基于三菱plc的恒壓供水系統(tǒng)1

1、本科生畢業(yè)設計開題報告題目：基于三菱PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計學 院： 機械工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 一、 選題背景眾所周知，河北省地區(qū)水資源相對匱乏，城市生活用水緊張，長期以來在供水技術方面也一直比較落后，自動化程度不高，而隨著社會經濟發(fā)展，城市化進程加快的需求，對于供水系統(tǒng)提出了更高的要求。因此在供水網絡中需要采用供水優(yōu)化調整方案，引入計算機、變頻器、可編程控制器等先進技術，使供水網絡在最佳狀態(tài)下運行，具有重要的現(xiàn)實意義。可編程控制器的產生取代了傳統(tǒng)繼電器控制，是面向工業(yè)控制領域的專用設備，具有以下幾個特點：（1）可靠性高，抗干

2、擾能力強；（2）功能強大，編程簡單，使用方便；（3）體積小，重量輕，能耗低，性價比高；（4）控制系統(tǒng)易于實現(xiàn)，開發(fā)工作量少，周期短，維護方便，易于改造。日本三菱系列PLC因廉價、可靠、擅長運動控制從而在國內中小型企業(yè)及民用設施中具有廣泛應用。因此本例中選取其作為控制器。 變頻器是一種利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源轉換成為可變頻率的電能控制裝置，用于實現(xiàn)對交流異步電機的軟起動、變頻調速、提高運轉精度、改變功率因數(shù)、過流/過壓/過載保護等功能。另外，根據負載的特性，有針對性地產生了專用化的變頻器，可對負載的電動機進行經濟有效的控制，降低制造成本。如風機、水泵專用變頻器、起重機械專用變頻器、

3、空調專用變頻器、電梯控制專用變頻器等。總之，變頻器技術的發(fā)展趨勢是朝著智能、操作簡便、功能健全、安全可靠、環(huán)保低噪、低成本和小型化的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的供水方式主要有：恒速泵加壓供水、水塔高位水箱供水、氣壓罐供水等。恒速泵加壓供水方式采用人工手動方式控制水泵的啟停，無法對供水管網的壓力變化做出快速響應，效率低，可靠性差，在用水量較小時，管網長期處于高壓狀態(tài)，爆損現(xiàn)象嚴重，目前已較少采用。水塔高位水箱供水方式控制簡單，運行經濟，但基建投資大，占地面積大，維護不方便，水泵電機啟動電流大，頻繁啟動易損壞，易對水質造成二次污染。氣壓罐供水方式具有體積小，技術簡單等特點，但調節(jié)量小，水泵電機為硬啟動、且啟動

4、頻繁，對電氣設備要求較高。這些方式采用人工控制方式，效率低，可靠性差，自動化程度不高。隨著計算機技術、自動化技術地不斷發(fā)展，隨著變頻技術越來越成熟地應用于各個領域，由計算機、PLC、變頻器組成的恒壓供水系統(tǒng)應運而生，該系統(tǒng)能自動根據用水量及時做出快速響應，具有效率高、穩(wěn)定性高、經濟節(jié)能等優(yōu)點，目前已逐漸取代傳統(tǒng)供水方式，成為城市供水的重要組成部分。供水系統(tǒng)是國民生產生活中不可缺少的重要一環(huán)。傳統(tǒng)供水方式占地面積大、水質易污染、基建投資多，而最主要的缺點是水壓不能保持恒定，導致部分設備不能正常工作。恒壓供水將 PLC 和變頻技術結合起來，利用由變頻器控制的水泵，將市政管網水源或地下水源經蓄水池后

5、直接加壓送入供水管網，直至各個用水點。根據供水管網流量、壓力變化，由 PLC 自動控制變頻器輸出頻率，調節(jié)水泵電機的轉速，保持供水壓力恒定，實現(xiàn)恒壓供水。目前，恒壓供水系統(tǒng)已在國內外許多實際的供水控制系統(tǒng)中得到應用，并取得穩(wěn)定可靠的運行效果和良好的節(jié)能效果。恒壓供水系統(tǒng)主要有以下優(yōu)點：（1）節(jié)電效益高；（2）運行可靠穩(wěn)定；（3）結構簡單，操作簡便；（4）自動化程度高，維護量小。目前，城市化發(fā)展的進程越來越快，對于基礎設施建設的需求愈加迫切。供水、供氣、供熱、污水處理等市政行業(yè)都面臨快速發(fā)展的機遇，尤其是水務行業(yè)對新型供水系統(tǒng)的需求大增，新建筑的配套設施與舊建筑的升級改造都會用到該系統(tǒng)。未來發(fā)展

