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1、凉科早地筱计命甌報告题 目： 基于PLC的恒压无塔供水系统设计专 题：院（系）：电气与信息工程学院班 级：自动化061班姓 名：XXX学 号：空指导教师：X2CX教师职称：教授XXXXXX本科毕业设计开题报告题目基于PLC的恒压无塔供水系统设计来源工程实际1、研究目的和意义水是生命之源，人类生存和发展都离不开水。随着社会的发展和进步，城市髙层建筑的供水 问题日益突岀，对供水质量的要求进一步提高。一方面要求避免因压力的波动而造成的供水障碍， 另一方而要求保障供水的可靠性和安全性，甚至于在火灾发生时也能可靠供水。基于这两方面的 要求，PLC控制的恒压无塔供水系统应运而生。该系统集自动化技术、现代控
2、制技术、电气传动技 术、变频技术于一体，可以显著提髙供水系统的稳左性和可靠性，也有利于实现供水系统的集中 管理与监控。此外，变频恒压供水系统还具有良好的节能性，这在大力提倡节能降耗的今天尤为 重要。本论文将用绕变频恒压控制技术开展研究工作，以期为城市供水行业技术进步和科技应用 做出贡献。（全套资料请联系QQ397679637）2、国内外发展情况（文献综述）我国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，工 业自动化程度低。主要表现在用水髙稣期水的供给疑常常低于需求量，岀现水压降低供不应求的 现象；而在用水低峰期水的供给量常常高于需求量，出现水压升高供过于求的情况，
3、此时不仅会 造成能量的浪费、供水电机的不必要损耗，而且还有可能造成水管因受压过大而爆裂以及用水设 备的损坏等等不良情况的发生。变频恒压供水技术是在变频调速技术基础之上逐渐发展起来的。在初期阶段，变频器主要用 来进行频率控制、变速控制、正反转控制、启制动控制、压频比控制等。在这个阶段，变频器仅 仅用作变频恒压供水系统的执行机构。为了在供水量需求不同时，保证管网压力恒左，还需要在 变频器外部增加圧力传感器和压力控制器，以对压力进行闭环控制。在供水工程中，也是采用一 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，造成 投资成本很高。随着变频恒压供水系统在稳泄性、可靠
4、性以及自动化程度高等方而的优点逐渐显 现出来，再加上英显著的节能效果，许多变频器生产厂家开始推岀具有恒压供水功能的变频器， 例如：日本Samco公司就推出了恒压供水基板，具有“变频泵固左方式”和“变频泵循环方式” 两种工作模式，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，在应用时只需搭载配套的恒压供水单元，便可以直 接控制多个内置的电磁接触器工作，最多可构成7台电机（泵）的供水系统。这类控制设备虽然微化了电路结构，降低了设备成本，但因其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳 左性也不高，且难以与別的监控系统和
5、组态软件实现数据通信，限制了带负载的容量，其实际使 用范围受到不小的限制。后来日本富士电机公司推岀了新一代风机、水泵专用型变频器FREIC-VP 系列，VP系列变频器具备适合HVAC （Heat Ventilation Air Conditioner）行业所需的最佳功能， 节省空间，操作简便，机型丰富，全球通用。该类变频器能够适应风机、水泵等二次方递减转矩 负载特性，节能、省力，充分挖掘了系统的应变能力，满足了整体成本下降的需要。国内不少公司在做变频恒压供水工程时，大多采用国外的变频器来控制水泵的转速并实现管 网压力的闭环调肖及多台水泵的循环控制，有的还需要采用可编程控制器辅以相应的软件予以实
6、 现，有的则采用单片机及相应的软件予以实现。从使用调査情况来看，虽然取得了可喜的进步， 但在系统的动态性能、稳立性能抗干扰性能以及开放性等方面，还没有完全达到用戸的要求。原 深圳华为（现己更需为艾默生）电气公司和成都希望集团（森兰变频器）也推岀了恒压供水专用变频 器（5. 5kw22kw）,无需外接PLC和PID调节器，可完成多达4台水泵的循环切换、左时启停及定 时循环控制工作。该变频器将圧力闭环调肖与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现，但其输 出接口限制了带负载的数量，也不具有数据通信功能，只适用于小容量、控制要求不髙的供水场 所。（全套资料请联系QQ397679637）3、研究/设计的目
7、标：本设计要求以PLC为核心设汁一个恒压无塔供水系统，包括生活用水的恒压控制和消防用水 的恒压控制一一即双恒压系统，实现：（1）可编程控制器PLC需根据恒压供水的需要，通过反惯信息控制启动电机泵的数疑。（2）系统具有生活、消防双恒压控制功能，正常生活供水时，一台电机泵连续运行的时间不 得超过40小时，并轮流切换。（3）在用水髙峰期时，系统能够根据用水需求量控制12台电机泵同时协调工作，保证用 水需求的正常供给。（4）具有电机泵过载保护、变频器报警输出和自动复位等保护措施。（5）电机泵在启动时具有变频软启动功能，且采用分组方式运行。（6）主要电器设备及元件选择设计要合理，符合电气标准。（7）要求
