浙江师范大学高职专科毕业设计.doc

浙江师范大学高职专科毕业设计(论文)开题报告 学 院职业技术学院专业机电一体化技术学生姓名孙亚军学号550931710指导教师邵金均职称助教合作导师朱春耕职称副教授论文题目基于PLC的变频恒压供水系统的设计一、选题背景和意义众所周知，水是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，在节水节能已成为时代特征的现实条件下，我们这个水资源和电能短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低，而随着我国社会经济的发展，人们生活水平的不断提高，以及住房制度改革的不断深入，城市中各类小区建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活，也直接体现了小区物业管理水平的高低。传统的小区供水方式有:恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水、液力藕合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等方式，其优、缺点如下；1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。2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，启动电流大等缺点，频繁起动易损坏联轴器，目前主要应用于高层建筑。3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、水泵电机为硬起动且起动频繁，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，致使水泵在低效段工作，而出水压力无谓的增高，也使浪费加大，从而限制了其发展。4液力涡合器和电池滑差离合器调速的供水方式易漏油，发热需冷却，效率低，改造麻烦，只能是一对一驱动，需经常检修，优点是价格低廉，结构简单明了，维修方便。5单片机变频调速供水系统也能做到变频调速，自动化程度要优于上面4种供水方式，但是系统开发周期比较长，对操作员的素质要求比较高，可靠性比较低，维修不方便，且不适用于恶劣的工业环境。综上所述，传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源，效率低，可靠性差，自动化程度不高等缺点，严重影响了居民的用水和工业系统中的用水。目前的供水方式朝向高效节能、自动可靠的方向发展，变频调速技术以其显著的节能效果和稳定可靠的控制方式，在风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用，特别是在城乡工业用水的各级加压系统，居民生活用水的恒压供水系统中，变频调速水泵节能效果尤为突出，其优越性表现在:一是节能显著;二是在开、停机时能减小电流对电网的冲击以及供水水压对管网系统的冲击;三是能减小水泵、电机自身的机械冲击损耗。PLC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，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。二、国内外研究现状、发展动态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，备有“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)也推出了厦压供水专用变频器(5.5kw一22kw)，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。三、研究的内容及可行性分析（一）研究内容： 1.概述恒压供水原理及应用领域2.恒压控制系统的功能分析及PLC控制系统的总体设计系统主要功能分析管网压力值根据用户需求确定，能利用变频器、传感器、PLC等器件调节水泵的输出流量，实现恒压供水系统基本架构设计系统工作特性分析3. PLC恒压供水控制系统关键技术分析与PLC控制程序的设计硬件设备选择PID模糊处理变频器参数设定PLC的程序流程控制及PLC控制程序设计（二）可行性分析：恒压控水系统设计是一门综合性学科，其中涉及的研究内容有可编程控制器原理及应用、电机学、传感器原理及应用、机电一体化系统设计、电路原理和自动控制原理等。目前，这些领域的研究都已经相当成熟。在研究过程中，研究人员可以对以上专业内容做进一步的深入学习和研究，查阅大量的相关资料，对恒压控水系统的动作原理和相应的软、硬件的功能进行学习和深入理解。PLC具有强大的逻辑运算、顺序控制、过程控制、定时和计数控制以及数据处理能力，有可靠的抗干扰措施，有丰富的输入输出端子，完全可以满足控水系统的控制需要。此外，PLC所采用的梯形图语言编程也很适合编程人员的编写，通过对控制过程的分析，完全可以编写出符合控制要求的程序。恒压控水系统通过安装在水泵出水总管上的远传压力表，将出口压力转换成0-5V电压信号，送入变频器，变频器根据设定的水压信号和反馈的压力信号进行比较后得到的偏差经变频器内部PID运算，得出调节参量，进而控制其输出频率的变化来改变供水量的大小。使供水系统管网中的压力保持在给定压力上：当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制器加泵。根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。当供水负载变化时，输入电机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。四、论文拟解决的关键问题及难点 1拟解决的关键问题包括：变频器根据PID调节器输出信号，及时调节输出频率，改变电机和水泵的转速，调节系统供水量，使供水管网中的压力稳定在设定压力值上。PLC将当前工作的变频泵由变频切换到工频下工作，并关断变频器，再将变频器切换到另一台泵，由变频器软启动该泵，实现工，变频启动。实现系统自动/手动转换，每台水泵的变频接触器和工频接触器在电气上的连锁。2其中的难点有：如何根据实际需要选择变频器、PLC（含PID）、电机。变频器参数设定和PID的模糊处理如何编写控制程序才能使控水系统恒压输出，水泵软启动。设计控制系统电路图 五、研究方法1文献研究法。通过图书馆或是互联网查阅相关书籍、期刊、文献资料。2观察法。可以到现场进行实地观察。3实证研究法。利用PLC设备对控制程序进行仿真。4经常和指导老师同学交流，及时将自己的想法与导师探讨。六、进度安排 确定论文题目 2009年6月19日毕业论文（设计）的任务书下达 2009年9月18日收集资料，撰写开题报告，进行开题 2009年10月9日前中期检查，完成论文的主体框架设计 2009年11月11日撰写毕业论文，完成恒压控水系统设计和PLC编程 2009年12月1日前完成论文初稿 2009年12月20日论文修改并定稿 2009年12月30日前七、主要参考文献1 张树生.机电一体化系统设计M.北京：机械工业出版社,2006.2 刘武发,刘德平.机电一体化设计基础M. 北京：化学工业出版社,2007.3 廖常初.PLC应用技术问答M.北京：机械工业出版社,2006.4 叶挺秀,张伯尧主编.电工电子学M.北京：高等教育出版社,2004.5 三菱FX系列PLC FX2N硬件手册.6 FX1S FX1N FX2N FX2NC系列编程手册.7宋序彤.我