毕业设计（论文）-双恒压供水系统设计.doc

Annual straw consumption is about 300 (15x20) million tons to 450 (15x30) million tonnes. Around each plant to town for curing Center straw briquette factory, about 30, curing each straw briquette factory production capacity of 10,000 tons per year, production of major products supply power plants and the rest as ordinary fuel. Chapter III, section I industry investment analysis investment benefit analysis, industry profitability industry benchmark yield to 12%, more than a moderate level of profitability, have higher profitability. Secondly, solvency, with good profitability and, hence, have enough liquidity. Three biomass energy resource in China, industry growth prospects are very experienced and bright prospects for development of biomass power generation industry. On one hand, the sown area of 1.8 billion mu of crops, the year produces 700 million tons of matter. Apart from the parts used in papermaking and livestock feed, and the rest will be done fuel use. The other hand, Chinas current forest area of about 175 million hectares, the forest coverage rate of 18.21%, every year through normal Bush stumping rejuvenation, forest thinning, hedgerow fruit trees and the collection of forest felling, bucking, processing residues, biomass resources available at about 800 million to 1 billion tons. Theory of biomass energy resource in China close to 1.5 billion tons of standard coal. By 2020, the biomass energy development and utilization of capacity of 500 million tons of standard coal, equivalent to more than 15% supplies. And extremely low sulphur content of the biomass 0.3%, 1/4 not to the sulphur content of the coal. Development of biomass solid fuels, implement coal alternatives, significantly reduces the carbon dioxide and sulfur dioxide emissions, have a significant environmental benefit. Second section industry investment opportunities for promoted health material energy of steadily development, September 2006, Treasury, and national development and Reform Committee, and Ministry of agriculture, and national tax General, and national forestry Council joint introduced has on development biological quality energy and biological chemical tax support policy of implementation views, in risk avoid and compensation, and raw materials base grants, and model grants, and tax relief, aspects for development biological quality energy and biological chemical developed has specific of tax support policy. In addition, since the renewable energy law came into effect on January 1, 2006, making a complete set of administrative rules and regulations also promulgated. On October 4, 2006 of the Ministry of the interim measures for the administration of special funds for renewable energy development, the approach of special funds to support