畢業(yè)設(shè)計(jì)(開(kāi)題報(bào)告)信息與電子工程系工業(yè)電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)04級(jí)1班課題名稱(chēng)：S7-200PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)起止時(shí)間：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：報(bào)告日期：信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-1-1本課題所涉及的問(wèn)題在國(guó)內(nèi)(外)的現(xiàn)狀綜述隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，對(duì)城市供水的數(shù)量、質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定性提出了越來(lái)越高的要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1990年到1998年。我國(guó)人均日生活用水量(包括城市公共設(shè)施等非生產(chǎn)用水)由175.7升增加到241.1升，增長(zhǎng)了37.2，與此同時(shí)我國(guó)城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。而另一方面，在全國(guó)的666個(gè)城市中有330個(gè)不同程度缺水，其中嚴(yán)重缺水的達(dá)108個(gè)；在32個(gè)百萬(wàn)人口以上的特大城市中，有30個(gè)城市長(zhǎng)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(jì)損失達(dá)2300億元；同時(shí)給城市居民生活造成許多困難和不便，成為城市社會(huì)中的一種隱患。在供水企業(yè)中，水泵的電能消耗及設(shè)備的維護(hù)管理費(fèi)用。在生產(chǎn)成本中占有很大的比例：水泵電機(jī)作為一種高耗能通用機(jī)械，其耗電量占全國(guó)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(mén)來(lái)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(dāng)部分電能消耗在閥門(mén)和額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行下的電機(jī)。因此，這種調(diào)控方式雖然簡(jiǎn)單，但從節(jié)約能耗的角度來(lái)看。很不經(jīng)濟(jì)。近年來(lái)，電機(jī)調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，為水泵電機(jī)的節(jié)能開(kāi)辟了一個(gè)新途徑。它可以通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)適應(yīng)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(jìn)行設(shè)備管理與維護(hù)，對(duì)節(jié)約能源和提高供水企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有極其重要的意義。信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-2-2設(shè)計(jì)(論文)要解決的問(wèn)題和擬采用的研究方法本課題要解決的問(wèn)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(chǎng)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(shí)不間斷按預(yù)先設(shè)定的水壓恒定地向城市供水，保證了水廠的不間斷生產(chǎn)。通過(guò)該項(xiàng)目的研制和應(yīng)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(shè)備維護(hù)，降低維修成本；而且提高了整個(gè)水廠的生產(chǎn)調(diào)度管理水平，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，有效的提高了生產(chǎn)率。由于中小型自來(lái)水廠的自動(dòng)化技術(shù)改造在我國(guó)有著廣泛的應(yīng)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(jià)值。（1）由于常規(guī)恒速供水系統(tǒng)是采用常規(guī)的閥門(mén)來(lái)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(dāng)部分電能消耗在閥門(mén)和額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行下的電機(jī)。因此，這種調(diào)控方式雖然簡(jiǎn)單，但從節(jié)約能耗的角度來(lái)看。所以我們采用變頻調(diào)速控制水泵用來(lái)改善水泵的能量浪費(fèi)問(wèn)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(dòng)完成泵組軟啟動(dòng)及無(wú)沖擊切換，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變以往“先啟后?！狈绞?，使水壓平穩(wěn)過(guò)渡。采用硬件/軟件備用及時(shí)鐘控制功能，使各泵進(jìn)行輪休，延長(zhǎng)設(shè)備的機(jī)械使用壽命。變頻器故障時(shí)系統(tǒng)仍可運(yùn)行，保證不間斷供水。因此要設(shè)置好各泵的啟動(dòng)方式及順序。（3）變頻轉(zhuǎn)工頻開(kāi)關(guān)切換時(shí)間T設(shè)置是為了確保在加泵時(shí)，泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻的過(guò)程中，同一臺(tái)泵的變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行各自對(duì)應(yīng)的交流接觸器不會(huì)同時(shí)吸合而損壞變頻器，同時(shí)為了避免工頻啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流過(guò)大而對(duì)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(shí)間TH和TL變頻器運(yùn)行的頻率隨管網(wǎng)用水量增大而升高，系統(tǒng)以變頻器運(yùn)行的頻率是否達(dá)到上限（下限）、并保持一定的時(shí)間為依據(jù)來(lái)判斷是否加泵（減泵），這個(gè)判斷的時(shí)間就是TH（TL）。如果設(shè)定值過(guò)大，系統(tǒng)就不能迅速的對(duì)管網(wǎng)用水量的變化做出反應(yīng)；如果設(shè)定值過(guò)小，管網(wǎng)用水量變化時(shí)就很可能引起頻繁的加減泵動(dòng)作；兩種情況下都會(huì)影響恒壓供水的質(zhì)量。所以要設(shè)置好上下限頻率持續(xù)時(shí)間。（5）對(duì)常用的調(diào)速方式進(jìn)行分析，并決定選用的調(diào)速方式調(diào)速方式的大致分類(lèi)：1、變級(jí)對(duì)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?yàn)榻唤蛔冾l調(diào)速方式比較適用于低速度，大功率的電機(jī)，因此我們?cè)诒敬卧O(shè)計(jì)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(shè)計(jì)(論文)-3-3本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問(wèn)題及解決的思路3.1調(diào)速控制節(jié)能分析水泵的設(shè)計(jì)負(fù)荷是按最不利條件下最大時(shí)流量及相應(yīng)揚(yáng)程設(shè)定的。但實(shí)際運(yùn)行中水泵每天只有很短的最大時(shí)流量，其流量隨外界用水情況在變化，揚(yáng)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(gè)工況點(diǎn)，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行控制。通常采用的方法有閥門(mén)控制和調(diào)速控制。閥門(mén)控制是通過(guò)增加管道的阻抗而達(dá)到控制流量的目的，因而浪費(fèi)了能量：而電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制可以通過(guò)改變水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)變更水泵的工況點(diǎn)，使其流量與楊程適應(yīng)管用水量的變化，維持壓力恒定，從而達(dá)到節(jié)能效果。由流體力學(xué)可知，水泵給管網(wǎng)供水時(shí)，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)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(dāng)系統(tǒng)出水流量減小時(shí)，通過(guò)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(shí)的運(yùn)行特性曲線，曲線5為水泵轉(zhuǎn)速為n2時(shí)的運(yùn)行特性曲線。水泵原來(lái)的工作點(diǎn)為曲線3和曲線4的交點(diǎn)A，此時(shí)出水流量為Q1，管網(wǎng)壓力為H1，水泵轉(zhuǎn)速為n1。當(dāng)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(diǎn)B為運(yùn)行工作點(diǎn)。此時(shí)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(fèi)了，同時(shí)過(guò)高的壓力對(duì)管網(wǎng)和設(shè)備還可能造成危害。如采用變頻調(diào)速裝置，將此時(shí)水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)至n2，曲線5和曲線2的交點(diǎn)C為水泵的運(yùn)行工作點(diǎn)。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(jiàn)，陰影部分正比于浪費(fèi)的功率輸出。例如，當(dāng)Q2為Q1的80%時(shí)，通過(guò)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(fèi)?？梢?jiàn)變頻調(diào)速的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。