恒壓供水專業(yè)系統(tǒng)設計畢業(yè)答辯論文

1、word可編輯恒壓供水專業(yè)系統(tǒng)設計畢業(yè)辯論論文.word可編輯麗水職業(yè)技術學院機電信息分院畢 業(yè) 設 計旭日小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)學生學號： 080XXXXX 學生姓名： XXXX 導師姓名： 葉XX 班級 機電0XXX 專業(yè)名稱 機電一體化技術 提交日期 201X年X月XX日 辯論日期 201X年X月XX日 201X年5月摘要隨著經濟的開展，人們對供水質量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高，現(xiàn)今能源的緊缺，利用先進的自動化技術、可編程控制技術、通訊技術和計算機技術，設計出高性能、高效率、能適應不同領域的可靠性高的恒壓供水系統(tǒng)成為必然的趨勢。本論文從節(jié)約能源的角度出發(fā)，提出多種不同的控制方案，最后通過方

2、案間的比擬和針對現(xiàn)今社會的調查確定選用變頻器與PLC實現(xiàn)恒壓供水系統(tǒng)控制的方案。論文具體介紹恒壓供水系統(tǒng)的控制原理及PLC控制系統(tǒng)，給出了PLC控制系統(tǒng)的硬件和軟件設計。系統(tǒng)主要控制目標是泵站總管出水壓力，在用戶端的檢測機構反應數(shù)值與系統(tǒng)給定值進行比擬，其差值經PID運算處理后發(fā)出控制指令，使變頻器變頻，調整運轉電機數(shù)量或或改變電機運轉速度，從而到達總管供水壓力在給定的范圍內。關鍵字：變頻調速、恒壓供水、PLC、MCGS目錄第一章 緒論3333第二章  系統(tǒng)的方案選擇4445第三章 系統(tǒng)控制回路設計555 其他回路設計6第四章 元器件的選型6666 壓力變送器的選型677第五章 元氣

3、件的接線圖8 PLC接線圖88 模擬量模塊接線圖8第六章 PLC控制及編程9 PLC控制流程圖9 I/O地址分配表911第七章 組態(tài)14 MCGS組態(tài)14第八章 總結16致謝17參考文獻：18附錄1 恒壓供水系統(tǒng)程序19附錄2 電氣原理圖29第一章 緒論隨著我國城市和工業(yè)化進程的加快，城市供水面臨著缺水與水環(huán)境惡化雙重壓力，還存在著浪費、低效用水及管理落后現(xiàn)象。長期以來區(qū)域供水都是有市政管網經過二次加壓和水塔、高位水池等設施來實現(xiàn)。由于用戶用水有著季節(jié)和時間段的明顯變化。普通的供水方式就不能滿足供水需求，從而造成各種資源的浪費。隨著電力技術的開展，以變頻調速為核心的智能供水控制系統(tǒng)取代了以往高

4、位水箱和壓力罐等供水設備。智能供水有三方面的特點：一起動平穩(wěn)，起動電流可限制在額定電流以內，從而防止了起動時對電網的沖擊；二由于泵的平均轉速降低了，從而可延長泵和閥門等元件的使用壽命；三可以消除起動和停機時的“水錘效應。其穩(wěn)定平安的運行性能、簡單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實現(xiàn)節(jié)能和節(jié)省人力，最終到達高效率的供水的目的。本設計的任務是在原有供水不變的根底上配備PLC和變頻器等現(xiàn)今運用最為廣泛的先進技術，在用水需求量改變時，變送器根據管網壓力，把數(shù)值傳送給PLC，PLC經過PID運算與設定值進行比照，來增減或調整電機投運臺數(shù)和轉速，從而能到達智能供水的目的。設計中給出詳細的設計方

5、案，及方案設計的數(shù)據、PLC程序、外部線路連接圖和硬件的選型。系統(tǒng)控制要求：1、對三臺變頻泵根據反應值進行控制，及加減泵或改變單臺泵的運轉速度。2、在用水量相對較少的時間段采用輔佐泵供水，停止其他水泵工作。3、可手動/自動兩個檔位相互切換，相互間互不干擾。第二章  系統(tǒng)的方案選擇目前普遍而言小區(qū)供水主要采用水泵、水塔、高位水箱等，這些供水方式存在著嚴重的浪費現(xiàn)象。比方水泵，就是直接用水泵把水源輸送到用戶單元，此方法操作簡單，但是非常繁瑣。每次用水都必須去開啟水泵。水塔，就是先用水泵把水抽到高處，然后利用水的壓力供水，和直接用水泵供水有了進一步提高。但是這種方法把水經過兩次輸送。輸送過