key, application and approval, financial management, checking and supervision of comprehensive provisions. The regulations: development of special funds established by the financial departments of the State Council, the use of special funds for the development include free grants and subsidized loans, through the central financial budget. According to the role of biomass energy and the countrys status quo, is currently focused on the development of the project are as follows: (1) recent development priorities: biomass gasification and gas, biomass gasification power generation, large biogas, biomass direct combustion heating (2) medium-and long-term development projects: height of biomass gasification power generation project (BIG/CC), the production of hydrogen from biomass such as resource in China close to 1.5 billion tons of standard coal. By 2020, the biomass energy development and utilization of capacity of 500 million tons of standard coal, equivalent to more than 15% supplies. And extremely low sulphur content of the biomass 0.3%, 1/4 not to the sulphur content of the coal. Development of biomass solid fuels, implement coal alternatives, significantly reduces the carbon dioxide and sulfur dioxide emissions, have a significant environmental benefit. Second section industry investment opportunities for promoted health material energy of steadily development, September 2006, Treasury, and national development and Reform Committee, and Ministry of agriculture, and national tax General, and national forestry Council joint introduced has on development biological quality energy and biological chemical tax support policy of implementation views, in risk avoid and compensation, and raw materials base grants, and model grants, and tax relief, aspects for development biological quality energy and biological chemical developed has specific of tax support policy. In addition, since the河南工业职业技术学院毕业论文设计摘 要该毕业设计对环保、节能、自动补压型给水设备作了介绍。从节能科技的实践出发，阐述了变频调速技术在高楼给水设备中的应用。以PLC电路控制方式，介绍了智能水压控制系统的工作原理及PLC控制系统。在分析水压控制的工作流程的基础上，给出了PLC控制系统的硬件和软件设计。智能水压控制系统的基本控制策略是：采用电动机调速装置与可编程控制器（PLC）构成控制系统，进行优化控制,完成供水压力的恒定控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入变频器运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。AbstractBe graduation practices turn to have filled up pressure type water supply equipment work to environmental protection , energy conservation , automation introduce that. The frequency conversion speed regulation technology having set off from energy conservation science and technology practice , expounding hits the target in high building water supply equipment applying。