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1、畢業(yè)設計(開題報告)信息與電子工程系工業(yè)電氣自動化專業(yè)04級1班課題名稱：S7-200PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設計畢業(yè)設計(論文)起止時間：學生姓名：指導教師：報告日期：信息與電子工程系畢業(yè)設計(論文)-1-1本課題所涉及的問題在國內(nèi)(外)的現(xiàn)狀綜述隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市建設規(guī)模的不斷擴大，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，對城市供水的數(shù)量、質(zhì)量，經(jīng)濟、穩(wěn)定性提出了越來越高的要求。據(jù)統(tǒng)計，從1990年到1998年。我國人均日生活用水量(包括城市公共設施等非生產(chǎn)用水)由175.7升增加到241.1升，增長了37.2，與此同時我國城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。而另一方面，

2、在全國的666個城市中有330個不同程度缺水，其中嚴重缺水的達108個；在32個百萬人口以上的特大城市中，有30個城市長期受缺水的困擾，特別是水資源短缺地區(qū)的城市，水的供需矛盾尤為突出。由于供水不足，城市工業(yè)每年的經(jīng)濟損失達2300億元；同時給城市居民生活造成許多困難和不便，成為城市社會中的一種隱患。在供水企業(yè)中，水泵的電能消耗及設備的維護管理費用。在生產(chǎn)成本中占有很大的比例：水泵電機作為一種高耗能通用機械，其耗電量占全國總耗電量的21以上，具有很大的節(jié)能潛力。由于常規(guī)恒速供水系統(tǒng)是采用常規(guī)的閥門來控制供水量的，而軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，造成相當部分電能消耗在閥門和額定轉(zhuǎn)速運行下的電機。因

3、此，這種調(diào)控方式雖然簡單，但從節(jié)約能耗的角度來看。很不經(jīng)濟。近年來，電機調(diào)速技術(shù)的應用，為水泵電機的節(jié)能開辟了一個新途徑。它可以通過調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速來適應水量和水壓的變化，使水泵始終在高效區(qū)工作，將大大地降低水泵能耗，合理地進行設備管理與維護，對節(jié)約能源和提高供水企業(yè)的經(jīng)濟效益具有極其重要的意義。信息與電子工程系畢業(yè)設計(論文)-2-2設計(論文)要解決的問題和擬采用的研究方法本課題要解決的問題:本課采用PLC和變頻調(diào)速技術(shù)研制PLC控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，與現(xiàn)場液位傳感器、壓力傳感器一起組成了各自的閉環(huán)控制系統(tǒng)。每天24小時不間斷按預先設定的水壓恒定地向城市供水，保證了水廠的不間斷生產(chǎn)。通

4、過該項目的研制和應用，不僅能夠節(jié)約寶貴的水、電資源，降低了生產(chǎn)成本，減少設備維護，降低維修成本；而且提高了整個水廠的生產(chǎn)調(diào)度管理水平，減輕工人勞動強度，有效的提高了生產(chǎn)率。由于中小型自來水廠的自動化技術(shù)改造在我國有著廣泛的應用前景，本控制系統(tǒng)具有較大的發(fā)展?jié)摿洼^高的推廣價值。（1）由于常規(guī)恒速供水系統(tǒng)是采用常規(guī)的閥門來控制供水量的，而軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，造成相當部分電能消耗在閥門和額定轉(zhuǎn)速運行下的電機。因此，這種調(diào)控方式雖然簡單，但從節(jié)約能耗的角度來看。所以我們采用變頻調(diào)速控制水泵用來改善水泵的能量浪費問題。（2）S7-200PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速方式自動完成泵

5、組軟啟動及無沖擊切換，自動調(diào)節(jié)水泵電機轉(zhuǎn)速，改變以往“先啟后?！狈绞?，使水壓平穩(wěn)過渡。采用硬件/軟件備用及時鐘控制功能，使各泵進行輪休，延長設備的機械使用壽命。變頻器故障時系統(tǒng)仍可運行，保證不間斷供水。因此要設置好各泵的啟動方式及順序。（3）變頻轉(zhuǎn)工頻開關(guān)切換時間T設置是為了確保在加泵時，泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻的過程中，同一臺泵的變頻運行和工頻運行各自對應的交流接觸器不會同時吸合而損壞變頻器，同時為了避免工頻啟動時啟動電流過大而對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊，所以在允許范圍內(nèi)必須盡可能的小。（4）上下限頻率持續(xù)時間TH和TL變頻器運行的頻率隨管網(wǎng)用水量增大而升高，系統(tǒng)以變頻器運行的頻率是否達到上限（下限）、并保持

