基于PLC控制的小区高层集中供水系统的设计

1、文档来源为：从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持国家级大学生创新创业训练计划”项目申报书机械电气化工程学院基于 PLC 控制的小区高层集中供水系统的设计创新训练项目创业训练项目创新创业训练项目李建军塔里木大学教务处二一三年三月填写须知一、项目分类说明：1. 创新训练项目是本科生个人或团队，在导师指导下，自主完 成创新性实验方法的设计、设备和材料的准备、实验的实施、数 据处理与分析、总结报告撰写等工作。2. 创业训练项目是本科生团队，在导师指导下，团队中每个学 生在项目实施过程中扮演一个或多个具体的角色， 通过编制商业 计划书、开展可行性研究、模拟企业运行、进行一定程度的验证 试验

2、，撰写创业报告等工作。3. 创新创业训练项目是学生团队，在学校导师和企业导师共同 指导下，采用前期创新训练项目（或创新性实验）的成果，提出 一项具学 院:项目名称:项目类型:负责人:文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .欢迎下载支持有市场前景的创新性产品或者服务，以此为基础开展创业文档来源为：从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持实践活动。申报该类项目需额外提交企业导师合作指导协议书作 为附件。二、 申报书请按顺序逐项填写， 填写内容必须实事求是，表 达明确严谨。空缺项要填“无” 。三、申请参加大学生创新创业训练计划项目团队的人数含负 责人在内不得超过 5 人。四

3、、填写完后用 A4 纸张双面打印，不得随意涂改。文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .欢迎下载支持高月2至月5负责人名姓业专在所ai mE-项目组成员指导教师名姓军建李i院在所院学程工化气电械机ai mE-介简师导20叽叽其肌1亀匕5側鳥讪文洎015O目SS3Gm龈项KS77妇筋金ZZO0/茅基D22IO力aT ( B电T项-学02士大仃页木 G学里免#8G工塔研设00，持与的E师主计机肿。设雾i究真喷匚研仿量少M的的变究则电统觉研月发系视的8源制机备年能控算设77吐！皿竹9再I于艺1可水基工,节& R牛汉仏唯点热箒、丫智颂fcr2，能花金醋男皆怖甬柯刊,从能兵制、建

4、要阳与物核李主太参余中雲空控主讣行皿进喫也LL影件P MHM,置7水编运呼供.OD件动nnp硬仙经陀喙P血协s M供旳J-B量区二给变加套西濒島用变压频计运由恒紂放oK-RJyv上咸諦管a硼组需节55 等逻调。统系附自懐M制进统二讷控C系牽及环88右冰以P闭13左供器使O字躯频用而B 00附紂廐从pP 3代C系医型po介EB调频22简在子程匸7-目W门编和/S项Q西统频4、括系变C2一包制制DD兴特W、二文档来源为：从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持三、项目方案（项目内容、项目目标、技术路线、实验方案）项目内容：1、 本项目供水控制系统主要由PLC、变频器、远传压力表和多台水泵

5、机组等主要设备构建，为提高变频器的使用效率，减少设备投资，采用一台变频器分别拖动多台水泵电机变频运行的方案。2、设计 PLC 控制程序，实现水泵的变频起动，保证水泵从变频到工频的可靠、安全的切换。3、设定 PID 调节参数，实现在全流量范围内靠变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合， 维持供水压力恒定。项目目标：1、 使用简单、编程灵活的西门子PLC 和内置 PID 调节模块的三菱变频器作为主要控制设备， 利用变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合，确保恒压供水。2、 以闭环控制方式不断采集传感器反馈的管网水压信号，经过PID 运算调节，不断与给定值 进行比较，控制变频器输出频率变化，实现

6、变频恒压供水的目的。3、 可通过自动工频运行、 远程手动控制和现场手动控制等方式确保供水，具有故障实时的现场报警功能。4、 根据项目中的理论要求及技术路线写出1-2 篇论文（争取有一定的价值并得到发表）。技术路线：如图 1 所示为生活消防供水系统流程图。系统启动后，系统内部进行参数设定（变频器、时间 计数器等的参数），系统进行初始化。之后系统内部进行检测，若是系统内部有故障，则系统中显示 装置显示“系统故障，建议使用旁路控制供水泵的工作。系统若无故障，自检没有结束，则系统从 新自检，直至自检完成。自检结束后，系统启动生活/消防双恒压供水系统程序。无火灾信号时，系统启动生活供水程序（一水泵供水）

7、。出现火灾信号时，系统停止生活供水功能，转为消防供水。当火灾信号消失后，系统重新转为生活供水程序。图 1 供水系统流程实验方案：1、异步电动机调速方法及选择水泵通过联轴器由三相异步电动机来拖动，因此水泵转速的调节，实质就是需要调节异步电动 机的转速。由三相异步电动机的转速公式：式中，n异步电动机转子转速，r/min ；p异步电动机磁极对数；f异步电动机定子电压频率，即电源频率；s转速差可知调速方法有：变极调速、变转差调速和变频调整。由上式可得通过调节电动机的电源频率来实现电机转速的调节方式，这种调速方式需要专用的 变频装置，即变频器，项目拟采用变频调速方式控制恒压供水系统。2、根据上述总体设计