8、控制系统可以与上位机进行通信，并可通过上位机进行远程监控和报警。4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）： 研究/设计方法通过PLC控制器控制变频器，再通过变频器调肖电机泵的运行状况，以此实现正常的供水。图2“：恒压供水系统控制方案原理框图加水入口浮球开关消防用水生活用水-x-ex-X-CX蓄水池图22：生活消防双恒压供水系统构成图通讯接口变 频 器压力变送器理论分析：恒压供水站一般需设多台电机泵，这比设单台电机泵更加节能而可靠。因为配单台电机泵时, 它的功率必须足够大，在用水低峰期时使用一台大电机泵无疑造成浪费，但如果电机泵选小了， 在用水髙峰期时又会出现供水不足的现
9、象，而且电机泵损坏需要维修时，使用别的电机泵承担供 水任务是必要的。所以，应该根据供水的具体需求选择两台以上电机泵（本设计以三台电机泵为 例）。恒压供水系统的主要目标是为了保证管压网水压的恒泄，电机泵的转速会随着用水量的变化 而变化，这就要求变频器对电机泵进行供电控制。这也有两种配宜方式：一是为每台电机泵配一 台变频器，这种方式，电机与变频器间不需要切换，但是购买变频器的费用较髙，成本过大：另 一种方式是一台变频器控制多台电机泵，变频器与电机泵之间可以切换，供水运行时，一台电机 泵变频运行，其余电机泵共频运行，这种方式，不仅可以满足不同用水量的需求，而且可以充分 利用变频器和PLC的控制资源。
10、压力传感器将水压的变化量转变为电流或电压的变化量送给调盯器（PID调节）。调节器再根 据给左值和实测值的综合，依一左的调节规律发出系统调节信号。调肖器接受了实测水压的反馈 信号后，将其与给左值进行比较求差。如果给左值大于实测值，说明系统水压低于理想水压，要 加大电机泵的转速，如果水压髙于理想水压，则降低电机泵的转速。市网自来水用高低水位控制器EQ来控制注水阀TV1,自动把储水池的水注满，只要水位低于 低水位，则自动往水箱中注水。水池的水位信号也直接送给PLC,作为水位报警用。为了保障供水 的持续性，水位上下限传感器之间的距离不应相差很大。生活用水和消防用水共用三台电机泵， 平时电磁阀YV2处于
11、失电状态，关闭消防管网，三台电机泵根据实际生活用水量，按一泄的逻借 控制运行，使生活用水保持在恒压状态下（生活用水低恒压值）进行；当有火灾发生时，电磁阀 YV2得电，关闭生活用水管网，三台电机泵供消防用水使用，并根据用水量的大小，使消防供水也 保持在恒压状态下（消防用水髙恒压值）进行：火灾结朿后恢复三台电机泵的逻辑控制，正常供 给生活用水。（全套资料请联系QQ397679637）6、方案的可行性分析：通过近期对资料的收集整理，以及国内外的先进事例，对恒压无塔供水系统的可靠运行给予 了理论上、事实上的充分证明。一般情况下，PID方式的调节器就能够满足供水管压力的稳左调巧。而且目前在国内，专门针
12、对供水的变频器集成化越来越髙，维护操作也越来越简单，很多专用供水变频器集成了 PLC和PID, 甚至将压力传感器也融入变频组件中，压力给立值可以通过变频器输入设定，也可以通过电位器 送入，而微处理器控制系统的压力给定值也可通过相应的装置输入。允许用户在现场设置PID参 数，通过调试选岀最佳参数，达到系统稳泄。另外，部分新品的变频供水只需简单设立压力值就 可以正常运行，控制软件和其它参数在出厂时就已设左或利用传感器自动获取完毕。以上事实均 对恒压无塔供水系统的可操作性给予了有力支持，所以该系统的设汁方案可行。77、时间进程I- 2周翻阅资料，确左课题，理论论证分析，完成开题报告，准备开题答辩：3
13、-4周 构思系统设计方案，确左设计模块，依据主要研究内容确泄总体控制策略；5-6周 确定电机泵、PLC、变频器的选择，完成供水系统的构成方案及控制原理方案：7-8周完成系统的基本结构设计，控制系统的I/O点及地址分配：9-10周完成供水系统的能耗分析，供水系统安全性分析，供水系统的维护方案等；II- 12周控制系统的详细设计，程序编写及调试，绘制原理图：13-14周控制系统总体调试，完善论文的撰写工作；15-16周完成毕业设il论文以及相关技术文档的整理，准备答辩。8、参考文献：1 王永华.现代电气控制及PLC应用技术.北京：北京航空航天大学岀版社，2003年2 张万忠.可编程控制器入门与应用
14、实例.北京：中国电力岀版社，2005年3 周万珍，高鸿斌.PLC分析与设计应用.北京：电子工业出版社，2004年4 金传伟，毛宗源.变频调速技术在水泵控制系统中的应用.电子技术应用，2000, No. 9： 38-395 马桂梅，谭光仪.陈次昌泵变频调速时的节能方案讨论.四川工业学院学报，2003,No. 9： 5-76 崔金贵.变频调速恒压供水在建筑给水应用的理论探讨.兰州铁适学院学报，2000,No. 1： 84-887 张燕宾.变频调速应用实践.机械工业出版社，2002年8 吴民强.泵与风机节能技术.水利电力岀版社，1994： 2-69 徐士鸣.泵与风机原理与应用.大连理工大学岀版社，1
15、992： 12-1610 陈伯时.电力拖动自动控制系统.机械工业出版社，1992： 10-1611 黄俊，王兆安.电力电子变流技术.机械工业出版社,1993, 3： 197-20612 周玉国.变频调速节能分析.东北电力技术，2004, No. 8： 43-4413 杨仲文.变频调速供水系统的节能控制.肖能，2004, No. 7： 24-2614 何根木.变频调速技术在泵站的应用.通用机械，2003, No. 11： 48-4915 Hirokazu Tzjima, Y. Hori. Speed sensor less fie1dorientation control of theinduction machine, IEEE Trans, on IndAppL. 1993, 29(1): 175-180指导教师意见：教师签字：年月日毕业设计领导小组意见：组长签字：年月日