6、程中不可防止的造成二次污染，影響居民健康。所以這種方法不可取。高位水箱采取這種方法不但到達了高層樓房用戶不因城市水管壓力減小而用不到水的目標，也盡量防止了水源的二次污染?？伤耐顿Y本錢價高。居民負擔加重，所以不可取。綜合上述方案，恒壓供水系統(tǒng)就凸現(xiàn)而出。結合小區(qū)用水特點和經濟效益，恒壓供水就是不二的選擇。下面就具體介紹一下此系統(tǒng)。系統(tǒng)的控制方式如圖2-1恒壓供水控制系統(tǒng)總圖。系統(tǒng)由PLC作為主站，變頻器、觸摸屏作從站組成。觸摸屏上可顯示系統(tǒng)當前的工作情況和各項數(shù)值，也可進行簡單的數(shù)字量操作，如手動控制時進行各泵的手動開關控制(詳細信息見第七章)。變頻器只作為執(zhí)行機構，它與PLC進行數(shù)據傳輸，以

7、及反應信息給PLC。在控制系統(tǒng)中還有變送器，它只進行模擬量傳輸，反應各管路壓力當前值。圖2-1 恒壓供水控制系統(tǒng)總圖1、從水泵的工作效率不是變頻供水的水泵功率不隨供水需求變化而變化。我們來做個計算：以一臺1KW的水泵電機工作12小時。不變頻時需用電12KWh。變頻調速供水除12小時都是需求量大那么為12KWh，但12小時不可能全是用水頂峰期，所以在一些用水相對較少的時候，變頻調速就表達出來了。2、從電機的使用壽命看水泵電機如果都是在沒有保護的狀態(tài)下啟動停機，在啟動過程中由于電機加速過程十分急劇，這樣很容易產生“水錘效應?！八N效應極具破壞性，壓強過高，將引起管子爆裂；反之，壓強過低有會導致管子

8、的癟塌。此外，“水錘效應還可能損壞閥門或其他元部件。這對電機的使用壽命有嚴重的影響。而采用變頻器調速后，可以通過對電機啟動時間上控制來延長啟動時間，使電機加速時間延長。在停機過程中，同樣可以對電機降速時間延長，從而徹底消除“水錘效應。在停機過程中，由于采用延長加速減速時間，使得水泵葉片承受壓力減小；軸承磨損減小。所以，采用了變頻調速以后，水泵電機的壽命將大大延長。第三章 系統(tǒng)控制回路設計在設計主電路時，采取電機啟動保護器QM來保護電機。電機啟停均有PLC控制，在電機變頻調速時，同時接通變頻器和變頻電機，根據水壓進行變頻調速或增泵減泵處理。系統(tǒng)詳細控制見附錄2 電氣原理圖 ?？刂齐娐肥强刂葡到y(tǒng)的

9、大腦，它操控著控制系統(tǒng)的所有動作機信號處理。在設計上因對某些不能同時接通的電路局部進行雙重互鎖(即機械與電氣互鎖)，以保證電路的正常運行。在模擬量處理中，為此加上了A/A1平安隔離柵，以保證模擬信號的準確平安傳輸。具體接線圖見附錄2 電氣原理圖 。 其他回路設計在電路設計中，常常一個主電路很難完成系統(tǒng)的控制，所以在設計中添加了輔助回路。輔助回路在系統(tǒng)中作輔助用，但又不能缺少。輔助回路包括一個控制變壓器和兩個電源開關。變壓器輸出的電壓為220V，供控制電路使用；兩個開關電源分別供應PLC輸入輸出和模擬量回路。詳細的分配見附錄2 電氣原理圖 。第四章 元器件的選型PLC具有可靠性高，抗干擾能力強、

10、配套齊全，功能完善，適用性強、易學易用、系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造、體積小，重量輕，能耗低等特點。在本設計中，需13點輸入，15點輸出。西門子PLCcpu224(14DI/10DO)，輸入點滿足要求，輸出點不滿足；cpu226(24DI/16DO)輸入輸出都能滿足要求。故此次設計選擇西門子PLCcpu226(24DI/16DO)。變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實現(xiàn)對交流異步電機的軟起動、變頻調速、提高運轉精度、改變功率因素、過流/過壓/過載保護等功能。本次設計中選選用斯耐德ATV21風機泵用變頻器。此系列有可變轉矩泵和風機應用鎖

