基于PLC的恒压供水系统设计开题报告

黑龙江科技大学本科毕业设计开题报告题目：基于PLC的恒压供水系统设计院（系）：电气与信息工程学院班级：电气09-12班姓名：康健学号：2009021760指导教师：刘付刚教师职称：工程师黑龙江科技大学本科毕业设计开题报告

题目基于PLC的恒压供水系统设计来源工程实际研究目的和意义水和电是我们日常生活和工作都离不开的重要资源，在我们这个水电资源都非常短缺的国家，合理的做好节能减排，已是摆在人们面前很迫切的工作。我们国家一直以来在人们生活用水和工业用水等方面，供水技术都比较落后，大多的供水方式是恒速泵作为动力源，采用高位水箱、水塔或密闭气压罐供水，控制电路都是传统低压电器，自动化程度比较低，而随着社会经济的迅速发展、人民生活水平的不断改善，特别是近几年，由于政府加大城市建设和规划力度，好多一线城市几乎资源饱和，城市高层建筑越来越多，导致传统的供水方式已经不能满足社区、机关、企业等场所正常用水需求[2]。这就让人们不仅对供水系统的稳定性、可靠性提出了更高的要求，而且要求供水系统运行起来经济安全、高效节能。为了适应城市的快速发展，需要充分运用自动控制、网络通讯和计算机等综合技术，优化原有的供水系统，来提高各种用水场所的服务质量和供水能力，本次的设计正是为了能更好的解决此类问题而进行的，采用以PLC为控制核心，通过变频调速实现恒压供水。国内外发展情况(文献综述)随着变频器的问世，变频调速技术在以工频交流电为主的用电场合得到了广泛的应用，其中变频恒压供水便是在变频调速领域中典型的应用。以前，国外生产的变频器主要用来控制频率、控制电机的启停、控制电机正反转和转速调节以及各种保护功能。在变频恒压供水系统中，变频器是通过可编程序控制器控制，作为控制机构和系统执行机构之间的中间环节，为保证水管内水压恒定，满足不同时间段供水量大小的需求，需在变频器外部提供压力传感器和压力控制器，对水压进行闭环控制[3]。目前我们国内有很多公司也在做变频恒压供水的工程，可是大部分采用国外的变频器控制水泵的转速，供水管路内水压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；有的采用可编程控制器（PLC）及相应的软件予以实现。但在系统的稳定性能、动态性能、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。像现在艾默生电气公司生产的变频器和大陆希望集团生产的森兰变频器也推出了恒压供水专用变频器，无需外接PLC和PID调节器，可完成最多四台水泵的定时启停和循环切换工作。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拖动电机的容量、使用时操作不方便，并且不具有数据通信功能，因此只适用于负荷容量比较小和控制要求不高的供水场所。从查阅的资料情况来看，以前国外的恒压供水系统在设计时大都采用单台变频器控制单台水泵机组的方式，很少采用单台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因而投资成本高。随着变频调速技术的发展，变频器的功能也在不断完善，特别是应用于供水系统中的变频器，工作时的稳定性、安全性和可靠性得到提高，而且其高效节能的效果越来越受用户欢迎。国外很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，比如日本SAMCO公司，就推出了恒压供水基板，备有变频泵循环方式和固定方式两种工作模式；还有基于PLC的变频恒压供水系统的设计将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，可构成最多控制七台水泵工作的供水系统。这类设备虽然使用成本不是很高，同时也集成化了电路结构，但变频器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，与很多组态监控软件很难实现数据通信，并且限制了拖动电机的容量，因此在实际使用过程中，其使用范围还是具有一定局限性。通过国内外情况的分析，可以发现在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、计算机技术、网络通讯技术同时兼顾系统电磁兼容性的变频恒压供水系统的水压闭环控制研究还需深入。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。研究/设计的目标：对供水系统的构成、工作原理、节能原理及相关技术进行分析。对变频恒压供水系统的控制方案、系统设计等问题进行了研究与设计。承担对本恒压供水系统的硬件选型与软件设计工作。承担系统软件和硬件的调试工作，并满足正常运行需要。4、设计方案：第一章绪论。介绍本课题的研究背景及其意义，并对变频恒压供水系统的现状进行介绍，在此基础上提出本文的研究工作。第二章PLC技术与变频技术概述。介绍恒压供水的核心控制系统（PLC和变频器）的基础知识，主要包括其基本概念、结构原理和应用特点等内容。第三章基于PLC控制的恒压供水系统的总体设计。提出恒压供水系统的要求，设计并合理选择系统最优的控制方案，分析恒压供水系统的控制理论以及对供水系统的机械结构、电气结构和工作原理进行介绍。第四章控制系统的硬件配置和设计。在确定下来系统控制方案的基础上，合理选择PLC和变频器等硬件设备。配置符合本控制系统的PLC的I/O端口，提出变频器的选择条件、性能特点与技术指标，并分析MM430变频器的参数设置与调试方法。第五章控制系统的软件设计。本章是毕设撰写的重点部分，根据变频恒压供水系统的控制要求，完整的分析了的系统流程图，并参照系统流程图编译设计软件程序（包括初始化程序、水位检测程序、1#、2#、3#水泵的控制程序及工频/变频的切换程序等）。