6、前景一片光明。二、 設計方案通過對現(xiàn)有供水系統(tǒng)的調研和分析,依據用戶對供水系統(tǒng)的要求,確定以可靠性高、使用簡單、維護方便、編程靈活的工控設備變頻器和PLC作為主要控制設備來設計變頻調速恒壓供水系統(tǒng)。 在對課題進行分析和研究的基礎上,提出了系統(tǒng)的設計方案和思路,確定論文主要的研究內容和研究方法;分析變頻恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能的原理,給出恒壓供水的理論模型及近似的數(shù)學模型;確定變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案,給出了變頻恒壓供水的控制流程及工作原理;分析在變頻恒壓供水中,水泵切換的條件以及次序。就變頻調速恒壓供水控制系統(tǒng)的設計做詳分析和研究。從用戶的需求入手確定合適的設備選型;詳細分析全自動變頻恒壓運行方式水

7、泵運行的各種工況及其轉換過程,討論PLC的程序設計方法及程序執(zhí)行特點,并在此基礎上提出供水系統(tǒng)控制程序的功能模塊和設計方案;在介紹PID調節(jié)原理的基礎上,分析利用PID調節(jié)原理實現(xiàn)恒壓供水的調節(jié)過程,給出PID參數(shù)設置方法;最后還提出了保障系統(tǒng)可靠性的一些措施。供水系統(tǒng)的恒壓通過壓力變送器、PID調節(jié)器和變頻器組成的閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)控制。根據水壓的變化,由變頻器調節(jié)電機轉速來實現(xiàn)恒壓。為了減少對泵組、管道所產生的水錘,泵組配置電動蝶閥,開啟水泵后打開電動碟閥,當水泵停止時先關電動碟閥后停機。原理圖如下：圖1 系統(tǒng)控制原理圖具體方案設計該課題具體是為實現(xiàn)小區(qū)恒壓供水。由于現(xiàn)在建筑均較高，故采用分層供

8、水，低水位區(qū)（通常為1-5層）直接接市政管網，僅以閥門調節(jié)水量。而高水位區(qū)選擇使用一臺變頻器對多臺水泵進行循環(huán)控制。具體方案如下：選用三臺可調速泵由一臺變頻器控制，在一臺可調速泵可以滿足供水要求時，只開啟一臺水泵，由變頻器調速，當該臺水泵無法滿足供水要求時將其由變頻轉為工頻，變頻器轉而控制另一臺水泵，以此類推，從而實現(xiàn)小區(qū)的恒壓供水。在夜間用水量雖小，但由于高水位區(qū)供水需要較高壓力，故選擇同型號水泵以滿足供水要求。同時增強設備互換性。同時設一臺備用泵，方便設備輪換，提高硬件可靠性。水泵的開啟和關閉，變頻轉工頻等由PLC進行控制。具體為由壓力傳感器檢測出的水路管網出口端實際水壓與設定水壓進行比較

9、，通過PID控制算法對變頻器進行實時控制。本系統(tǒng)的人機界面采用觸摸屏，通過觸摸屏使用者可以獲取諸如水壓，電機頻率等信號，也可以通過觸摸屏進行參數(shù)設定。該方案的原理圖如下：圖2 管道分層示意圖圖3 高水位區(qū)硬件配置圖三、 進度安排1-2周根據設計題目查閱中英文文獻2-4周根據課題要求，通過參照中英文文獻，制定總體方案，完成開題報告5-8周根據總體方案對各個部分進行選型，編程，完成中期報告8-14周整理資料整合方案，完成畢業(yè)設計15周完善畢業(yè)設計，寫詳細摘要并譯成英文16周畢業(yè)設計答辯四、 參考文獻1朱晶波. 變頻技術在恒壓供水系統(tǒng)中的應用D.長春：吉林大學， 2010.2丁莉. 變頻恒壓供水控制

10、系統(tǒng)研究D.天津:天津大學, 2007.3姜湘山，李亞峰. 建筑小區(qū)給水排水工藝M, 北京：化學工業(yè)出版社2003:58-120.4方桂筍. 基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設計D.蘭州：蘭州理工大學，2008.5熊建國. 基于PLC的變頻恒壓調速恒壓供水系統(tǒng)設計與發(fā)現(xiàn)D.重慶：電子科技大學, 2013.6祁增慧. 基于 PLC 控制的城市恒壓供水系統(tǒng)D.天津：天津大學, 2008.7許德浩. 基于 PLC 控制的恒壓供水系統(tǒng)設計D.天津：天津大學, 2012.8張立輝. 模糊控制變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的研究與設計D.長春：吉林大學, 2007.9XueShilong Chen Yihui. The Marine Anchor And winch's Frequency-conversion And Speed-modification System Based on PLC Control.IMECE.2003.10Ostrirov,VN. Experience of design and application