智能小区变频恒压供水控制系统设计毕业设计开题报告.doc

电信学院毕业设计开题报告姓 名田欢欢专业电气工程及其自动化班级2班学 号03230212指导教师吴丽珍题目类型工程设计题 目智能小区变频恒压供水控制系统设计一、毕业设计的主要内容、功能及技术指标1、 毕业设计的主要内容设计一个变频恒压供水控制系统，系统中应结合微机技术、变频技术与电机控制技术。毕业设计的主要内容为：（1）掌握水利工程对控制、通信等的需求，提出综合自动化系统方案。（2）提出综合自动化系统的硬件方案和方案论证优化。（3）完成软件需求的系统分析。（4）完成软件的编制（PLC的编程与说明）。（5）绘制系统总体结构图、系统原理图、电气控制原理图、软件流程图（6）按期完成毕业设计说明书的撰写（7）充分准备，顺利完成毕业答辩2、 设计实现的主要功能（1）配水中心的上位机由工控机组成，上位机具有：整个供水系统的工艺流程图；显示管道压力变化曲线，泵的运行状况（开或关）信号；生成并打印用户所需的报表。实现供水系统的优化调度，达到节约能源和降低设备损耗的目的；提供全方位的报警功能，可在多种画面中以直观方式通知调度人员系统发生异常；实现供水系统的实时控制和手动遥控功能以及对泵站控制器的参数远程设置。（2）各水泵的一用一备运行方式的自动控制、本地手动控制的选择和控制；各台水泵的安全启动控制，泵出口蝶阀控制；故障报警功能。（3）能自动24小时维持恒定压力，并根据压力信号自动启动备用泵，无级调整压力，供水质量好，与传统供水比较，不会造成管网破裂及水龙头共振现象。（4）启动平滑，减少电机水泵的冲击，避免传统供水中的水锤现象。（5）采用变频恒压供水保护功能齐全，运行可靠。恒压供水系统具备了过流，过压，欠压， 欠相，短路保护，瞬时停电保护，过载，失速保护等功能，功能完善，完全自动化，泵房不设岗位，只需派人定是检查保养。3、 主要技术参数与技术指标 小区调水系统：1号泵站 1台110KW交流电动机，交替工作，变频调速。 深井泵站4个30KW交流电动机，工频运行。 2号加压泵站 1台90KW交流电动机，变频调速。 流量范围 03000m3；压力范围 01.8Mpa二、选题背景及依据传统的高塔供水系统受到地理位置的限制，无法满足恒压，节能，安全，可靠的功能。节能将是设计中特别要考虑的问题，因此拟采用变频调速技术。通过压力传感器从供水管网中取出信号（压力信号），输入到PLC,经处理运算后，输出信号给变频机器，变频器通过改变输出电压及频率控制水泵运转速度，从而平稳的改变供水量，在保证压力的前提下改变流量节能供水。恒压供水系统能自动控制一至多台水泵和一台备用泵的运行。恒压供水系统具备了过流，过压，欠压，欠相，短路保护，瞬时停电保护，过载，失速保护，主轴定时轮换控制等功能，功能完善，完全自动化，泵房不设岗位，只需派人定时检查保养。恒压供水系统实现了系统供水压力稳定而流量可在大范围内连续变化，从而可以保证用户任何时候的用水压力，不会出现在用水高峰期水管压力太小的情况。它改变传统的采用水塔，高位水箱，气压罐等设施来实现恒压供水方式。真正做到智能，节能，卫生安全而经济合理的供水方式。参考文献： 1 曲丽萍 楼宇自动化系统M. 中国电力出版社，20022 钟肇新 可编程序控制器原理及应用M. 华南理工大学出版社，20023 王常力、罗安住 分布式控制系统（DCS）设计与应用实例M，电子工业出版社，2004；4 周万珍 高鸿斌. PLC分析与设计应用M. 电子工业出版社，20045 MCGS 5.5软件手册6 研华工控机手册7 ABB变频器操作手册8 西门子PLC手册9 IEC.International.Standard1131:Programmable.Logic.Controllers.Part3:Languages.10 G. Frey and L.Litz,Formal methods in PLC programming.Proc.of the IEEEConference on Systems Man and Cybernetics,pp2431-2436,200011 三、设计（研究）思想、解决的关键问题、拟采用的技术方案、设计（研究）工作步骤设计（研究）内容：设计内容：本论文结合我国中小城市供水厂的现状，设计了一套基于PLC的变频恒压供水系统，该系统，通过控制器可以调节和控制管网的压力，该控制器PID内置在PLC中。控制器对压力给定值与测量值的偏差进行处理，实时控制变频器的输出电压和频率，进而改变水泵电动机的转速来改变水泵出水口流量，实现管网压力的自动调节，该系统不仅有效地保证了供水系统管网压力恒定，而且更好的达到节能节水的目的，并且上位机对供水管网的压力和水位变化及时做出恰当的反应。 能自动24小时维持恒定压力，并根据压力信号自动启用备用泵，无机调整压力，供水质量好，与传统供水比较，不会造成管网破裂及水龙头共振现象。设计思想：采用计算机控制技术，用PLC作为整个控制系统的主控制器，并与变频器构成闭环自动供水系统。一方面可以对水泵流量、管网压力以及蓄水池水位进行自适应控制，满足用户需要，另一方面PLC还能控制电机启动，并通过变频器进行无级调速，同时还可以消除水锤效应，保护电机与管网，减小维护工作量，提高生产效率，并大大降低了工人的劳动强度，提高了系统的可靠性和自动化程度。