基于PLC的变频恒压供水系统毕业设计开题报告.doc

SJ003-1 2014 届毕业设计（论文）开题报告 课题名称 基于PLC控制的变频调速恒压供水系统课题类型 毕业设计 毕业论文起止时间 2014年2月22日2014年2月28日一、选题背景及其依据众所周知，中国是一个农业大国。农业的发展离不开供水，然而每年每年中国的供水能力大致在5600亿左右，按现状的用水结构，就是农业用水占到64%左右，工业用水占到22%左右，城市用水大约在11%左右。由此可见，农业用水占到一个相当大的比例。根据调查，建国之初农业用水占的比例是97%，经过这么多年的努力已经减少到64%，就是农业用水的比例是下降的。现如今有些国家已经出现水资源短缺，为解决这一问题，我们不得不发展节水农业。本次设计我们将围绕这一理念，研究基于PLC控制的变频恒压供水系统的设计，以此来代替传统农业供水系统，从而达到供水的稳定，满足灌溉的需求和水资源合理分配的目的。这篇文章介绍的是在PLC领域的变频恒压供水系统的设计，因为变频恒压供水系统具有安全卫生、高效节能、管理方便等优点，非常适合当今农业灌溉的需求。变频恒压供水系统可以根据水量的变化，自动调节运行参数，能够在水量变化的时候保证水压恒定以满足用水要求。可以说，变频恒压供水系统是当今先进、合理的节能型供水系统。变频调速是优于以往任何一种调速方式的技术。同时，变频调速也是当今国际上一项性能最佳、效益最高、应用比较广泛、很有发展前途的电机调速技术。变频调速技术采用了微机控制技术、电力电子技术和电机传动调速技术，实现了交流电机的无极调速，具有高精度、高效率和宽范围等特性。采用PLC和变频器结合的控制系统抗干扰能力强，可靠性比以一般的控制系统要高很多。同时，采用PLC和变频器结合的控制系统还具有组合灵活、变成简单、维护方便和成本低能耗低等优点。采用这种PLC和变频器结合的控制系统来控制农业灌溉供水可以提高农业灌溉供水系统的稳定性和可靠性，方便实现供水系统的集中管理和监控；同时，还具有良好的节能性能，这在水资源日益短缺的今天是十分重要的，因此研究这个设计系统，对于提高农业生产率，改善人民生活品质，节约能源方面都有很重要的意义。二、国内外的发展状况变频调速是一种新型的成熟的交流电机的无极调速系统，变频调速设备也以其独特优良的控制性能被广泛的应用于速度控制领域，尤其是农业供水行业中。如今由于农业供水有着安全生产和供水质量的特殊需要，对恒压供水压力有着严格的要求，因此变频调速技术得到了更加深入的应用。变频调速供水设备可由编程控制器、变频调速器、控制电路及电机泵组成闭环供水控制系统，完全可以满足供水系统管网的压力保持恒定，使得整个供水系统始终保持高效节能的最佳运行状态1968年，丹麦的丹弗斯公司发明并首家生产变频器后，随着变频器技术的发展和变频恒压系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优先以及显著地节能效果被大家发现认可后，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，像瑞士的ABB集团推出了HVAC变频技术，法国的施耐德公司推出了恒压供水基板，备有PID调节器和PLC可编程控制器等硬件继承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，可构成最多七台电机的供水系统。但是也有其缺点，就是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，与别的监控系统和组态软件难以实现数据的通信，并且限制了带负载的容量，因此适用范围受到限制。目前国内有不少公司都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，水管的管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用单片机及相应的软件予以实现；有的采用PLC及相应软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗干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。原深圳华为电气公司（现已改名艾默生）和成都希望集团（森兰牌变频器）也推出了恒压供水专用变频器（5.5Kw-22kW），无需外接PLC盒PID调节器，坑完成最多四台水泵的循环切换、定时起动、停止和定时循环（丹麦丹弗斯公司的VLT系列变频器可实现七台水泵机组的切换）。