11、必需的所有功能：PI調節(jié)器，預置PI；自動重啟動，可在運行時恢復；變頻跳躍；過載檢測與欠載檢測等功能具體說明及參數(shù)設置可見ATV21用戶手冊。設計中有壓力模擬量的運算，按要求有四個模擬量輸入，而對變頻器要進行輸出控制，所以需要一位輸出。應選擇西門子EM235模擬量模塊。 壓力變送器的選型為了使供水系統(tǒng)更加準確的完成供水任務，在選擇壓力變送器就變的十分重要。經過各品牌之間的比照，這里選擇羅斯蒙特壓力變送器。因為各種品牌的觸摸屏一般都有自己的軟件，在選擇上有一定的限制。本次設計選擇昆侖通態(tài)研發(fā)的人機界面TPC7062K。本次軟件為組態(tài)軟件。電氣元件表根據電氣原理圖進行選擇，詳細資料見表4-1硬件明

12、細表：序號名 稱代 號1主斷路器QF12控制變壓器斷路器QF23一號泵電機保護啟動器QM14二號泵電機保護啟動器QM25三號泵電機保護啟動器QM36輔佐泵電機保護啟動器QM47一號電機接觸器KM18二號電機接觸器KM29三號電機接觸器KM310輔佐電機接觸器KM411中間繼電器KA1-KA1512熔斷器FU1-FU713熔斷器FD1-FD214急停按鈕SJ115普通按鈕SB1SB616指示燈HL1-HL217聲光蜂鳴器HA18電流互器TB1-TB319開關電源A/D1-A/D220進線電抗器TC21控制變壓器TK22變頻器V/F23可編程控制器CPUPLC-CPU24模擬量輸入模塊PLC-22

13、5解摸屏TPC7062K26信號隔離平安柵A/A1-A/A427通訊電纜MPI表4-1 硬件明細表第五章 元氣件的接線圖 PLC接線圖在PLC的輸出端，本設計采用了中間繼電器，為防止回路因回流電壓而損壞PLC。PLC供電采用220V交流點，電源輸入均采用熔斷器保護。具體接線圖見附錄2 電氣原理圖 。因變頻器不能對電機進行過載保護，所以每臺電機都接入熱繼電器。 見附錄2 電氣原理圖 。 模擬量模塊接線圖模擬量的準確輸入是這個系統(tǒng)的重要數(shù)據組成局部，所以在模擬量這塊加了平安隔離柵A/A1。起模擬量保護及PLC保護作用。實際接線見附錄2 電氣原理圖 。第六章 PLC控制及編程 PLC控制流程圖控制順

14、序流程圖如圖6-1所示，圖6-1 順序控制流程圖 I/O地址分配表在編寫程序之前，先規(guī)定程序中需要的軟件地址表，在以下表格中羅列出本次設計的I/O地址分配表如表6-1。功能外部原件內部地址功能內部地址急停SJ1儲水罐液位上限VD500系統(tǒng)開機SB1儲水罐液位下限VD510系統(tǒng)停機SB2總管壓力上限VD520報警消音BJ總管壓力下限VD530變頻器故障信號總管壓力高報VD540變頻器過流信號總管壓力過高報警停機VD550輔助回路報警總管壓力低報VD560_1手動/_0自動總管壓力過低報警停機VD570手動控制輔佐泵變頻器故障報警停機VD580手動減泵總管壓力VD300手動增泵一號變送器壓力VD3

15、10液位上限二號變送器壓力VD320液位下限三號變送器壓力VD330手動給定功率功率VD1600變頻器運行/停止總管AIW0變頻器故障復位一號變送器AIW21#變頻三號變送器AIW42#變頻PID開始VB1003#變頻變頻頻率VW1141#工頻輸出控制值AQW02#工頻手動增減泵VB103#工頻順序控制VB11輔佐泵功率給定VD1000總管電磁閥輸出速度VD1100總管流量開關輸出頻率VD1200報警輸出輸出力矩VD1300備用輸出電流VD1400報警指示燈(紅)輸出功率VD1500工作指示燈PID手動自動開機條件增泵延時60sT37自動運行標志減泵延時60sT38開機脈沖表6-1 軟件地址分

16、配表恒壓供水程序分為：主程序、檔位控制子程序(DWKZ_K)、手動檔子程序(SD_KZ)、自動檔子程序(ZD_KZ)、自動檔運行泵增減控制子程序(VB11_K)、報警子程序、變頻器數(shù)據轉換子程序以及模擬量處理子程序。其中還有庫和向導。詳細程序見附錄1。以下就針對本次程序作簡單的說明(以下程序說明時均用程序縮寫)。1、 主程序中有指令為PID運算指令。還有網絡2、3、4、5為MODBUS指令，此指令主要作用就是于變頻器通訊用的。2、 以下為報警程序，在儲水罐液位缺乏、總管壓力超標等信號發(fā)生時，觸發(fā)報警程序。3、 網絡13為泵變頻運行程序，當泵變頻運行時自動接通變頻器。4、 當系統(tǒng)切換到手動檔時，