8、方案，泵站恒压供水电气系统可由以下几部分组成（1） 主电路：通过接触器、断路器等电气设备为主水泵及辅泵拖动电动机提供工频及变频电源；（2） 电气控制电路：成对主电路的继电控制，实现手动或自动控制的切换；（3） 变频控制电路：根据压力设定及压力传感器的压力检测信号，由变频器输出变频电源；文档来源为：从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持提供最高频率、上下限频率及启动频率等信号；并能实现PID 调节；（4）PLC 控制系统：包括硬件线路和软件控制程序，完成对恒压供水系统压力设定、顺序控 制、信号指示报警及与上位机的通讯联络。3、电控系统主电路如图 2 所示为电控系统主电路图。三台电机分

9、别为M1、M2、M3。接触 KM1、KM3、KM5分别控制 M1、M2、M3 的工频运行；接触器 KM2、KM4、KM6 分别控制 M1、M2、M3 的变频运行，BB1、BB2、BB3 分别为三台水泵电机过载保护用的热继电器；QA1、QA2、QA3、QA4 分别为变频器和三台水泵电机主电路的断路器；QA0 主电源开断路器， WVF 为一般变频器。正常情况下，系统启动后经过变频器控制水泵的开启。系统按照给定工作情况工作：生活供水 时，系统启动一台水泵轮换工作，当水管压不足时，变频器调节电机转速，使得水压升高。当水管 压力过高时，变频器频率降低，水压降了下来；消防供水时，系统启动两台水泵供水，当压

10、力不足 时，变频器频率增大，使得水泵供水量增大，当压力还不能满足需要时，可以启动第三台水泵。当 消防任务完成后，系统水泵开启数逐个退出，直到剩下一台水泵时为止。变频器出现故障时，系统丧失自动供水功能，这时可通过旁路控制来实现生活消防供水，而控 制电路可以在此期间检修后投入使用。图 2 系统主电路图文档来源为：从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持四、 项目特色与创新1、 在变频调速恒压供水系统中，单台水泵工况的调节是通过变频器来改变电源的频率f 来改变电机的转速 n 从而改变水泵抽水量得以实现的。并且水泵转速的工况调节必须限制在一定范围之内，也就是不要使变频器频率下降得过低，避免水

11、泵在低效率段运行。2、变频调速恒压供水自动控制系统由可编程控制器、变频器、水泵电机组、压力传感器、计算机以及接触器控制柜等构成。系统采用一台变频器拖动3 台电动机的起动、运行与调速。压力传感器采样管网压力信号，变频器输出电机频率信号，这两个信号反馈给 PLC 的 PID 模块，PLC 根据这两个信号经 PID 运算发出指令，对水泵电机进行工频和变频之间的切换。3、根据德国 SIMENS 公司的 S7-200 系列 CPU 中的 PID 算法的实现。运用 STEP7-Micro/win4.0编程软件设计了一个用于供水系统压力控制的PID 控制器，该控制器对压力给定值与测量值的偏差进行处理，实时控

12、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，使管网压力稳定在设定值附近。4、 管网阀门动作和电机接触器动作都通过中间继电器上接PLC 输出端口；压力传感器采样管网压力信号，变频器输出电机频率信号，这两个信号反馈给PLC 的模拟量输入端口，控制系统根据这两个信号，可以自动实现水泵电机的起停、运行和调速，自动实行变频一工频的切换，自动完成相应阀门的开关。工人操作简单，极大的减轻了工人的劳动强度。五、 项目预期成果1、 运用西门子软件建立模拟系统模型。2、 设计恒压供水控制模拟系统。3、 写出出 1-2 篇论文（争取有一定的价值并得到发表）。六、项

13、目进度安排2013.5-8 根据所收集的资料以及制定的方案，对主电路结构进行模拟试验。2013.8-12 对控制电路进行设计，软件调试，模拟仿真分析；根据试验结果，设计供水装置总体构 架，形成技术资料。2014.3-6继续对其他结构进行现场试验，验证控制系统的可行性。2014.7-9根据现场试验结果，对设计装置进行改进，使该供水装置达到设计目标。2014.10-12 收集并整理项目所涉及的资料，撰写结题报告准备结题。文档来源为：从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持七、项目经费使用计划1、资料调研及文印（购买书籍，文献检索，资料打印等） ：0.15 万2、 仪器设备费 0.35 万（接触器 6 台，空气开关 3 台，1.5mm 导线若干，万能表一台，万用电路板 若干；电烙铁 2 把，锡丝若干以及各种辅助工具等）上述的材料的邮费。3、 用于实验的西门子软件一套0.2 万元4、 论文发表费用（版面费，审稿费等）：0.35 万5、能源及其它：0.15 万合计：1.2 万元文档来源为：从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持指导教师意见：该项目立意新颖，适合用于城镇小区需求，研究方案合理，项目成员具有良好的思想品