Introduced the intelligent hydraulic pressure control system principle of work and the PLC control system. In in the analysis hydraulic pressure control work flow foundation, has produced the PLC control system hardware and the software design. The intelligent hydraulic pressure control system basic control strategy is: Uses the electric motor speeder and the programmable controller (PLC) constitutes the control system, carries on the optimized control,Completes the water supply pressure the constant control, when pipe network current capacity change achieved the stable water supply pressure and saves the electrical energy the goal. The system control goal is the pumping station main pipe water leakage pressure, the system hypothesis carries on the comparison for the hydraulic pressure value and 双恒压无塔供水系统的概述 随着人民生活水平的日趋提高，新技术和先进设备的应用 ，使给供水设计得到了发展的机遇，当前住宅建筑的小区规划趋向于更具人性化的多层次住宅组合，不再仅仅追求立面和平面的美观和合理，而是追求空间上布局的流畅和设计中贯彻以人为本的理念，特别是在市场经济的浪潮中，力求土地使用效率的最大化。于是选择一种符合各方面规范、卫生安全而又经济合理的供水方式，对我们给供水设计带来了新的挑战 。 双恒压供水是指在供水管网中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。供水网网（系出口）压力值是根据用户需求确定的。传统的恒压供水方式是采用水塔、高位水池、气压罐等设施来实现。随着变频调速技术的日益成熟和广泛应用，利用变频器、PID调节器、传感器、PLC等器件的有机结合，构成控制系统，调节水泵的输出流量，实现恒压供水。该技术已在供水行业普及。我们的设计采用一台变频器和PLC来控制两台水泵的“单双、双单”切换运行，实现双恒压供水的稳定 。Added. Finally, foreign investment risk, there are also opportunities. Financial crisis caused the stock and corporate bond prices plummeted, early Chinese banks foreign exchange assets in the foreign exchange reserves investment and losses, but at present the international prices of many financial assets in a low, to promote foreign mergers and acquisitions in China and promoting enterprise going out diversified cooperation, actively explore overseas resources and markets and opportunities. Meanwhile, in response to the adverse impact of world economic crisis on China, the State Council announced 10 measures to expand domestic demand and promote growth over the next two years the implementation of these measures will take about 4 trillion yuan central budget support. The 4 trillion yuan investment has an inkling, transportation, forestry, water conservancy, peoples livelihood, environmental protection and other areas will be skewed. Increased investment will play a significant role in promoting Chinas economic growth, at the same time, there should be other pro-growth measures rolled out. A series of positive measures by the State and function of 4 trillion the Central Treasury, our economy will be sustained, stable and rapid development gradually. Section II market analysis of technical feasibility of biomass fuel shaping technology and equipment is the core of industrialization of biomass briquette fuel. Biomass briquetting technology refers to a certain temperature and under pressure, will be scattered and various shapes of biomass raw materials into high density, with a variety of fuels technology. Biomass briquetting equipment including screw-extrusion molding machines, mechanical piston