17、復位自動運行標志，意為切斷所有自動運行的程序。并復位順序控制。此程序為手動擋開機初始化，復位手動擋各單元。當然自動檔時，只要置位自動運行標志可以了。5、 手動檔時，可以手動控制輔助泵的開關。此時，有兩個按鈕進行增泵和減泵。增減泵都是字節(jié)增減指令，根據字節(jié)增減改變VB10(手動增減泵)的數(shù)值，然后根據步進階梯指令進行順序控制。6、 當系統(tǒng)自動運行時，主程序調用SD_KZ和VB11_K。自動運行時，根據變送器讀取數(shù)值進行系統(tǒng)控制。當單臺泵變頻運行在最大頻率超過3分鐘時，進行增泵程序反之，當單臺泵變頻運行在最小頻率超過3分鐘時，進行減泵程序增減泵都有相對的延時，這在程序中都有定時器進行延時控制。7、

18、 在自動檔時，泵的增減主要靠VB11(順序控制)執(zhí)行，當每次增泵或減泵時，VB11(順序控制)均加“1或減“1。然后在SD_KZ程序中根據比擬指令讀取VB11(順序控制)的值進行相應的泵切換。如：為變頻運行三號泵，工頻運行一、二號泵。圖中2#(三#變頻)、(一#工頻)、(二#工頻)。8、 變頻器數(shù)據轉換程序只為觸摸屏效勞，在觸摸屏上顯示相應的數(shù)值，可以更直觀的看到變頻器數(shù)值。如下列圖為輸出速度：9、 模擬量處理程序只是將變送器出送回來的值轉換成PLC能讀取的信號。10、程序中還有其他子程序為向導和庫的使用而自動生成。這里就不做介紹。第七章 組態(tài) MCGS組態(tài)1、人機界面選用昆侖通泰研發(fā)的人機界

19、面TPC7062K，組態(tài)畫面的生成這里就不做具體介紹。以下就介紹生成之后的總畫面。如圖7-1供水系統(tǒng)總圖所示。圖7-1 供水系統(tǒng)總圖畫面主要顯示各級壓力，系統(tǒng)是處于手動還是自動狀態(tài)。泵變頻還是工頻運行或是否在運行。2、手動檔控制畫面，可手動控制泵的開與停。如圖7-2手動檔操作圖所示。圖7-2 手動檔操作圖3、 變頻器數(shù)據顯示畫面主要顯示變頻器數(shù)據，如圖7-3變頻器數(shù)據監(jiān)控圖所示。圖7-3 變頻器數(shù)據監(jiān)控圖4、報警畫面如圖7-4所示。圖7-4 報警畫面第八章 總結此設計恒壓供水為設計主題，包括：恒壓供水系統(tǒng)原理、電氣原理圖、系統(tǒng)硬件選型、電路設計和軟件設計等，本次設計主要包括三局部：主控制單元、

20、顯示單元、執(zhí)行單元。首先，普通的二次加壓方式只是單純的泵啟動和切換，這樣電機啟動時會產生很大的啟動電流，長久如此對電機的壽命有很大的損害，而且在供水時一直采用工頻供水效率低、能耗大。而本設計可根據供水壓力多水泵進行調速或增減泵，從而改變電機轉速，減少了能量的消耗。其次，普通的恒壓供水在用量變化相比照擬頻繁時，有高效、節(jié)能的優(yōu)點。如在白天用水量打時采用多臺泵工頻供水；而晚上用水量少時，采用單臺泵或只開啟輔助泵進行供水。采用此設計在這方面尤其凸顯節(jié)能效果。還有本設計運行維護方便，對于操作人員不要求具備專業(yè)人員，從而也減少了人員的浪費，還可提供一些相對文化水平較低的人一個工作的時機。人員在操作時，只要根據說明一步步操作就可。因此，此時設計的推廣性非常強，在現(xiàn)階段很受客戶的歡送。致謝經過兩個月的奮戰(zhàn)，終于完成了畢業(yè)設計。在設計過程中我要感謝我的指導老師葉宏偉老師。葉老師有豐富的教學經驗和淵博的知識。也是我大一一學期 機械加工 的老師，大一我就對老師有深刻