 計(jì) 題 目:基于plc的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)院 系 名 稱: 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí): 機(jī)械08-10 學(xué) 生 姓 名: 劉 暢 導(dǎo) 師 姓 名: 何文廣 開(kāi) 題 時(shí) 間: 2012年3月19日 指導(dǎo)委員會(huì)審查意見(jiàn)： 簽字： 年 月 日1課題研究目的和意義當(dāng)代人口、資源和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展已成為國(guó)際社會(huì)共同關(guān)注的重大戰(zhàn)略問(wèn)題。而水和電能又是生產(chǎn)和生活中不可或缺的部分，節(jié)約水能能在當(dāng)今社會(huì)日益重要。我國(guó)電能和水能都不是很充裕的國(guó)家，一直以來(lái)城市供水、高層樓房供水以及工業(yè)用生產(chǎn)循環(huán)供水等技術(shù)一直落后于其他國(guó)家，自動(dòng)化程度低。主要體現(xiàn)在用水高峰期，供給量嚴(yán)重低于需求量。然而在用水低

2、峰期又會(huì)出現(xiàn)水壓過(guò)高，供給量大于需求量。這就造成了水資源與電能的雙重浪費(fèi)，甚至?xí)鹚艿钠屏鸦蛴绊懫涫褂脡勖陀盟O(shè)備的損壞。因此恒壓供水技術(shù)顯得尤為重要。實(shí)現(xiàn)恒壓供水可以減少水資源的浪費(fèi)，大大的節(jié)約電能的使用量，減少由于水壓過(guò)高而對(duì)整個(gè)供水系統(tǒng)以及用水設(shè)備的損壞，提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低供水成本，提高人民的生活水平，以適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展。2文獻(xiàn)綜述2.1 目前常用的供水方式的分析2.1.1一臺(tái)恒速泵直接供水系統(tǒng)這種供水方式，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶，嚴(yán)重影響城市公用管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。這種供水方式，水泵整日不停運(yùn)轉(zhuǎn)，有的可能在夜間用水低谷時(shí)段停止運(yùn)行。這種系統(tǒng)形式簡(jiǎn)單、造價(jià)最低

3、，但耗電、耗水嚴(yán)重，水壓不穩(wěn)，供水質(zhì)量極差。2.1.2恒速泵加水塔的供水方式這種方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用戶供水。水塔注滿后水泵停止，水塔水位低于某一位置時(shí)再啟動(dòng)水泵。水泵處于斷續(xù)工作狀態(tài)中。這種方式顯然比前一種節(jié)電，其節(jié)電率與水塔容量、水泵額定流量、用水不均勻系數(shù)、水泵的開(kāi)、停時(shí)間比、開(kāi)、停頻率等有關(guān)。供水壓力比較穩(wěn)定。但這種供水方式基建設(shè)備投資最大，占地面積也最大;水壓不可調(diào)，不能兼顧近期與遠(yuǎn)期的需要;而且系統(tǒng)水壓不能隨系統(tǒng)所需流量和系統(tǒng)所需要壓力下降而下降，故還存在一些能量損失和二次污染問(wèn)題。2.1.3恒速泵加高位水箱的供水方式這種方式原理與水塔是相同的，只是水箱設(shè)在建筑物的頂

4、層。高層建筑還可分層設(shè)立水箱。占地面積與設(shè)備投資都有所減少，但這對(duì)建筑物的造價(jià)與設(shè)計(jì)都有影響，同時(shí)水箱受建筑物的限制，容積不能過(guò)大，所以供水范圍較小。一些動(dòng)物甚至人都可能進(jìn)入水箱污染水質(zhì)。水箱的水位監(jiān)控裝置也容易損壞，這樣系統(tǒng)的開(kāi)、停，將完全由人操作，使系統(tǒng)的供水質(zhì)量下降能耗增加。2.1.4恒速泵加氣壓罐供水方式這種方式是利用封閉的氣壓罐代替高位水箱蓄水，通過(guò)監(jiān)測(cè)罐內(nèi)壓力來(lái)控制泵的開(kāi)、停。氣壓罐方式依靠壓力罐中的壓縮空氣送水，氣壓罐配套水泵運(yùn)行時(shí)，水泵在額定轉(zhuǎn)速、額定流量的條件下工作。當(dāng)系統(tǒng)所需水量下降時(shí)，供水壓力將超出系統(tǒng)所需要的壓力從而造成能量的浪費(fèi)。同時(shí)水泵是工頻率啟動(dòng)，且啟動(dòng)頻繁，又會(huì)

5、造成一定的能耗。頻繁啟動(dòng)會(huì)造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。2.1.5變頻調(diào)速供水方式這種系統(tǒng)的原理是通過(guò)安裝在系統(tǒng)中的壓力傳感器將系統(tǒng)壓力信號(hào)與設(shè)定壓力值作比較，再通過(guò)控制器調(diào)節(jié)變頻器的輸出，無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。使系統(tǒng)水壓無(wú)論流量如何變化始終穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。2.2plc恒壓供水系統(tǒng)研究現(xiàn)狀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(lái)的。在早期，由于國(guó)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、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