stamping forming machine, ring die-roll and hydraulic piston stamping molding machines. Mechanical piston forming and hydraulic piston forming machine total up production efficiency low energy high, former of productivity low, actual productivity in 100-200 kg, main work parts life low not for industrialization production; which main work parts life long, but highest production capacity lower energy high; from technology index view, ring die roll pressure type forming machine production rate highest, energy low, products cost low, while technology content also high, for Yu scale production promotion. Since in the 1980 of the 20th century, Chinas bio-technology research and development have made great progress, national research and production equipment of enterprises or research institutes has dozens of homes. Chinas industrialization of biomass briquette fuel prototype is formed, however, to be mature and realize industrialization, you first need to overcome some constraints, some technical obstacles. Includes the main working parts of the short working life, poor ability to coordinate equipment systems, running unstable, and so on. Also, due to the lack of effective industrial practices, solid biomass industry is still in its infancy in China. Biomass fuel shaping technology, stable performance and low power consumption of the device is the core of industrialization of biomass fuel, good industry and the Governments support and the necessary funding is a prerequisite for industrialization of biomass briquette fuel. To compress biomass briquette processing cost, you will need to yield power, vulnerable performance and low cost, labor cost, control three aspects. Meanwhile, burning of biomass is also on the industrys core technology, generally, because of biomass fuels to replace coal, can be used, in fact, due to biomass29目 录前言1第1章 系统设计要求及设计方案.21.1毕业设计任务书 .21.2 总体方案.31.3 恒压供水技术实现. .31.4 系统的构成及工作特性. .5第2章 系统设计可行性分析实现. .82.1 总体设计分析.82.2系统设计方案及实施.11第3章 硬件单元电路设计 . .113.1主电路方面器件. .103.2压力传感器检测部分. .143.3可编程控制程序.163.4变频器选型及说明 .173.5主电路设计. .19第4章 变频器模块.204.1、变频理论 .204.2 变频器的PID组成部分.234.3变频器PID控制系统的概述.254.4变频器的PID功能预置. . .274.5低频模拟输出量A/D转换. .29第5章 系统调试. .295.1系统PLC控制流程图. . .305.2可编程控制PLC 、I/O分配图、 PLC接线 梯形图及指令.335.3变频器内部结构端子及参数设置. .39第6章 结束语.41第7章 毕业设计心得. .48附录注释、参考文献.50前 言 变频调速技术(variable velocity valiable frequency technology)是一项综合现代电气技术和计算机控制的先进技术，广泛应用于水泵节能和恒压供水领域。变频调速技术用于水泵控制系统，具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等优点。在大力提倡节约能源的今天，推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技节能装置，对于提高劳动生产率、降低能耗具有重大的现实意义。可以说变频调速技术是一项利国利民、有广泛应用前景的高新技术。依靠现代化技术手段对生产过程进行控制和管理，提高设备运行效率和可靠性，节省宝贵的水、电资源，是技术发展的必然趋势。交流电机变频调速技术是一项业已广泛应用的节能技术。由于电子技术的飞速发展，变频器的性能有了极大提高，它可以实现控制设备软启软停，不仅可以降低设备故障率，还可以大幅减少电耗，确保系统安全、稳定、长周期运行。 长期以来区域的供水系统都是由市政管网经过二次加压和水塔或天面水池来满足用户对供水压力的要求。