基于PLC的变频恒压供水控制系统设计毕业论文

1、毕业设计（论文）开题报告电子信息与电气工程系（院）2010届题 目 基于PLC的变频恒压供水控制系统设计 课题类型 设 计 课题来源 自拟题目 学生姓名 顿荟丽 学 号 专 业 自动化 年级班 06级2班 指导教师 董 昭 职 称 讲 师 填写日期： 2010年 03 月 25 日一、本课题研究的主要内容、目的和意义本课题的主要内容是要设计一个由PLC、变频器、传感器等组成的三泵并联运行的具有较高自动化程度，运行可靠性强、并且节能性高的恒压供水控制系统。随着社会经济的飞速发展，城市建设规模的不断扩大，人口的增多以及人们生活水平的不断提高，对城市供水的数量、质量、稳定性提出了越来越高的要求。传统

2、供水方式占地面积大，水质易污染，基建投资多，而最主要的缺点是水压不能保持恒定，导致部分设备不能正常工作。为了保证供水，机组通常处于超压状态运行，不但效率低、耗电量大.。解决上述问题我们应该保证供水压力的稳定。恒压供水系统对于用户是非常重要的。在生产生活供水时，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响生活质量，严重时会影响生存安全，如发生火灾时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以，用水区域采用恒压供水系统，能产生较大的经济效益和社会效益。 随着变频调速技术的日益成熟和广泛应用，利用内部包含有PID调节器、单片机、PLC等器件有机结合的供水专用变频器，

3、构成控制系统，调节水泵的输出流量，实现恒压供水。恒压供水方案中变频调速恒压供水应用相当广泛。变频控制技术的进步不仅仅是异步电动机结构简单、坚固、易于维护等优点，更主要的是采用变频调速技术的异步电动机的机械特性达到了直流电动机调压调速的特性。由于计算机技术的介入，使得变频器具有丰富的功能和方便好用的特点，因此人们才有可能按照实际要求，自行构成一个适用和可靠的调速系统。变频调速恒压供水系统不仅满足了供水压力稳定的要求，而且占地面积少、节能、水泵效率高。恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，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用水要求，是当今最先进、合理的节能

4、型供水系统。在实际应用中得到了很大的发展。随着电力电子技术的飞速发展，变频器的功能也越来越强。充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面有着非常重要的意义。二、文献综述（国内外相关研究现况和发展趋向）水已经成为中国21世纪的热点问题，水有其自然属性，它既是一种特殊的、不可替换的资源，又是一种可重复使用、可再生的资源；水又有其经济和社会属性，不仅工业、农业的发展要靠水，水更是城市发展、人民生活的生命线。而高层建筑对供水系统有着更高的要求，高层建筑供水必须压力稳定，工作可靠，具有一定的经济性，并且要响应我们国家的节能减排的号召，达到节约能源的效果。变

5、频调速恒压供水技术其节能、安全、供水高品质等优点，在供水行业得到了广泛应用。恒压供水调速系统实现水泵电动机无级调速，依据用水量的变化（实际上为供水管网的压力变化）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用水要求是当今先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中如何充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频器调速恒压供水设备，降低成本、保证产品质量等有着重要意义。随着电子领域电子技术的迅速发展，变频器调速系统得到广泛应用。采用恒压供水方式不仅保证了工厂的正常生产用水，提高了人们的生活质量，同时还有效地降低了水损耗，减少了供水管道的暴烈现象。在多机组供水场合可组成控制方式，投资少

6、，收效快，节能效果显著，有利于充分发挥利用能源，提高经济效益。城市供水管网水压过高或过低，将导致电能浪费或用户用水困难。为提高水泵机组供水系统水压的稳定性，提高节电率和运行的可靠性，针对居民区用水量变化大的特点，采用恒速泵和变频调速泵.在国外自来水公司酿酒行业，水处理系统普遍采用变频恒压供水方式通过PLC和变频器相结合使用达到稳定水压变频调速节约电能的目的。在我国通用变频器自80年代进入实际应用以来，主要以交流电动机的节能应用为主。但是进入90年代以后随着计算机技术和电力电子技术的发展，通用变频器得到了迅猛飞跃，由于交流电动机结构简单，坚固耐用，无须换相装置，可适于各种工作环境，所以以通用变频