6、環(huán)控制。從查閱的資料的情況來(lái)看，國(guó)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(méi)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(guó)外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開(kāi)始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像日本samc。公司，就推出了恒壓供水基板。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(guò)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

7、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(guó)內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國(guó)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(kāi)放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來(lái)說(shuō)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)能達(dá)到所有用戶的要求。艾默生電氣公司和成都希望集團(tuán)(森蘭變頻器)也推出恒壓供水

8、專用變頻器(5。5kw-22kw)，無(wú)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(chǎng)所。 可以看出 ，目前在國(guó)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(chǎng)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。3設(shè)計(jì)基本內(nèi)容、擬解決

9、的主要問(wèn)題3.1設(shè)計(jì)內(nèi)容：本系統(tǒng)是三泵恒壓供水系統(tǒng)，變頻恒壓供水系統(tǒng)如圖1所示主要由變頻器、可編程控制器、壓力傳感器組成。本設(shè)計(jì)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(jiǎn)捷，故障報(bào)警及時(shí)迅速，同時(shí)具有開(kāi)放的數(shù)據(jù)傳輸。該系統(tǒng)可以生活供水和消防供水的雙用供水系統(tǒng)。當(dāng)用水量大時(shí)，水壓升高。用水量小時(shí)，水壓降低。水壓傳感器將水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓瘋魉徒o調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器根據(jù)設(shè)定的標(biāo)定值將調(diào)節(jié)信號(hào)傳送到變頻器。改變供電頻率使水泵的轉(zhuǎn)速改變。達(dá)到調(diào)節(jié)水壓的目的。plc送水變頻器工頻/變頻切換電路1號(hào)泵2號(hào)泵3號(hào)泵壓力罐壓力傳感器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器（圖1:恒壓供水系統(tǒng)

10、示意圖）3.2擬解決的問(wèn)題 按需要設(shè)定供水壓力；控制系統(tǒng)具有短路、過(guò)流、過(guò)壓，過(guò)載等多級(jí)保護(hù)功能； 具有多臺(tái)水泵輪換工作的功能。4技術(shù)路線或研究方法4.1技術(shù)路線 首先根據(jù)實(shí)際供水需求，主要為壓力的要求選擇合適的水泵，考慮后期可能的供水增加選擇功率稍大的水泵。然后根據(jù)水泵的功率搭配合適的電動(dòng)機(jī)，為了保證電動(dòng)機(jī)的壽命和穩(wěn)定性選用三臺(tái)電動(dòng)機(jī)按照合理的排配交替工作。根據(jù)負(fù)載查找合適的變頻器，使變頻器的額定電流大于電動(dòng)機(jī)的額定電流，考慮其穩(wěn)定性選功率略大于電動(dòng)機(jī)功率的變頻器，型號(hào)選擇水泵專用的變頻器。然后根據(jù)調(diào)節(jié)參數(shù)的特性選擇調(diào)節(jié)器。最后設(shè)計(jì)plc控制系統(tǒng)的硬件，包括plc選型、i/o分配、選擇其它元

11、器件、電氣工程圖設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)plc控制系統(tǒng)的軟件，包括plc控制梯形圖和指令語(yǔ)句表。4.2研究方法 文獻(xiàn)研究法：通過(guò)圖書(shū)館或是互聯(lián)網(wǎng)查閱相關(guān)書(shū)籍、文獻(xiàn)資料。觀察法：可以到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地觀察。實(shí)證研究法：利用plc設(shè)備對(duì)控制程序進(jìn)行仿真。經(jīng)常和指導(dǎo)老師同學(xué)交流，及時(shí)將自己的想法與導(dǎo)師探討。5設(shè)計(jì)進(jìn)度安排2012.2.272012.3.18： 明確設(shè)計(jì)任務(wù)，查閱相關(guān)的參考文獻(xiàn)資料，完成開(kāi)題報(bào)告；2012.3.192012.4.8： 確定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。包括系統(tǒng)要完成的設(shè)計(jì)功能，達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則；2012.4.92012.4.22： 進(jìn)行恒壓供水系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì)；2012.4.23

12、2012.5.6： 進(jìn)行模擬量的輸入輸出模塊的設(shè)計(jì)；2012.5.72012.5.27： 進(jìn)行系統(tǒng)的各個(gè)元件的選用分析，系統(tǒng)的各部分參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算；2012.5.282012.6.10： 進(jìn)行恒壓供水系統(tǒng)的軟件程序的設(shè)計(jì)； 2012.6.112012.6.15： 電氣控制系統(tǒng)原理圖繪制、其他電路圖及流程圖的繪制，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；完成設(shè)計(jì)準(zhǔn)備答辯。6主要參考文獻(xiàn)1 杜清府.小氣壓罐與變頻調(diào)速結(jié)合的節(jié)能供水系統(tǒng)j.中國(guó)給水排水,2005: 77-792 李平，盧博友，楊兵力，高保平.plc在水泵綜合試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用j.微計(jì)算機(jī)信息, 2006,12(1): 52-543 袁任光.交流變頻調(diào)速器

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