在小区供水系统中加压泵通常是用最不利用水点的水压要求来确定相应的扬程设计，然后泵组根据流量变化情况来选配，并确定水泵的运行方式。由于小区高楼用水有着季节和时段的明显变化，日常供水运行控制就常采用水泵的运行方式调整加上出口阀开度调节供水的水量水压，大量能量因消耗在出口阀而浪费，而且存在着水池“二次污染”的问题。变频调速技术在给水泵站上应用，成功地解决了能耗和污染的两大难题。本控制系统PLC、带PID的变频器、相应的压力传感器和执行机构有机地结合起来，发挥各自优势，使得系统调试和使用都十分方便，而且大大简化了小区在管理、数据统计和分析等方面的工作量。实践证明，本系统不仅满足了生活的需要，提高了整个小区的整体管理水平。由于小区高楼供水的自动化技术改造在我国有着广泛的前景，本控制系统具有较大的发展潜力和使用价值。有消防信号外部输入接口。当有火警或火灾信号到来时，系统能自动切换到火灾状态；(2)便于灵活配置常规泵、消防泵及其他功能泵，便于实现供水泵房全面自动化；(3)工作泵与备用泵不固定，可自动定时轮换，有效地防止因为备用泵长期不用时发生的锈死现象；(4)如果有需要可扩展实现联网控制，便于实现楼宇自动化管理。变频调速技术用于民用消防给水系统可以依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足民用和消防用水要求。不论是设备的投资、运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。第1章 系统设计要求及设计方案1.1 毕业设计任务书 一、课题名称：双恒压无塔供水控制系统设计二、指导老师：谷刚三、设计内容与要求1、课题概述PLC控制的恒压无塔供水是一种新的控制方式，主要是针对城市高层建筑的供水问题。他一方面能通过变频调速的恒压控制实现供水的水压稳定，提高供水质量，另一方面能保证供水的可靠性和安全性，在发生火灾时能可靠地供水。双恒压即指的是生活用水的恒压和消防用水的恒压控制。2、设计内容与要求内容：恒压无塔供水系统的控制控制要求：1）工艺流程图说明：EQ为高低水位控制器，用来控制注水阀YV1自动把水注满储水水池，水位低于高水位则自动注水。水池的高低水位同时送入PLC作为低水位报警用。SLL和SLH为高低水位传感器。生活用水和消防用水共用两台泵，平时电磁阀处于失电状态，关闭消防管网，两台水泵使生活供水在恒压状态。当火灾发生时，电磁阀YV2得电，关闭生活用水水网，二台泵供消防用水使用，并根据用水量的大小，使消防供水也处于恒压状态。2）控制要求 （1）生活供水时系统低恒压值运行，消防供水时系统高恒压值运行 （2）二台泵根据恒压的要求，采取“先开先停”的原则接入和运行即：起动时，M1（或M2，可选择）先变频起动，用水量一定时，变频器频率稳定在某一值。用水量增加时，M1输出频率增加，当达到50HZ后，延时5S，M1切换为工频运行，M2变频起动运行。用水量又减小时，经延时5S，M1停，M2仍为变频运行。用水量继续减小，M2将运行于最低转速。如此时用水量增加，则系统转为M2工频，M1变频，如此周而复始。（每一个状态之间的转换均有5S的延时） （3）二台泵采用变频器控制其起动和水压的恒压控制（4）具有完善的显示和报警如：变频器故障指示、变频运行指示、工频运行指示（5）在应急或临时检修时，对泵的操作有工频手动控制功能。1.2 总体方案1.2.1变频恒压供水系统主要特点： 1. 节能，可以实现节电20%-40%，能实现绿色用电。 2. 占地面积小，投入少，效率高。 3. 配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。4. 运行合理，由于是变频启动，不但可以消除水锤效应，而且电机轴上的平均扭矩和磨损减小，减少了维修量和维修费用，并且水泵的寿命大大提高。 5. 由于变频恒压调速直接从水源供水，减少了原有供水方式的二次污染，防止了很多传染疾病的传染源头。 6. 通过自动控制，可以实现无人值守，节约了人力物力。这种变频器只要配套恒压供水系统单元，便可直接控制多个电泵工作，不需外配价格昂贵的PID调节器、PLC控制器，功能强大且成本较低。这种专用的变频调速恒压供水控制电路，是通过设置指令代码，方便灵活的实现PLC、PID等控制系统的功能。简化了电路结构，提高了系统的可靠性，设备的成本大幅度下降。 该系统控制方便、安全可靠，系统无需改线，便可实现选择的水泵切入退出，保养检修十分方便，变频器的功能十分完善，设有电流、电压等各种保护及报警措施，一旦变频出现故障，系统可以切换到工频运行，避免断水，安全可靠。1.2.2 传统定压方式的弊病： 1. 管理不便、因与大气连通易引起的管道腐蚀。 2. 由于水箱内微生物、藻类孳生，还可能对系统造成二次污染，所以每年定压水箱都需定期维护，并由卫生防疫部门检验。 3. 定压水箱需占用较大空间，需要专门的地点来放置。 4. 高位定压水箱系统的控制靠投入泵的台数来调节，但这种调节方式不能做到供水量和用水量的最佳匹配，水泵长期偏离高效区工作，效率低下。 5. 系统频繁的起停泵，对水泵、电机及开关器件都会缩短使用寿命。 6. 使用高位水箱供水，在系统流量较大时，管网压力会有较大的变化，造成部分用户资用压头不够，出现诸如流量不足、冷热不均等情况。 7. 在供水泵的选型上，设计人员为了提高系统安全系数，电机选型都较大；在用水负荷较小或低区采用减压阀、节流孔板等来调节剩余水头时，大量的能量消耗在阀上，都造成电能的浪费。 1.3 恒压供水技术实现 通过安装在管网上的压力传感器，把水压转换成420mA的模拟信号，通过变频器内置的PID控制器，来改变电动水泵转速。当用户用水量增大，管网压力低于设定压力时，变频调速的输出频率将增大，水泵转速提高，供水量加大，当达到设定压力时，电动水泵的转速不在变化，使管网压力恒定在设定压力上；反之亦然。 目前交流恒压无塔供水技术是一项业已广泛应用的节能技术。由于电子技术的飞速发展，变频器的性能有了极大提高，它可以实现控制设备软启软停，不仅可以降低设备故障率，还可以大幅减少电耗，确保系统安全、稳定、长周期运行。 长期以来区域的供水系统都是由市政管网经过二次加压和水塔或天面水池来满足用户对供水压力的要求。在高楼供水系统中加压泵通常是用最不利用水点的水压要求来确定相应的扬程设计，然后泵组根据流量变化情况来选配，并确定水泵的运行方式。由于小区用水有着季节和时段的明显变化，日常供水运行控制就常采用水泵的运行方式调整加上出口阀开度调节供水的水量水压，大量能量因消耗在出口阀而浪费，而且存在着水池“二次污染”的问题。