6、一定的時間為依據(jù)來判斷是否加泵（減泵），這個判斷的時間就是TH（TL）。如果設定值過大，系統(tǒng)就不能迅速的對管網(wǎng)用水量的變化做出反應；如果設定值過小，管網(wǎng)用水量變化時就很可能引起頻繁的加減泵動作；兩種情況下都會影響恒壓供水的質(zhì)量。所以要設置好上下限頻率持續(xù)時間。（5）對常用的調(diào)速方式進行分析，并決定選用的調(diào)速方式調(diào)速方式的大致分類：1、變級對數(shù)調(diào)速，2、變頻調(diào)速。變頻調(diào)速又可以分為：、交-直-交變頻器，、交-交變頻器。因為交交變頻調(diào)速方式比較適用于低速度，大功率的電機，因此我們在本次設計中選用交直交方式的變頻調(diào)速。信息與電子工程系畢業(yè)設計(論文)-3-3本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思

7、路3.1調(diào)速控制節(jié)能分析水泵的設計負荷是按最不利條件下最大時流量及相應揚程設定的。但實際運行中水泵每天只有很短的最大時流量，其流量隨外界用水情況在變化，揚程也因流量和水位的變化而變化。因此水泵不能總保持在一個工況點，需要根據(jù)實際情況進行控制。通常采用的方法有閥門控制和調(diào)速控制。閥門控制是通過增加管道的阻抗而達到控制流量的目的，因而浪費了能量：而電動機調(diào)速控制可以通過改變水泵電動機的轉(zhuǎn)速來變更水泵的工況點，使其流量與楊程適應管用水量的變化，維持壓力恒定，從而達到節(jié)能效果。由流體力學可知，水泵給管網(wǎng)供水時，水泵的輸出功率p與管網(wǎng)的水壓H及出水流量Q的乘積成正比；水泵的轉(zhuǎn)速n與出水流量Q成正比：管網(wǎng)

8、的水壓H與出水流量Q的平方成正比。由上述關(guān)系有，水泵的輸出功率p與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比，即：1PkHQ；圖1-12nkQ；23HkQ；3Pkn；式中k,k1,k2,k3為比例常數(shù)。當系統(tǒng)出水流量減小時，通過變頻調(diào)速裝置將供水水泵轉(zhuǎn)速調(diào)小，則水泵的輸出功率將隨轉(zhuǎn)速的變化而減小。變頻調(diào)速節(jié)能原理田如圖1-1所示。圖中曲線1、2、3為管網(wǎng)阻力特性曲線，曲線4為水泵轉(zhuǎn)速為n1時的運行特性曲線，曲線5為水泵轉(zhuǎn)速為n2時的運行特性曲線。水泵原來的工作點為曲線3和曲線4的交點A，此時出水流量為Q1，管網(wǎng)壓力為H1，水泵轉(zhuǎn)速為n1。當系統(tǒng)的出水流量減小到Q2，系統(tǒng)管網(wǎng)特性為曲線1。曲線1和曲線4的交點B為運行工作點。此時管網(wǎng)壓力為H2，水泵的輸出功率正比于H2Q2。由于H2H1，高出的壓力能量被浪費了，同時過高的壓力對管網(wǎng)和設備還可能造成危害。如采用變頻調(diào)速裝置，將此時水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)至n2，曲線5和曲線2的交點C為水泵的運行工作點。調(diào)速后管網(wǎng)的壓力仍保持為H1，出水流量為口Q2，水泵的輸出功率正比于H1Q2。從圖中可見，陰影部分正比于浪費的功率輸出。例如，當Q2為Q1的80%時，通過調(diào)速將n2調(diào)為n1的80，則水泵的輸出功率P2為P1的51.2。如不采用調(diào)速控制，48.8的能量將被浪費。可見變頻調(diào)速的經(jīng)濟效益十分可觀。