開題報告-基于PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計開題報告 電氣工程及自動化 基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計 一、綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義 水是人類生活、生產(chǎn)中不可缺少的重要物質(zhì)，在政府及社會倡導節(jié)水節(jié)能現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能都及其短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水、小區(qū)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動化程度低，但是隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，住房制度改革的不斷深入，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，人口的增多和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、可靠性提出了越來越高的要求，也直接體現(xiàn)了城市小區(qū)物業(yè)管理水平的高低。傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式有:恒速泵加壓供水、水塔高位水箱供水、氣壓罐供水、液力藕合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式、單片機變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等方式。傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式普遍不同程度的存在浪費水力、電力資源;效率低;可靠性差;自動化程度不高等缺點，嚴重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。尋求供水與能耗之間的最佳性價比，是困擾企業(yè)的一個長期問題。目前各供水廠的供水機泵設(shè)計按最大揚程與最大流量這一最不利條件設(shè)計，水泵大多數(shù)時間在設(shè)計效率以下運行。導致電動機與水泵之間常常出現(xiàn)大馬拉小車問題。因此，如何解決供水與能耗之間的不平衡，尋求提高供水效率的整體解決方案，是各個供水解水企業(yè)關(guān)心的焦點問題之一。隨著人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性要求的不斷提高，需要利用先進的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，要求設(shè)計出高性能、高節(jié)能、能適應供水廠的復雜環(huán)境的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。隨著科學的發(fā)展，變頻器的使用也越來越廣泛，不管是工業(yè)上還是家用電器上都會用到變頻器?？梢哉f，只要有三相異步電動機的地方，就有變頻器的存在。也隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和人們對生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能和高品質(zhì)的供水質(zhì)量等特點，廣泛應用于多層住宅小區(qū)及高層建筑的生活、消防供水中。變頻恒壓供水的調(diào)速系統(tǒng)可以實現(xiàn)水泵電機無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓的恒定來滿足用水要求，是當今最先進、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動控制、壓頻比控制及各種保護功能上。應用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機構(gòu)。為了滿足供水量大小需求不同時，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進行閉環(huán)控制。從查閱大量的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設(shè)計時都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機組運行的情況，因而投資成本較高。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相應的軟件予以實現(xiàn)，有的采用單片機及相應的軟件予以實現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標來說，遠遠沒能達到所有用戶的要求。在實際應用中如何充分利用專用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設(shè)計變頻恒壓供水設(shè)備、降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。變頻恒壓供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投資，運行的經(jīng)濟性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢，而且具有顯著的節(jié)能效果。目前變頻恒壓供水系統(tǒng)正朝著高可靠性、多品種系列化、全數(shù)字化微機控制的方向發(fā)展。追求高度智能化、標準化、系統(tǒng)化是未來供水設(shè)備適應城鎮(zhèn)建設(shè)中成片開發(fā)、網(wǎng)絡供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢。變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用于生活水、工業(yè)用水以及消防用水等多種場合的供水要求，該系統(tǒng)具有如下幾個特點：(1)供水系統(tǒng)的控制對象是用戶管網(wǎng)的水壓，是過程控制量，同其他一些過程控制量(如:溫度、濃度、流量等)一樣，對控制作用的響應具有滯后性。(2)用戶管網(wǎng)中因為有管阻等因素的影響，同時又由于水泵自身的一些特有的特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個線性系統(tǒng)。