变频调速技术在给水泵站上应用，成功地解决了能耗和污染的两大难题1.4 系统的构成及工作特性1.4.1 变频恒压供水系统及控制参数选择： 1. 变频恒压供水系统组成 变频恒压供水系统采用一电位器设定压力，采用一个压力传感器（反馈为420mA）检测管网中压力，压力传感器将信号送入变频器PID回路，PID回路处理之后，送出一个水量增加或减少信号，控制电动机转速。如在一定延时时间内，压力还是不足或过大，则通过PLC作工频/变频切换、供水泵数量增加减小，使实际管网压力与设定压力相一致.另外，随着用水量的减少，供水泵投入运行数量减小，变频器自动减少输出频率，达到了节能的目的。两台水泵根据用水量的多少，按一定的控制逻辑运行，使供水在恒压状态下进行。工作流程是利用设置在管网上的压力传感器将管网系统内因用水量的变化引起的水压变化，及时将信号（4-20mA或0-10V）反馈PID调节器，PID调节器对比设定控制压力进行运算后给出相应的变频指令，改变水泵的运行或转速，使得管网的水压与控制压力一致。电机泵组交流接触器组PLC变频器压力传感器管道2. 变频恒压供水系统的参数选取 合理选取压力控制参数，实现系统低能耗恒压供水。这个目的的实现关键就在于压力控制参数的选取，通常管网压力控制点的选择有两个：一个就是管网最不利点压力恒压控制，另一个就是泵出口压力恒压控制。两者如何选择，我们来简单分析一下。管网最不利点压力恒定时，管网用水量由QMAX减少到Q1，水泵降低转速，与用水管路特性曲线A（不变）相交于点C，水泵特性曲线下移，管网最不利点压力H0。而泵出口压力恒压控制时，则H0不变，用水量由QMAX减少到Q1与H0交于B点，用水管路特性曲线A上移并通过B点，管网最不利点压力变为Hb，Hb - H0的扬程差即为能量浪费，所以选择管网最不利点的最小水头为压力控制参数，形成闭环压力自控系统，使得水泵的转速与PID调节器设定压力相匹配，可以达到最大节能效果，而且实现了恒压供水的目的。 变频器在投入运行后的调试是保证系统达到最佳运行状态的必要手段。变频器根据负载的转动惯量的大小，在启动和停止电机时所需的时间不相同，设定时间过短会导致变频器在加速时过电流、在减速时过电压保护；设定时间过长会导致变频器在调速运行时使系统变得调节缓慢，反应迟滞，应变能力差，系统易处在短期不稳定状。1.4.2 工作特性：采用PLC工业自动化技术控制装置。通常不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境进行调试进行恒压用水控制。使用变频器后，机泵的转速不再是长期维持额定转速运行，减少了机械磨损，降低了机泵故障率，而且主泵定时轮换控制功能自动定时轮换主泵运行，保证各泵磨损均匀且不锈死，延长了机泵使用寿命。变频器的无级调速运行，实现了机泵软启动，避免了电机开停时的大电流对电机线圈和电网的冲击，消除了水泵的水锤效应。 新型的高楼变频恒压供水系统采用水池上直接安装立式泵，控制间只要安放一到两个控制柜，体积很小，整个系统占地就非常小，可以节省投资。另外不用水塔或天面水池、控制间不设专人管理、设备故障率极低等方面都实现了进一步减少投资，运行管理费低的特点，再加上变频供水的节能优点，都决定了小区变频恒压供水系统的投资回收期短，一般约2年。 为了变频器不跳闸保护，现场使用当中的许多变频器加减速时间的设置过长，它所带来的问题很容易被设备外表的正常而掩盖，但是变频器达不到最佳运行状态。所以现场使用时要根据所驱动的负载性质不同，测试出负载的允许最短加减速时间，进行设定。对于水泵电机，加减速时间的选择在0.2-20秒之间。 1.4.3 主要研究设计：变频调速恒水位供水系统现状和发展 主要介绍其系统的目的和意义，变频器供水的发展史一直到广泛应用，随着技术的发展，其优越性越来越多，主要是节能、恒压、综合技术的集成等，以后将朝大容量、小体积、高性能、易操作、寿命高、可靠性强、无公害化发展；介绍了LG公司的产品IG5，FX-2N PLC选型， PLC与继电器控制系统以及其特点。变频调速恒水位供水系统的理论原理以及总体方按的设计 主要是变频器的构成、控制方式和形式，控制方式有三种形式：V/F控制、转差频率控制、矢量控制；变频器的节能、调速原理；变频器的工况点的确定和能耗机理分析，以及系统调速范围的确定。变频调速恒供水系统方案；控制系统的工作过程 系统的工作过程分为以下三个工作状态：1#电机变频启动；1#电机工频运行，2#电机变频运行；2#电机单独变频运行；变频工频切换技术解决方案。1系统硬件设计（主电路、控制电路）；P LC 接线图设计，包括输出输入上元件的分配及编号，PLC 模拟量输入，两块数字扩展模块，一块扩展模块所构成。2应用软件设计（PLC程序设计） 主要介绍了编程软件的特点、语言和梯形图其本绘制规则；控制系统程序设计主要包括七大程序，分别是初始化程序、停机程序、阀门开关程序、水泵电机启动程序、电机变频/工频切换程序；整个系统程序的工作过程以及编程中应注意的细节。第章 系统设计可行性分析实现2.1 总体设计分析目前，住宅小区高楼变频恒压供水系统设计方案主要采用“一台变频器控制一台水泵”(即“一拖一”)的单泵控制系统和“一台变频器控制多台水泵”(即“一拖N”)的多泵控制系统。随着经济的发展，现在也有采用“二拖三”、“二拖四”、“三拖五”的发展趋势。“一拖N”方案虽然节能效果略差，但独有投资节省，运行效率高的优势;具有变频供水系统启动平稳，对电网冲击小，降低水泵平均转速，消除“水锤效应”，延长水泵阀门、管道寿命，节约能源等优点，因此目前仍被普遍采用。“一拖N”多泵系统的一般控制要求 （1）多泵循环运行程序控制 以“一拖二”为例:先由变频器启动1#水泵运行，若工作频率已达到变频器的上限值50Hz而压力仍低于规定值时，将1#水泵切换成工频运行，此时变频器的输出频率迅速下降为0，然后启动2#水泵，供水系统处于“1工1变”的动行状态;反之，若变频器工作频率已下降至下限值(一般设定为2535Hz)而压力仍高于规定值时，令1#水泵停机，供水系统又回复到1台水泵变频运行状态。如此循环不已。其他的“一拖N”程序控制，依此类推。循环顺序为：其中1#B为1号泵变频运行；2#B为2号泵变频运行；1#G为1号泵工频运行；2#G为2号泵工频运行。当系统开始工作时，水压传感器把实测水压值变成控制标准电流(4mA20mA)输入模拟块，经A/D模数转换后，进入PLC与设定的压力值比较。对比较得出的电压差进行PID(比例、积分、微分)运算，并以此结果控制变频器的输出频率，以调整变频泵机的转速，使1#B变频运行，确保在不同供水流量变化下，水厂出水口的压力保持恒定。当流量继续