基于三菱plc的恒壓供水系統(tǒng)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題目：基于三菱PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)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(shù)方面也一直比較落后，自動(dòng)化程度不高，而隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市化進(jìn)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(wǎng)絡(luò)中需要采用供水優(yōu)化調(diào)整方案，引入計(jì)算機(jī)、變頻器、可編程控制器等先進(jìn)技術(shù)，使供水網(wǎng)絡(luò)在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。可編程控制器的產(chǎn)生取代了傳統(tǒng)繼電器控制，是面向工業(yè)控制領(lǐng)域的專用設(shè)備，具有以下幾個(gè)

2、特點(diǎn)：（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；（2）功能強(qiáng)大，編程簡單，使用方便；（3）體積小，重量輕，能耗低，性價(jià)比高；（4）控制系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)，開發(fā)工作量少，周期短，維護(hù)方便，易于改造。日本三菱系列PLC因廉價(jià)、可靠、擅長運(yùn)動(dòng)控制從而在國內(nèi)中小型企業(yè)及民用設(shè)施中具有廣泛應(yīng)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(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源轉(zhuǎn)換成為可變頻率的電能控制裝置，用于實(shí)現(xiàn)對交流異步電機(jī)的軟起動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流/過壓/過載保護(hù)等功能。另外，根據(jù)負(fù)載的特性，有針對性地產(chǎn)生了專用化的變頻器，可對負(fù)載的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效的控制，降低制造成本。如風(fēng)機(jī)、水泵專用變

3、頻器、起重機(jī)械專用變頻器、空調(diào)專用變頻器、電梯控制專用變頻器等。總之，變頻器技術(shù)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(dòng)方式控制水泵的啟停，無法對供水管網(wǎng)的壓力變化做出快速響應(yīng)，效率低，可靠性差，在用水量較小時(shí)，管網(wǎng)長期處于高壓狀態(tài)，爆損現(xiàn)象嚴(yán)重，目前已較少采用。水塔高位水箱供水方式控制簡單，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)，但基建投資大，占地面積大，維護(hù)不方便，水泵電機(jī)啟動(dòng)電流大，頻繁啟動(dòng)易損壞，易對水質(zhì)造成二次污染。氣壓罐供水方式具有體積小，技術(shù)簡單等特點(diǎn)，但調(diào)節(jié)量小

4、，水泵電機(jī)為硬啟動(dòng)、且啟動(dòng)頻繁，對電氣設(shè)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(dòng)化程度不高。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)地不斷發(fā)展，隨著變頻技術(shù)越來越成熟地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，由計(jì)算機(jī)、PLC、變頻器組成的恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，該系統(tǒng)能自動(dòng)根據(jù)用水量及時(shí)做出快速響應(yīng)，具有效率高、穩(wěn)定性高、經(jīng)濟(jì)節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，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(chǎn)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(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。恒壓供水將 PLC 和變頻技術(shù)結(jié)合起來，利用由變頻器控制的水泵，將市政管

5、網(wǎng)水源或地下水源經(jīng)蓄水池后直接加壓送入供水管網(wǎng)，直至各個(gè)用水點(diǎn)。根據(jù)供水管網(wǎng)流量、壓力變化，由 PLC 自動(dòng)控制變頻器輸出頻率，調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保持供水壓力恒定，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。目前，恒壓供水系統(tǒng)已在國內(nèi)外許多實(shí)際的供水控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用，并取得穩(wěn)定可靠的運(yùn)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(diǎn)：（1）節(jié)電效益高；（2）運(yùn)行可靠穩(wěn)定；（3）結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便；（4）自動(dòng)化程度高，維護(hù)量小。目前，城市化發(fā)展的進(jìn)程越來越快，對于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)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(jī)遇，尤其是水務(wù)行業(yè)對新型供水系統(tǒng)的需求大增，新建筑的配套設(shè)施與舊建筑的升級改

6、造都會(huì)用到該系統(tǒng)。未來發(fā)展前景一片光明。二、 設(shè)計(jì)方案通過對現(xiàn)有供水系統(tǒng)的調(diào)研和分析,依據(jù)用戶對供水系統(tǒng)的要求,確定以可靠性高、使用簡單、維護(hù)方便、編程靈活的工控設(shè)備變頻器和PLC作為主要控制設(shè)備來設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)。 在對課題進(jìn)行分析和研究的基礎(chǔ)上,提出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和思路,確定論文主要的研究內(nèi)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(xué)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(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做詳分析和研究。從用戶的需求入手確定合適的設(shè)備選型;詳細(xì)分

