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基于PLC的恒压无塔供水系统毕业设计(开题报告)85


本科毕业设计开题报告

题 专

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基于 PLC 的恒压无塔供水系统设计

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电气与信息工程学院 自动化 06-1 班 XXX XX XXX 教授

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XXXXXX 本科毕业设计开题报告

基于 PLC 的恒压无塔供水系统设计

来源

工程实际

1、研究目的和意义 水是生命之源,人类生存和发展都离不开水。随着社会的发展和进步,城市高层建筑的供水 问题日益突出,对供水质量的要求进一步提高。一方面要求避免因压力的波动而造成的供水障碍, 另一方面要求保障供水的可靠性和安全性,甚至于在火灾发生时也能可靠供水。基于这两方面的 要求,PLC 控制的恒压无塔供水系统应运而生。该系统集自动化技术、现代控制技术、电气传动技 术、变频技术于一体,可以显著提高供水系统的稳定性和可靠性,也有利于实现供水系统的集中 管理与监控。此外,变频恒压供水系统还具有良好的节能性,这在大力提倡节能降耗的今天尤为 重要。本论文将围绕变频恒压控制技术开展研究工作,以期为城市供水行业技术进步和科技应用 做出贡献。 (全套资料请联系 QQ397679637) 2、国内外发展情况(文献综述) 我国长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后,工 业自动化程度低。主要表现在用水高峰期水的供给量常常低于需求量,出现水压降低供不应求的 现象;而在用水低峰期水的供给量常常高于需求量,出现水压升高供过于求的情况,此时不仅会 造成能量的浪费、供水电机的不必要损耗,而且还有可能造成水管因受压过大而爆裂以及用水设 备的损坏等等不良情况的发生。 变频恒压供水技术是在变频调速技术基础之上逐渐发展起来的。在初期阶段,变频器主要用 来进行频率控制、变速控制、正反转控制、启制动控制、压频比控制等。在这个阶段,变频器仅 仅用作变频恒压供水系统的执行机构。为了在供水量需求不同时,保证管网压力恒定,还需要在 变频器外部增加压力传感器和压力控制器,以对压力进行闭环控制。在供水工程中,也是采用一 台变频器只带一台水泵机组的方式,几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况,造成 投资成本很高。随着变频恒压供水系统在稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点逐渐显 现出来,再加上其显著的节能效果,许多变频器生产厂家开始推出具有恒压供水功能的变频器, 例如:日本 Samco 公司就推出了恒压供水基板,具有“变频泵固定方式”和“变频泵循环方式” 两种工作模式,它将 PID 调节器和 PLC 可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上,通过设置 指令代码实现 PLC 和 PID 等电控系统的功能,在应用时只需搭载配套的恒压供水单元,便可以直 接控制多个内置的电磁接触器工作,最多可构成 7 台电机(泵)的供水系统。这类控制设备虽然微

化了电路结构,降低了设备成本,但因其输出接口的扩展功能缺乏灵活性,系统的动态性能和稳 定性也不高,且难以与别的监控系统和组态软件实现数据通信,限制了带负载的容量,其实际使 用范围受到不小的限制。 后来日本富士电机公司推出了新一代风机、 水泵专用型变频器 FRENIC-VP 系列,VP 系列变频器具备适合 HVAC(Heat Ventilation Air Conditioner)行业所需的最佳功能, 节省空间,操作简便,机型丰富,全球通用。该类变频器能够适应风机、水泵等二次方递减转矩 负载特性,节能、省力,充分挖掘了系统的应变能力,满足了整体成本下降的需要。 国内不少公司在做变频恒压供水工程时,大多采用国外的变频器来控制水泵的转速并实现管 网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制,有的还需要采用可编程控制器辅以相应的软件予以实 现,有的则采用单片机及相应的软件予以实现。从使用调查情况来看,虽然取得了可喜的进步, 但在系统的动态性能、稳定性能抗干扰性能以及开放性等方面,还没有完全达到用户的要求。原 深圳华为(现己更名为艾默生)电气公司和成都希望集团(森兰变频器)也推出了恒压供水专用变频 器(5.5kw~22kw),无需外接 PLC 和 PID 调节器,可完成多达 4 台水泵的循环切换、定时启停及定 时循环控制工作。该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现,但其输 出接口限制了带负载的数量,也不具有数据通信功能,只适用于小容量、控制要求不高的供水场 所。 (全套资料请联系 QQ397679637)

3、研究/设计的目标: 本设计要求以 PLC 为核心设计一个恒压无塔供水系统,包括生活用水的恒压控制和消防用水 的恒压控制——即双恒压系统,实现: (1)可编程控制器 PLC 需根据恒压供水的需要,通过反馈信息控制启动电机泵的数量。 (2)系统具有生活、消防双恒压控制功能,正常生活供水时,一台电机泵连续运行的时间不 得超过 40 小时,并轮流切换。 (3)在用水高峰期时,系统能够根据用水需求量控制 1~2 台电机泵同时协调工作,保证用 水需求的正常供给。 (4)具有电机泵过载保护、变频器报警输出和自动复位等保护措施。 (5)电机泵在启动时具有变频软启动功能,且采用分组方式运行。 (6)主要电器设备及元件选择设计要合理,符合电气标准。 (7)要求控制系统可以与上位机进行通信,并可通过上位机进行远程监控和报警。

4、设计方案(研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等) : 研究/设计方法

通过 PLC 控制器控制变频器,再通过变频器调节电机泵的运行状况,以此实现正常的供水。

图 2-1:恒压供水系统控制方案原理框图

加水入口 通讯接口 消防用水

JS

浮 球 开 关

变 频 器

M1 M2 M3 M4

生活用水

PLC

蓄水池

压 力 变 送 器

图 2-2:生活消防双恒压供水系统构成图

理论分析: 恒压供水站一般需设多台电机泵,这比设单台电机泵更加节能而可靠。因为配单台电机泵时, 它的功率必须足够大,在用水低峰期时使用一台大电机泵无疑造成浪费,但如果电机泵选小了, 在用水高峰期时又会出现供水不足的现象,而且电机泵损坏需要维修时,使用别的电机泵承担供 水任务是必要的。所以,应该根据供水的具体需求选择两台以上电机泵(本设计以三台电机泵为 例) 。 恒压供水系统的主要目标是为了保证管压网水压的恒定,电机泵的转速会随着用水量的变化 而变化,这就要求变频器对电机泵进行供电控制。这也有两种配置方式:一是为每台电机泵配一 台变频器,这种方式,电机与变频器间不需要切换,但是购买变频器的费用较高,成本过大;另 一种方式是一台变频器控制多台电机泵,变频器与电机泵之间可以切换,供水运行时,一台电机 泵变频运行,其余电机泵共频运行,这种方式,不仅可以满足不同用水量的需求,而且可以充分

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