关键问题：组态监控界面设计；PID调节器的设计；变频调速问题；PLC 的软件应用及编程；在PLC软件开发环境下的程序调试；PLC与上位机的通信问题；原理框图：工控机是对下位机实行实时监控的上位机，它可以控制整个系统的工作情况，它的监控界面由组态软件组态实现。通过通信接口和PLC相连。PLC实现宏观调控，而变频器则执行微观调控，两者紧密结合，共同完成系统的变频恒压控制任务。采用电动机变频调速装置与可编程控制器（PLC）构成控制系统。PLC负责按扭、模拟信号和其它开关量信号的输入，以及发出信号去控制接触器、变频器等电气组件，进而控制水泵的运转及整个系统的正常运行。另外PLC还负责各种异常情况的处理。而变频器则控制当前电机转速，使转速跟随供水压力的变化而变化，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的死循环控制。在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约能源的目的。系统的控制目标是泵站总管的压力稳定在设定的压力值上。也就是说PLC是宏观调控，变频器则是微观调控两者紧密结合，共同完成了系统的变频恒压控制任务。整体控制过程如下：对水泵电机进行无级调速确保水量的供需平衡，通过压力传感器从供水管中取出信号（压力信号），变送器将信号变换成模拟电压输入到PLC，由CPU定时采集信号经过A/D转化和给定值比较，经过PID调整，输出信号给变频器。变频器通过改变输出电压及频率控制水泵运转速度，从而平稳地改变供水质量，在保证压力的前提下，变流量节约供水。四、硬件设计（一）模块设计硬件是整个系统设计的重点部分，根据设计内容和功能要求，将硬件设计分为三个模块来完成： 1.主电路图设计主电路图由电源、变频器、水泵以及相关保护器件连接而成。电源是380V的三相交流电，通过断路器和变频器连接上，变频器连接水泵，控制电机的转速。图中的接触器由PLC直接控制，决定水泵的启停。 2.PLC端子接线设计 在设计中，PLC采用直流输入继电器输出的接线方式，根据设计的内容和功能要求，确定出整个系统有32个数字量输入到PLC，有1个模拟量输入到PLC，有34个数字量从PLC输出。在输入端有的通过按钮输入，有的则是触点输入，都由同一直流电源供电。输出端接的是24V直流电源，外加一个继电器驱动接触器的电路。 3.直流电源和报警电路设计 在本设计中用到只是24V的直流电源，经过分析采用单相桥式整流电容滤波电路充当直流电源。当发生故障时，系统要发出报警，以便提示工作人员，在设计中经过对比，采用555定时器组成的多谐振荡器构成报警电路。（二）器件选型 根据性能指标和技术参数，来选择器件的型号。由于设计中的PLC输入输出点比较多需要数字/模拟模块扩展，另外就是考虑到编程软件的性能。所以本设计中选取三菱公司生产的FX2N系列的PLC，变频器根据水泵的参数来选择，设计中选取安川公司生产的CIMR-F7A4系列的器件，软启动器选用西门子3RW30型的器件。其他器件是依据水泵、变频器、软启动器的额定电压和额定电流配套选择的。五、软件设计系统的软件设计主要就是PLC的程序设计，采用的是根据系统的控制流程和控制目标，在PLC编程软件上编写梯形图程序，然后传给PLC的方法。由于设计中所用的PLC是三菱公司生产的FX2N系列PLC，软件设计是整个恒压供水控制系统设计的关键，系统的重要功能的实现和顺序控制都依靠于它，它的设计好坏直接影响到对整个控制系统的质量好坏和功能的实现。 六 上位机组态界面 上位机，它由工控机组成，在系统中具有整个供水系统的工艺流程图；显示管道压力变化曲线，泵的运行状况（开或关）信号；生成并打印用户所需的报表；故障报警显示。上位机的功能结合组态软件的性能，决定选取MCGS5.1版的组态软件来完成上位机界面组态。MCGS5.1版的组态软件性能优越功能强大，在设计中水泵、水阀、水厂、报警指示灯：由对象组件库引入；管道：通过流动块构件实现；管道压力控制：通过滑动输入器实现；压力的显示：通过旋转仪表、标签构件实现；报警实时显示：通过报警显示构件实现；动态修改报警限值：通过输入框构件实现；数据显示窗口；实时数据：通过自由表格构件实现；历史资料：通过历史表格构件实现；实时曲线：通过实时曲线构件实现；历史曲线：通过历史曲线构件实现。总结 本设计利用变频调速技术解决了传统供水方式中浪费能源的问题；系统控制过程中，实现了系统供水压力稳定而流量可在大范围内连续变化，从而可以保证用户任何时候的用水压力，提高了供水系统的可靠性。 在设计完成之后，也发现本系统存在着一些不足之处和需要改进的地方：尽管本系统中的PID算式基本能够满足系统的需求，但是还是有一定的超调量，如果能够采用变速积分的PID或者采用带前馈控制器的PID（参见英文资料翻译文献），这样调节效果会更好一些。由于时间和条件的限制，上位机组态界面设计不够完善，以后有时间的话，加以改进。另外PLC程序在通用性方面不够理想，若有条件的话加以完善。七、毕业设计（论文）工作进度安排第 一 周：分析设计任务，调查研究，收集和了解相关信息。第 二 周：拟定课题