7、器为核心的交流调速系统得到广泛的应用，。大规模集成电路32为处理器和矢量控制理论的应用，使得通用变频器的性能得到了很大提高，正在逐步取代直流调速器。全自动变频调速供水设备是应用先进的现代控制理论，结合可编程控制技术、变频控制技术、采用多泵并联的供水方式，用户用水量的大小决定了投入运行的水泵的数量，当用水量较小时，单台泵变频工作，当用水量增加，水泵运行频率随之增加，如达到水泵额定输出功率仍无法满足用户供水要求时，该泵自动转换成工频运行状态，并变频启动下一台水泵。反之，当用水量减少，则降低水泵运行频率，如供水量仍大于用水量，则自动停止工频运行泵同时变频泵转速增加。分析目前国内外现状，采用变频技术与

8、可编程控制器结合使用来实现高层建筑的供水。本设计采用变频器进行压力调节。变频器、可编程控制器作为系统控制的核心部件，时刻跟踪管网压力与给定压力的偏差变化，经变频器内部PID运算，通过可编程控制器控制变频与工频切换，自动控制水泵投入的台数和电机转速，实现闭环自动调节恒压供水，在保持恒压下达到控制流量的目的，该系统具有压力稳定，结构简单，工作可靠。很好地实现了对供水压力的自动控制，节约电能，并使管网水压波动较小等特点。三、拟采取的研究方法（方案、技术路线等）和可行性论证采用PLC、变频器、传感器等元件组成水泵并联运行控制系统。研究方案如下：（1）压力变送器将实时检测到的压力信号送入带有PID功能的

9、变频器，时刻跟踪管内压力与给定压力的偏差变化。经PID运算后，通过控制变频器的输出频率来调整电动机的转速。（2）当变频器输出频率超过设定的上限频率或接收到的压力信号达到上限值时，变频器向可編程控制器发出信号，由可编程控制器去控制辅泵的运行和控制水泵的工作台数及工频变频工作模式的转换从而实现供水压力的恒定。可行性论证：根据PID控制原理，选择合适的控制算法如：PI，在构成的闭环系统中能够实现实时压力信号与设定压力信号完全保持一致即恒压；变频器与PLC特有的调速编程与逻辑控制功能完全能实现上述方案。四、预期结果（或预计成果）根据现行技术原理的支持，目前资料的准备情况该设计是能够成功实现其功能的。即

10、系统能时刻跟踪管网压力与给定压力的偏差变化，实现闭环自动调节恒压变量供水。五、研究进度安排第1到2周：明确课题任务及要求，搜集课题所需要资料，掌握资料查阅方法，了解本课题研究现状、存在问题研究的实际意义，做好开题报告。第3周：研究恒压供水系统的工艺特点，确定设计方案。第4周：研究PLC控制恒压供水的变频控制方法。第5到6周：设计系统控制电路。第7到10周：编写系统程序，完成程序仿真。第11到13周：写毕业论文。第14到15周：完成毕业论文和答辩资料的准备。六、主要参考文献1汪志锋.可编程序控制器原理与应用M.西安电子科技大学出版社，2004.2皮壮行.可编程序控制器的系统设计与应用实例M.机械

11、工业出版社，2000.3何衍庆.可编程序控制器原理及应用技巧M.化学工业出版社，1998.4刘洪涛.PLC应用开发从基础到实践M.电子工业出版社，2007.5李仁.电气控制M.机械工业出版社，1988.6廖常初.PLC梯形图程序的设计方法与技巧M.北京机械工业出版社，1998.7王耀德变频器及相关电机的技术发展J.电工技术，1999.8邵裕森.戴先中.过程控制工程M.机械工业出版社，2005.9陈伯时运动控制系统M.机械工业出版社，2003.10张春霞.变频调速及PLC技术在恒压供水系统中的应用J.矿业快报，2004.11钟肇新.可编程控制器原理和应用M.华南理工大学出版社，1993.12张建奇.数字PID变频调速在PLC恒压供水中的应用M.微计算机信息，2002.13任成玉.计算机控制技术与系统G 水利电力出版社，1985.14何克忠.计算机控制系统分析与设计M.清华大学出版社，1988.15崔金贵.变频调速恒压供水在建筑给水应用的理论探讨.兰州铁道学院学报，2000（l）:84-8.16张燕宾.变频调速应用实践.北京：机械工业出版社，2002，135