恒压变频供水电气控制系统设计（全套含CAD图纸）
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毕业设计 (论文 )开题报告 学 生 姓 名： 学 号： 专 业 ： 机械工程及自动化 设计 (论文 )题目 ： 恒压变频供水电气控制系统设计 指 导 教 师 : 开题报告填写要求 1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档 标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量（不包括辞典、手册）； 4 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2009 年 3 月 15 日”或“ 2009 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 摘要 随着社会经济的迅速发展，水对人民生活与工业生产的影响日益加强，人们对供水的质量和供水系统可靠性的要求不断提高。变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便地实现供水系统的集中管理和监控；同时系统具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业 效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。文献综述介绍了变频恒压供水系统的相关应用技术和资料。 关键词 变频调速 恒压供水 变频恒压供水控制技术发展背景 众所周知，水是人类生产生活中不可缺少的重要组成部分，在节水节能已成为时代特征的今天，我国由于水资源和电能短缺比较严重，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环用水等方面技术一直比较落后，而且自动化程度低。这主要是由于受陈旧的供水设备和输送管路的限制，例如在用水高峰期，水的供给量常常低于需求量，出现水压降 低，水供不应求的现象；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，水供过于求的现象，此时将会造成能量的浪费，同时有可能使水管爆破和用水设备的损坏。因此如何保证在供水量波动的时候水压恒定，采取变频调速恒压控制是现代供水控制系统的主要方式。它利用 感器、变频器及水泵机组组成闭环控制系统，使管网压力保持恒定，代替了传统供水控制方案，具有自动化程度高，高效节能的优点，在小区供水和工厂供水控制中得到广泛应用，并取得了明显的经济效益。 2 变频恒压供水控制技术特点 变频调速技术，简单讲就是 通过改变定子供电频率来达到电机调速的目的。由于异步电机的同步转速与输入电源频率成正比关系，所以改变输入电源的频率就改变了电机 的同步转速，这也就达到了交流电机的调速要求。变频器就是利用变频调速技术开发的典型产品，兼有调频调压两种功能。 现在，变频调速技术已被国内外公认为交流调速领域里最理想调速方式。 变频调速的优点是可以做到无极并精确调 速，调速范围大，变频调速系统可同时满足调速精度和节能两个要求，达到高性能、高动态、高品质的行业标准。并且正日益向着智能化、自适应、自诊断的方向发展，给各种实际应用带来很大的方便和经 济效益。当今微电子技术迅速发展，器件质量好，也为能供应高性能，高可靠性，高控制精度的变频器创造了条件。 恒压供水技术是指无论用户端用水量大小，总保持管网中水压基本稳定，这样既可满足各部位的用户对水的要求，又不使电动机空转，造成电能的浪费。恒压供水系统的特点：高效节能，按需要设定供水压力，根据管网用水量来变频调节水泵转速，使水泵始终在高效率工况下运行，同普通的无塔供水设备相比，节能效果达 20。起动平衡，保护功能完善，起动电流可限制在额定电流以内，消除了水泵电机直接起动时对电网的冲击和干扰，并且设备控 制系统具有短路、过流、过压、过载、欠压、过热等多种保护功能，大大提高了工作效率，延长了水泵的使用寿命。当变频器发生故障时，能够自动转换至工频运行，确保供水不间断。突然停电后再来电，设备能够自动启动运行。 变频调速恒压供水系统的主要特点是 :高效节能，运行合理；投入小，效率高；配置灵活，自动化程度高，功能齐全，安全可靠；由于能对水泵实现软停和软启，可消除水锤效应；操作简单，省时省力。因此，变频器恒压供水系统必定将成为供水系统的主流。 3 变频恒压供水系统的关键技术 制技术 在 连续控制系统中，常采用 比例 )、 分 )、分 )控制方式，称之为 制。 制是连续控制系统中技术最成熟、应用最广泛的控制方式。具有以下优点 :理论成熟，算法简单，控制效果好，易于为人们熟悉和掌握。在供水系统的设计中，选用了具有 节模块的变频器来实现闭环控制保证供水系统中的压力恒定，较好地满足系统的恒压要求。 上位机通信技术 由于本系统采用计算机作为上位机实现监控，故必须实现 三菱 列 通讯接口为 422，而计算机采用 232 串行通讯接口，要实现通讯，必须进行接口类型的转换。与计算机链接，是用专用协议进行数据传输，考虑到距离原因，选用 信方式。为此在 计算机之间增加扩展的通讯模块号转换器 信适配器 信用功能扩展板 中扩展板 装在 部，只起接口变换的作用。通过正确连接，可完成 间的信号转换，其传输距离最大达500 米。 态软件技术 一套基于 台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。 用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。使用此组态软件进行变频恒压供水系统的动画运行和调试。 4 变频恒压供水控制技术国内 外发展的态势 传统的供水方式主要有 :恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水。恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反应，水泵的增减都依赖人工进行手工操作，自动化程度低，而且为保证供水，机组常处于满负荷运行，不但效率低、耗电量大，而且在用水量较少时，管网长期处于超压运行状态，爆损现象严重，电机硬起动易产生水锤效应，破坏性大，目前较少采用。水塔高位水箱供水具有控制方式简单、运行经济合理、短时间维修或停电可不停水 等优点，但存在基建投资大，占地面积大，维护不方便，水泵电机为硬起动，起动电流大 等缺点，频繁起动易损坏联轴器，目前主要应用于高层建筑。气压罐供水具有体积小、技术简单、不受高度限制等特点，但此方式调节量小、水泵电机为硬启动且起动频繁，对电器设备要求较高、系统维护工作量大、而且为减少水泵起动次数，停泵压力往往比较高，致使水泵工作在低效段，同时出水压力无谓的增高，也使浪费加大，从而限制了其发展。 综上所述，传统的供水方式普遍不同程度的存在效率低、可靠性差、自动化程度不高等缺点，难以适应当前经济生活的需要。随着交 流电机变频调速技术的日臻完善，变频调速恒压供水方式可以很好地克服传统供水方法的缺点成为一种很有发展前途的供 水方式。 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、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。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功能的变频器，像日本 司，就推出了恒压供水基板，备有“变频泵固定方式”，“变频泵循环方式”两种模式。它将 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 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 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。对于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 的采用单片机及相应的软件予以实现。这两种控制方案，从可靠性方面讲， 于单片机，从经济性方面看，单片机优于 变频与工频电源的切换技术上，多数采用主电路串接软启动器的方法进行降压启动 ，也有采用切换时封锁变频器的控制脉冲，使变频器输出为零，再切换到工频电源上。这两种方法，前者容易实现，软起动器一般为成品部件，但设备投资较大；后者设备投资少，但频率波动大，易引起水管管网压力不稳定。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（现已更名为艾默生）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（ 22无需外接 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 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。 5 结论 变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体， 采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便地实现供水系统的集中管理和监控，同时系统具有良好的节能性。研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。所以我将运用所学知识，综合各种软硬件资源，完成变频恒压供水系统的设计与开发。 参 考 文 献 1 宋序彤 . 我国城市供水发展有关问题分析 J. 北京：城镇供水， 2001(2). 2 魏景田 . 基于变频调速的恒压供水系统 J. 北京：科技资讯， 2008(2). 3 张燕宾 . 频调速应用技术 M. 北京：机械工业出版社， 2002. 4 周芝峰，张星 . 变频器在供水系统中的节能分析 J. 北京：变频器世界，2000(10). 5 金传伟，毛宗源 . 变频调速技术在水泵控制系统中的应用 J. 北京：电子技术应用， 2000(2). 6 陈新恩 . 变频调速恒压供水系统中的 制研究 J. 武汉：西南给排水，2008(5). 7 马桂梅 . 泵变频调速时的节能方案讨论 J. 四川：四川工业学院学报，2003(3). 8 文永起 . 基 于 变频恒压供水系统研究 J. 北京：化学工程与装备，2008(2). 9 胡纲衡 . 交流变频调速的切换控制技术 J. 北京：电工技术， 2001(6). 10 水泵使用手册 M. 上海：上海第一水泵厂， 2007. 11 三菱 列变频器使用手册 M. 上海：三菱电机自动化 (上海 )有限公司，2008. 12 陈立定 . 电气控制与可编程序控制器 M. 第一版，广州：华南理工大学出版社， 2001. 13 张建会 . 基于 供水泵站的远程监控系统 J. 北京：工业 控制计算机，2006(7). 14 杜水友，压力测量技术及仪表 M. 北京：机械工业出版社， 2006. 15 三菱 列 户手册通信篇 M. 上海：三菱电机自动化 (上海 )有限公司， 2008. 16 户指南 M. 北京：北京昆仑通态自动化软件科技有限公司， 2007. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 一 课题研究内容 本课题以供水管网压力稳定控制为研究对象，综合应用变频器、 态软件 等硬软件平台，研究并建立供水管网压力稳定控制的方案，设计一个变频恒压供水系统的实验原型，完成系统原型的部分软件开发工作。 二 研究途径 本系统是以 为主要控制设备来设计变频调速恒压供
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