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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 消防水泵变频调速系统 摘 要随着经济的发展和社会主义现代化的进程的推进，城市规模越来越大，高层建筑越来越多，大工业区不断增加，石油化工产业方兴未艾，豪华商场，宾馆拔地而起，人员和物质财富不断向城市集中，一旦失火，就可能对公共安全造成很大的威胁，所以消防工作越来越受到社会的重视。本论文根据消防供水的供水要求，设计了一套基于PLC的变频调速恒压供水系统, 并利用组态软件开发良好的运行管理界面。变频恒压供水系统由可编程控制器、变频器、水泵机组、压力传感器、工控机等构成。本系统包含两台水泵电机，它们组成变频循环运行方式。采用变频器实现对三相水泵电机的变频调速，
2、运行切换采用“先启先停”的原则。压力传感器检测当前水压信号，送入PLC与设定值比较后进行PID运算，从而控制变频器的输出电压和频率，进而改变水泵电机的转速来改变供水量，最终保持管网压力稳定在设定值附近。关键词：消防水泵；变频调速；PLCFire pump frequency conversion speed regulation system AbstractWith the development of economy and the advancement of socialist modernization, the city scale is more and more big, mo
3、re and more high-rise buildings, large industrial zone increasing, petroleum chemical industry is flourishing, luxury shopping malls, hotels, personnel and material wealth to urban concentration, once the fire, may poses a great threat to public safety, so the fire control work is becoming more and
4、more brought to the attention of the society. According to the requirements of the fire water supply, this paper designed a set of variable frequency speed regulation constant pressure water supply system based on PLC, and by using configuration software to develop good operation management interfac
5、e. Variable frequency constant pressure water supply system by programmable controller, inverter, pump, pressure sensors, industrial control, etc. This system includes two water pump motors, their operation mode of frequency conversion cycle. For three-phase pump motor frequency control of motor spe
6、ed is realized by using frequency converter, switching operation based on the principle of inception to stop. Current hydraulic pressure sensor signal, into PLC PID arithmetic is after compared with the set value, so as to control the output voltage and frequency of the inverter, and change the wate
7、r pump motor speed to change water supply, eventually maintain stability of the pipe network pressure near the set point. Key words: fire pump; Frequency control of motor speed; PLC目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 绪论11.1消防的重要性11.2 消防水泵变频调速系统的介绍11.3消防泵变频调速控制效果及经济效益分析21.4变频调速系统的发展21.5变频调速系统的意义31.6本章小结4第二章 工