最后，对系统调试与运行方面内容进行了详细的分析。第六章结束语。对本文完成情况做简要总结，指出该毕设完成情况。同时也指出设计过程存在的缺点和不足，指出以后需要学习完善和进一步探讨的问题。5、方案的可行性分析：通过S7-200PLC控制MM420变频器作为系统的核心部分，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，实现变频恒压供水的目的。本文设计的恒压供水系统中，水泵机组是采用三台并联供水方式，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，如果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直至设定下限运行频率，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，突出了系统高效节能的特点。6、设计产品的主要用途和应用领域：随着社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高，但供水系统本身却存在着水电供应不足的压力。在传统的供水装置中，往往水泵的选取是由最大供水的容量来确定的，但实际的供水量是时刻变化的，从而导致供水压力不稳、水泵效率低，并导致水资源浪费。这样就要求设计出更好的供水系统，这些系统能利用先进的自动控制技术、计算机技术以及通信技术，具有高性能、低能耗的特点，能适应不同领域的应用。恒压供水系统既是其中之一。本系统的设计是基于西门子S7-200系列PLC控制的变频供水系统，本文介绍了该控制系统的节能原理、系统构成和工作原理。通过PLC进行逻辑控制，由变频器进行压力调节，经PID运算，PLC进行控制变频和工频切换，从而使闭环自动调节恒压，进行变量供水。本文在系统的设计部分，对硬件系统配置、选型和软件系统的流程设计、程序设计进行了详细的介绍，并指出了系统设计过程中存在的问题，给出相关解决方法。该供水系统对水压实时控制性能良好，硬件模块工作稳定、可靠，变频器的控制方式采用模拟量输入，通信输出控制，通过PID指令实现闭环控制正确有效，达到了恒压供水系统的控制要求，满足城区居民工作和生活的日常用水需要。7、时间进程周完成内容1了解设计研究的方向，对供水系统原理有一个初步的了解。2深入了解供水系统的工作原理、各种供水的优缺点分析。3上网查找相关资料，初步了解资料中所包含的信息和知识并对收集的有关资料进行整理，将有用的资料整理成册4根据任务书和整理好的资料按照学校要求写开题报告5完善开题报告，加强对开题报告的理解参加开题答辩6完成恒压供水系统的初始化设计方案7熟悉PLC，变频器，传感器，电机等课程8根据设计要求及设计初始化方案确立系统详细设计方案9了解供水系统涉及硬件的型号参数。10确定硬件参数选型。11PLC程序编写与检查。12绘制主接线大图以及硬件连接图。13完成毕业设计论文初稿14毕业设计论文内容修改及审核15完成毕业设计论文的撰写16根据任务书和学校要求，撰写毕业设计说明书17完善设计说明书，提交论文，对论文内容进行掌握，准备参加毕业设计的答辩18参加《基于PLC的恒压供水系统设计》的论文答辩8、参考文献：[1]张泽伟,曲鸿章,谢兴华.变频器在恒压供水系统中的应用[J].自动化技术与应用.2002(04)[2]黄金波,郭丽春.可编程控制器在自动给水系统中的应用[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版).2002(03)[3]罗锁玉.“南化”自备水厂变频改造实现恒压自动供水[J].电力需求侧管理.2002(02)[4]丁学文,金大海.交流电机变频软起动时的问题及解决方法[J].电力电子技术.2001(05)[5]吕树清.恒压供水系统在高层建筑中的应用探讨[J].南昌水专学报.2001(03)[6]宁耀斌,明正峰,钟彦儒.变频调速恒压供水系统的原理与实现[J].西安理工大学学报.2001(03)[7]邓巍.PLC及变频器在多台泵自动恒压供水系统中的应用[J].新疆石油学院学报.2001(02)[8]宋序彤.我国城市供水发展有关问题分析[J].城镇供水.2001(02)[9]丁云飞,江长平.变频调速水泵的能耗分析[J].流体机械.2001(03)[10]高新陵,宋晓平.变频调速恒压供水系统研制[J].河海大学学报(自然科学版).2001(01)[11]许智榜.X~2S~2智能变频电控系统[D].武汉理工大学.2005[12]王玉存.模糊逻辑控制变频调速恒压供水系统设计[D].大连理工大学.2004[13]陈元勇.PLC控制电机变频调速试验系统的设计与实现[D].山东大学.2008[14]蒋炜.变频调速屏蔽电机分析及其控制系统的设计[D].华中科技大学.2006[15]刘晓鹏.无刷双馈电机变频调速系统的研究[D].太原理工大学.2005[16]张慧敏.锅炉给粉变频调速系统的改造及应用[D].天津大学.2005[17]罗小刚.变频调速在供水系统中的应用探讨[D].东北大学.2008[18]林立.基于TMS320LF2407ADSP的变频调速系统研究[D].武汉大学.2004[19]陈湘.变频调速技术在垃圾发电厂的应用研究[D].湖南大学.2007[20]罗东焕.门座起重机交流变频调速系统设计与实现[D].华南理工大学.2011[21] A.K.Paul.MathematicsofComputation[J].美国数学学会期刊.1972[22]C.F.Bracciali.MathematicsofComputation[J].美国数学学会期刊.2004[23]A.V.Nikonov.Measurem