7、析全自動(dòng)變頻恒壓運(yùn)行方式水泵運(yùn)行的各種工況及其轉(zhuǎn)換過程,討論P(yáng)LC的程序設(shè)計(jì)方法及程序執(zhí)行特點(diǎn),并在此基礎(chǔ)上提出供水系統(tǒng)控制程序的功能模塊和設(shè)計(jì)方案;在介紹PID調(diào)節(jié)原理的基礎(chǔ)上,分析利用PID調(diào)節(jié)原理實(shí)現(xiàn)恒壓供水的調(diào)節(jié)過程,給出PID參數(shù)設(shè)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(diào)節(jié)器和變頻器組成的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制。根據(jù)水壓的變化,由變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)恒壓。為了減少對泵組、管道所產(chǎn)生的水錘,泵組配置電動(dòng)蝶閥,開啟水泵后打開電動(dòng)碟閥,當(dāng)水泵停止時(shí)先關(guān)電動(dòng)碟閥后停機(jī)。原理圖如下：圖1 系統(tǒng)控制原理圖具體方案設(shè)計(jì)該課題具體是為實(shí)現(xiàn)小區(qū)恒壓供水。由于現(xiàn)

8、在建筑均較高，故采用分層供水，低水位區(qū)（通常為1-5層）直接接市政管網(wǎng)，僅以閥門調(diào)節(jié)水量。而高水位區(qū)選擇使用一臺(tái)變頻器對多臺(tái)水泵進(jìn)行循環(huán)控制。具體方案如下：選用三臺(tái)可調(diào)速泵由一臺(tái)變頻器控制，在一臺(tái)可調(diào)速泵可以滿足供水要求時(shí)，只開啟一臺(tái)水泵，由變頻器調(diào)速，當(dāng)該臺(tái)水泵無法滿足供水要求時(shí)將其由變頻轉(zhuǎn)為工頻，變頻器轉(zhuǎn)而控制另一臺(tái)水泵，以此類推，從而實(shí)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(hào)水泵以滿足供水要求。同時(shí)增強(qiáng)設(shè)備互換性。同時(shí)設(shè)一臺(tái)備用泵，方便設(shè)備輪換，提高硬件可靠性。水泵的開啟和關(guān)閉，變頻轉(zhuǎn)工頻等由PLC進(jìn)行控制。具體為由壓力傳感器檢測出的水路管網(wǎng)出口端

9、實(shí)際水壓與設(shè)定水壓進(jìn)行比較，通過PID控制算法對變頻器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。本系統(tǒng)的人機(jī)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(jī)頻率等信號(hào)，也可以通過觸摸屏進(jìn)行參數(shù)設(shè)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(jìn)度安排1-2周根據(jù)設(shè)計(jì)題目查閱中英文文獻(xiàn)2-4周根據(jù)課題要求，通過參照中英文文獻(xiàn)，制定總體方案，完成開題報(bào)告5-8周根據(jù)總體方案對各個(gè)部分進(jìn)行選型，編程，完成中期報(bào)告8-14周整理資料整合方案，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)15周完善畢業(yè)設(shè)計(jì)，寫詳細(xì)摘要并譯成英文16周畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯四、 參考文獻(xiàn)1朱晶波. 變頻技術(shù)在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用D.長春：吉林大學(xué)， 2010.

10、2丁莉. 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)研究D.天津:天津大學(xué), 2007.3姜湘山，李亞峰. 建筑小區(qū)給水排水工藝M, 北京：化學(xué)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(shè)計(jì)D.蘭州：蘭州理工大學(xué)，2008.5熊建國. 基于PLC的變頻恒壓調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與發(fā)現(xiàn)D.重慶：電子科技大學(xué), 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(xué), 2008.7許德浩. 基于 PLC 控制的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)D.天津：天津大學(xué), 2012.8張立輝. 模糊控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)D.長春：吉林大學(xué), 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 o