8、艺介绍与方案设计原理52.1 消防水泵变频调速系统工艺选择52.2消防水泵变频调速系统工艺要求52.3 总体方案设计62.3.1变频调速恒压供水系统62.3.2变频器睡眠功能的实现82.3.3消防水泵的自动巡检82.4本章小结10第三章 硬件设计113.1 PLC的选型113.1.1PLC的简介113.1.2 S7-300系列PLC及其扩展模块的选型143.2电动机的选型203.3变频器的选型203.4压力传感器的选型233.5自动巡检装置的选型243.6触摸屏的选型243.7继电器的选型253.8接触器的选型263.9空气断路器的选择273.10 本章小结28第四章 软件设计294.1 PL
9、C程序的设计294.2 控制系统程序设计304.3本章小结33第五章 结束语34参考文献35附录A36附录B39致 谢4142第一章 绪论1.1消防的重要性 消防工作是国民经济和社会发展的重要组成部分，是发展社会主义市场经济不可缺少的保障条件。消防工作直接关系人民生命财产的安全和社会的稳定。近年来我国发生的一些重特大火灾，一把火就造成几十人甚至数百人的伤亡，造成百万、上千万甚至几亿元的经济损失，这不仅给许多家庭带来了不幸，而且还使大量的的社会财富化为灰烬。不仅如此，而且事故的善后处理往往也牵扯了政府很多精力，严重影响了经济建设的发展和社会的稳定，有些火灾事故还成为国内为舆论的焦点，造成了不良的
10、社会影响，教训是十分沉重和深刻的。因此做好消防工作、预防和减少火灾事故特别是群死群伤的恶性火灾事故发生，具有十分重要的意义。消防工作是一项社会性很强的工作，它涉及到社会的各个领域，于各个行业和人们的生活都有着十分密切的关系。随着社会的发展，仅就用火、用电、用气的广泛而言，消防安全问题所涉及的范围几乎无处不在。全社会每个行业、每个部门、每个单位、甚至每个家庭，都有随时预防火灾、确保消防安全的问题。总结以往的火灾教训，绝大多数火灾都是由于一些领导、管理者和职工群众思想麻痹、行为放纵、不懂消防规章或者有章不循、管理不严、明知故犯、冒险工作造成的。火灾发生后，有不少人缺乏起码的消防科学知识，遇到火情束
11、手无策，不知如何报警，甚至不会逃生自救，导致严重后果。“隐患险于明火、防患胜于救灾、责任重于泰山”的科学论断，用辩证唯物主义观点，科学的阐述了消防安全工作的重要意义，深刻地揭示了消防安全工作的内在规律，突出强调火灾预防是做好消防安全工作的关键性问题，对指导和加强消防安全工作具有十分重要的现实意义和深远的历史意义。因此，全社会、各部门、各行业、各单位以及每个社会成员都要高度重视并认真做好消防工作，认真学习并掌握基本的消防安全知识，共同维护公共消防安全。只有这样，才能从根本上提高一个城市、一个地区乃至全社会预防和抗御火灾的整体能力。1.2 消防水泵变频调速系统的介绍近年来，随着电力电子技术、计算机
12、技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。深入了解交流传动与控制技术的走向，具有十分积极的意义。1.3消防泵变频调速控制效果及经济效益分析采用变频调速控制的消防泵恒压供水控制系统, 克服了原系统的缺点, 主要优点如下:(1)
13、 手动、自动可以来回切换, 确保供水系统的安全使用。系统自动化程度高, 安全可靠, 避免了由于人为因素而造成的失误。PLC 的定期巡检功能消除了泵体本身的故障对系统的影响, 更增加了系统的可靠性。(2) PLC 和变频器的控制下始终维持管道内的压力恒定, 有效地保证了火情发生时的及时供水, 并且由于在大部分时间内电动机是在低于额定转速的状态下运行, 故节能降耗效果显著。(3) 由于电机实现了软启动, 延长了电机的寿命, 同时由于无冲击电流, 因此减少了对管网的冲击, 也延长了管网的寿命。使用变频器后, 电机运行温度明显下降, 同时减少了机械磨损, 机械检修工作量也大大减少。( 4) 节能效果显
14、著。电机功率明显下降43% ( 原工频电源有功功率为64. 9kW, 变频电源有功功率为36. 7kW) , 电源频率下降18%, 流量减少12%, 功率因数提高0. 03, 转速下降15%。1.4变频调速系统的发展20 世纪60 年代以后, 半导体功率器件从普通晶闸管( SCR) 、门极可关断晶闸管( GTO) 、双极型晶体管( BJT) 、金属氧化硅场效应管( MOSFET) 、静电感应晶体管( SIT) 、静电感应晶闸管( SITH) 、MOS控制晶体管( MGT ) 、MOS 控制晶闸管( MCT ) 逐步发展到今天的绝缘栅双极型晶体管( IGBT ) 和耐高压绝缘栅双极型晶体管( H
15、V IGBT) 。器件的每一次更新都为调速技术的发展注入了新的活力。电动机的调速从直流发电机电动机组调速、静止晶闸管整流直流调压调速逐步发展到交流感应电动机变频调速, 而且随着控制技术和控制手段的不断提高,变频调速又由变压变频控制的变频调速发展到了矢量控制变频调速, 通过控制交流电动机里相当于并励直流电动机励磁绕组的磁通变化, 提高变频器的恒转矩输出范围和动静态特性, 使得交流电动机变频调速系统的性能超过了直流电动机调压调速系统的性能。为了简化控制系统, 减少设备故障率, 在矢量控制变频调速的基础上又发展了无速度传感器的矢量控制变频调速。在一些对动静态特性要求不太高的应用中, 无速度传感器的矢量控制变频调速已完全可以和有速度传感器的矢量控制变频调速相媲美。矢量控制对交流电机调速具有划时代的意义。交流电机采用变频调速技术是当代电机调速的潮流, 它以体积小、重量轻、精度高、通用性强、工艺先进、功能丰富、保护齐全、可靠性高、操作简便等优点超过以往的任何调速方式, 深受钢铁、有色、石油、化工、纺织、机械、电力、建材、煤炭、医药、造纸、卷烟、航海、电力机车、自来水、养殖等行业的欢迎。随着电力电子技术和数字控制技术的发展, 交流电机变频调速系统的实际应用比重会逐步增高, 直到最后完全取代直流调速和其它调速
