基于S7-200的楼宇恒压供水控制系统设计开题报告.doc

浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（开题报告）毕业设计(论文)开题报告信息与电子工程系工业电气自动化专业03级(1)班课题名称：基于S7-200的楼宇恒压供水系统设计毕业设计(论文)起止时间：学生姓名：指导教师：报告日期：浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（开题报告）1本课题所涉及的问题在国内(外)的研究现状综述变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、起制动控制、压频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。从查阅的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都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，因而投资成本高。随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器，像日本Samco公司，就推出了恒压供水基板，备“变频泵固定方式”，“变频泵循环方式”两种模式。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，只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多7台电机(泵)的供水系统。这类设备虽微化了电路结构，降低了设备成本，但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不高，与别的监控系统(如BA系统)和组态软件难以实现数据通信，并且限制了带负载的容量，因此在实际使用时其范围将会受到限制。目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转速，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器(PLC)及相应的软件予以实现；有的采用单片机及相应的软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求。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(5.5kw22kw),无需外接PLC和PID调节器，可完成最多4台水泵的循环切换、定时起、停和定时循环。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容量，同时操作不方便且不具有数据通信功能，因此只适用于小容量，控制要求不高的供水场所。可以看出，目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性(EMC)的变频恒压供水系统的水压闭环控制研究得不够。因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践。国外交流变频调速技术高速发展的特点：市场的大量需求，随着工业自动化程度的不断提高和能源全球性短缺，变频器越来越广泛地应用在机械、纺织、化工、造纸、冶金、食品等各个行业，并取得显著的经济效益。尤其在水泵、风机方面的应用，取得了显著的节能效果。功率器件的发展近年来高电压大电流的SCR,GTO,IGBT,IGC等器件的生产以及并联、串联技术的发展应用，使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。控制理论和微电子技术的发展，矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊控制等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础。16位、32位高速微处理器以及信号处理器(DSP)和专用集成电路(ASIC)技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能化提供了硬件手段9因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践。控制理论和微电子技术的发展，矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊控制等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础。16位、32位高速微处理器以及信浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（开题报告）号处理器(DSP)和专用集成电路(ASIC)技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能化提供了硬件手段9配套部件生产的社会化、专业化基础工业和各种制造业的高速发达，为变频器相关配套部件生产的社会化、专业化提供了可靠保证。国内变频调速技术进展状况：电气传动系统通常由电动机、控制装置和信息装置三部分组成7。电气传动关系到如何合理地使用电动机，以节约电能和有效控制机械的运转状态(位置、速度、加速度等)，实现电能到机械能的高效转换，最终达到优质、高产、低耗的目的的问题。电气传动分成不调速传动和调速传动两大类，调速又分交流调速和直流调速两种方式不调速就是传动电动机直接由电网供电，而没有经过电力变换过程的传动方式。随着电力电子技术的发展，为了节约电能(节约1520%或更多)、改善产品质量、提高产量，这类原本不调速的机械越来越多的改用调速传动方式运行。在我国，60%的发电量是通过电动机消耗掉的4。因此，如何利用电机调速技术进行电机运行方式改造以节约电能一直得到国家重视9。目前，电机调速技术已具备比较完备的技术和实践基础。近年来，交流调速中最活跃、发展最快的就是变频调速技术。，。变频调速是交流调速的基础和主干内容。上个世纪变压器的出现使改变电压变得很容易，从而造就了一个庞大的电力行业。但长期以来，交流电的频率却一直固定而不能受人为控制。变频调速技术的出现使频率变成可以利用的资源1。现在，我国已有很多的公司、工厂和研究所从事变频调速技术的研究开发工作。但自行开发生产的变频调速产品，和国际上的同类产品相比还有比较大的技术差距，随着改革开放和经济的高速发展，变频调速已形成了一个巨大的市场。为适应经社会经济和社会建设的高速发展，我国采取要么直接从发达国家进口现成的变频调速设备，要么内外结合，国内的相关部门在自行设计制造的成套装置中采用外国进口公司和合资企业的先进设备，然后自己开发应用软件的办法，很好地为国内重大工程项目提供了电气传动控制系统的解决办法，适应了社会的需要。总之，虽然国内变频调速技术取得了较好的成绩，但是总体上来说国内自行开发、生产相关设备的能力还比较弱，对国外公司的依赖性还很严重。当前国内变频调速行业的主要特点有变频器的整机技术落后，国内虽有很多单位投入了一定的人力、物力，但由于分散并没有形成一定的技术和生产规模。变频器产品所用半导体功率器件的制造业几乎是空白。相关配套产业及行业落后。产品可靠性及工艺水平不高。交流变频调速技术高速发展的特点:市场的大量需求：随着工业自动化程度的不断提高和能源全球性短缺，变频器越来越广泛地应用在机械、纺织、化工、造纸、冶金、食品等各个行业，并取得显著的经济效益。尤其在水泵、风机方面的应用，取得了显著的节能效果。功率器件的发展：近年来高电压大电流的SCR,GTO,IGBT,IGC等器件的生产以及并联、串联技术的发展应用，使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。控制理论和微电子技术的发展：矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊控制等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础。16位、32位高速微处理器以及信号处理器(DSP)和专用集成电路(ASIC)技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能化提供了硬件手段。浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（开题报告）2.设计(论文)要解决的问题和拟采用的研究方法供水系统的基本特性：供水系统的基本特性和工作点扬程特性是以供水系统管路中的阀门开度不变为前提，表明水泵在某一转速下扬程H与流量Q之间的关系曲线)(QfH，如图1所示。由图2.1可以看出，流量Q越大，扬程H越小。由于在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量的大小主要取决于用户的用水情况，因此，扬程特性所反映的是扬程H与用水流量Q。之间的关系。而管阻特性是以水泵的转速不变为前提，表明阀门在某一开度下，扬程H与流量Q之间的关系)(QCfH。管阻特性反映了水泵的能量用来克服泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律。由图可知，在同一阀门开度下，扬程H越大，流量Q也越大。由于阀门开度的改变，实际上是改变了在某一扬程下，供水系统向用户的供水能力。因此，管阻特性所反映的是扬程与供水流量QG之间的关系)(QGfH。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点，如图1中A点。在这一点，用户的用水流量QC和供水系统的供水流量QG处于平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。图1供水系统的基本特性研究的主要内容：通过前面对传统供水现状和变频恒压供水系统的应用前景分析可知，变频调速恒压供水系统在我国已成为供水行业发展的主流趋势。变频恒压供水系统主要由变频器、可编程控制器、人机界面(HMI)、各种传感器等组成。本文研究的目标是对恒压控制技术给予提升，使系统的稳定性和节能效果进一步提高，操作更加简捷，故障报警及时迅速，同时具有开放的数据传输。该系统可以用于深井泵恒压供水系统，各类型的自来水厂，供热和空调循环用水系统、消防用水系统、工业锅炉补水系统，还可以广泛应用于化工、制冷空调和其他工业及民用领域。本文研究的主要内容如下:a、通过扬程特性曲线和管阻特性曲线分析供水系统的工作点，根据管网和水泵的运行曲线，说明供水系统的节能原理。b、分析变频恒压供水系统的组成及特点，探讨变频恒压供水系统的控制策略，并归纳实用性的控制方案。c、内置PID变频器的算法和选择。d、PLC的介绍和分析。e、设计变频恒压供水系统的硬件和软件。