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的变频恒压供水系统的水压闭环控制的研究还是不够的，因此，有待于进一步淡淡的研究改善，使其能更好的应用于生活、生产实践中。3、 设计的工作内容水泵作为供水工程中的通用机械，消耗着大量的能源，电耗往往占制水成本的60%以上，在我国，每年水泵的电能消耗占电能总消耗的21%。为了节约降耗，必须采取调节措施使泵站适应负荷变化的运行。本文介绍一种变频调速恒压供水系统，该系统可根据管网瞬间压力变化，自动调节某台水泵的转速和多台水泵的投入及退出，使管网主干管出口端保持在恒定的设定压力值，并满足用户的流量需求，使整个系统始终保持高效节能的最佳状态。在供水系统中，恒压供水是指在供水网系中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。本文采用计算机(PC)、可编程控制器(PLC)、变频器组成变频恒压供水监控系统，通过变频调速实现恒压供水、满足节能降耗的要求，而且有利于实现生产的自动化及远程监测。用水量变化具有随机性，用水高峰时水压不足，低谷时又造成能量浪费。变频恒压供水系统根据公共管网的压力变化，通过PLC和变频器自动调节水泵的增减、水泵电机的运行方式及电机的转速，实现恒压供水，既防止了能量空耗，又避免出现电机启动时冲击电流对设备的影响。本设计是以供水系统为设计对象，采用PLC和变频技术相结合技术，并引用计算机对供水系统进行远程监控和管理，保证供水系统安全可靠的运行。PLC控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、压力变送器、和水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统。根据设计要求，进行系统的总控制方案设计。硬件设备选型、PLC选型、估算所需I/O点数，进行I/O模块选型，绘制系统硬件连接图：包括系统硬件配置图、I/O连接图、分配I/O点数，、列出I/O分配表，设计梯形图控制程序，对程序进行调试和修改并设计监控系统。供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速，本次设计的关键应该是调速，其中改变电机极对数调速的调控方式控制简单，投资省，节能效果显著，效率高，但需要专门的变极电机，是有级调速，而且极差比较大，只适用于特定转速的生产机器；改变转差率调速为了保证其较大的调速范围一般采用串级调速方式，其最大优点是可以回收转差功率，节能效果好，且调速性能好，但由于线路复杂，增加了中间环节的电能消耗，且成本高；下面重点分析改变电源率调速的方法。根据公式（n=60f/p（1-s）可知，当转差率变化不大时，异步电动机的转速n基本上与电源频率f成正比。连续调节电源频率，就可以平滑地改变电动机的转速。但是，单一地调节电源频率，将导致电机运行性能的恶化。随着电子技术的发展，已出现了各种性能良好、工作可靠的变频调速电源装置，他们促进了变频调速的广泛应用。四、设计的指标要求 (1) 可实现恒压变量、双恒压变量等控制方式, 多种启停控制方式, 定压精度1%; (2) 变频器对电机进行软启软停, 减少设备损耗，延长电机寿命; (3) 具有自动、手动及异地操作功能; (4) 智能化控制，可任意修改参数指令(如压力设定值、控制顺序、控制电机数量、压 力上下限、PID值、加减速时间等); (5) 具有完善的电气安全保护措施，对过流、过压、欠压、过载、断水等故障均能自行诊断并报警。五、设计的工作步骤（1）系统主要设备选型；（2）PLC及其模块的选型；（3）变频器的选型；（4）系统主电路设计；（5）系统控制电路设计；（6）PLC的I/O端口分配及外围接线；（7）系统软件设计；（8）PLC程序设计；（9）PID参数整定；六、参考文献1 廖常初.可编程控制器的编程方法和工程应用M.重庆：重庆大学出版社，2001.2. 2 李华.变频调速技术在供水系统中的应用.电气传动自动化,2002(2):25-293 梁锡鸿.可编程控制器在供水系统中的应用.广东自动化与信息工程,2001(2):34-364 李众等.PLC变频调速恒压供水系统.华东船舶工业学院院报,2000(2):38-415史国生.电气控制与可编程控制器技术.第三版.北京：化学工业出版社，2013.1.6蒋渭忠.电力电子技术应用教程.北京：电子工业出版社，2009.5.7陈伯时.电力拖动自动控制系统：运动控制系统.第三版.北京：机械工业出版社，2003.7.8金以慧.过程控制 M.北京：清华大学出版社，1993.49张燕宾.变频调速应用实践.第一版.北京：机械工业出版社，2005.310王占奎.变频调速应用百例 M.北京：科学出版社，1999.4 七、毕业设计进度安排第一周：