(3)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)要具有廣泛的通用性，面向各種各樣的供水系統(tǒng)，而不同的供水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、用水量和揚程等方面存在著較大的差異性，因此其控制對象的模型具有很強的多變性以及不確定性。(4)在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于有定量泵的加入，而定量泵的控制是時時發(fā)生的，同時定量泵的運行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確定性地發(fā)生變化。所以認為變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是時時變化的。(5)用變頻器進行調(diào)速，用調(diào)節(jié)泵和固定泵的組合進行恒壓供水，節(jié)能效果十分顯著，對每臺水泵進行軟啟動，啟動電流可從零到電機額定電流，減少了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊同時減少了啟動慣性對設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命。(6)當出現(xiàn)意外的情況(如突然停水、斷電、泵、變頻器或軟啟動器故障等)時，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況點自動進行切換，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。在故障發(fā)生時，執(zhí)行專門的故障程序，保證在緊急情況下的仍能進行供水。二、 研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題：研究的基本內(nèi)容：1) 基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的系統(tǒng)組成以及工作原理。2) 基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的PLC程序的設(shè)計。3) 狀態(tài)循環(huán)轉(zhuǎn)換控制的電氣設(shè)計方案。4) 上、下位機的通信模塊。擬解決的主要問題： 1、掌握基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的工作原理。 2、基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。 3、PID算法在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中的應用。 4、完成上、下位機的通信設(shè)置，通過通信模塊實現(xiàn)對供水系統(tǒng)的遠程監(jiān)控和故障報警。 三、研究步驟、方法及措施：步驟及方法： (1)了解國內(nèi)外PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展動態(tài)。 (2)掌握基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的工作原理。 (3)重點討論PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計、PID算法在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中的應用以及上、下位機的通信設(shè)置，通過通信模塊實現(xiàn)對供水系統(tǒng)的遠程監(jiān)控和故障報警。 (4) 設(shè)計一套由PLC、變頻器、遠傳壓力表、多臺水泵機組、計算機、通信模塊等主要設(shè)備構(gòu)成的全自動變頻恒壓供水及其遠程監(jiān)控系統(tǒng)。 (5)得出結(jié)論。措施：圖書館查找相關(guān)的書籍、期刊、雜志等，通過上網(wǎng)尋找相關(guān)的一些資料，查看當代對該技術(shù)的研究成果和最新的動態(tài)。然后通過對這些資料的學習和研究進一步的熟悉和理解設(shè)計所需的相關(guān)知識。在設(shè)計過程中及時與指導老師探討，對不了解的問題及時向老師請教。 四、 參考文獻 1蔡美琴,張為民.MCS-51系列單片機系統(tǒng)及其應用（第二版）M.高等教育出版社.x.1. 2顧繩谷,姚守秋.電機及拖動基礎(chǔ)M.機械工業(yè)出版社.x.8. 3徐科軍,馬修水，李曉林.傳感器與檢測技術(shù)（第二版）M.電子工業(yè)出版社.x.2. 4夏德鈐,翁貽方.自動控制理論（第三版）M.機械工業(yè)出版社.x.1. 5邵玉森,戴先中.過程控制工程（第二版）M.機械工業(yè)出版社.x.1. 6吳志敏,楊勝峰.西門子PLC與變頻器、觸摸屏綜合應用教程M.中國電力出版社.x.7. 7孫凱.基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計J.中國制造業(yè)信息化.x. 8熊幸明.變頻調(diào)速技術(shù)的應用與發(fā)展J.長沙大學學報(自然科學版).x. 9任琪.基于PLC變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計J.信息系統(tǒng)工程.x. 10崔玉川,傅濤.我國城市給水發(fā)展現(xiàn)狀與特點J.中國給水排水.1999. 11楊凌云.PID調(diào)節(jié)器在恒壓供水系統(tǒng)中的應用J.微機算計信息，2001. 12蔣藝,楊俊生.變頻調(diào)速器在供水系統(tǒng)中的應用J.山東冶金.1999. 13姜學軍,劉新國，李曉靜等.計算機控制技術(shù)（第二版）M.x.7. 14黃金波,郭麗春.可編程控制器在自動給水系統(tǒng)中的應用J.遼寧工程技術(shù)大學學報(自然科學版)，2002. 15云飛.變頻調(diào)速水泵的能耗分析J.流體機械,2001.12. 16Raymond G,Jacquet. Modern control system，1981. 17Power, Robert B. Pump up your energy saving. Chemical Engineering. New York. Feb 1994. 18林俊贊,李雄松,尹元日.PLC在恒壓供水控制系統(tǒng)中的應用J.電機電器技術(shù).1999. 19Szychta, Leszek. System for optimizing pump station control-PartJ.World Pumps.x.