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1、学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：村镇供水厂电气与仪表控制系统设计学生： 学 号： 1专 业：自动化班 级：自动化2班指导教师： / 村镇供水厂电气与仪表控制系统设计摘 要根据村镇的供水的要求，设计了一套电气与仪表控制的变频恒压供水系统。变频恒压供水控制系统由变频器、压力传感器、水泵机组、数字显示仪表等组成。供水厂为远在方圆15Km外的几十个村庄供水，供水厂由加压站和水源井群组成，水源井群由3眼井组成。先把水源井中的水注入加压站的蓄水池中，然后由加压泵从蓄水池通过变频调速控制为用户供水。蓄水池包含三台潜水泵电机控制水位，依据水位的不同，启动不同台数的潜水泵，功率大一台的应采用降压启动。
2、同时包含三台加压水泵电机，它们组成变频循环运行系统，控制柜应能根据用户需求的供水压力供水，采用变频器实现对加压水泵的软启动和变频调速，实现任意一台水泵的的变、工频切换与两台水泵之间的自动启动与停止，压力传感器检测当前水压信号，送入变频器与设定值比较，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，实现恒压供水。关键词：恒压供水；变频器；PID控制；变频调速；仪表Rural Water Supply Plant Electrical and Instrumentation ControlSystem DesignAbstractA
3、ccording to the requirement of the rural water supply, Design a set of electrical and instrument control of frequency conversion constant pressure water supply system. Frequency conversion constant pressure water supply control system by frequency converter, pressure sensor, pumping unit, Digital di
4、splay instrument, etc. Water supply plant for dozens of villages in fangyuan 15 km outside the water supply, Water supply plant is composed of pressure and water well group, Source well group consists of three Wells. Put water Wells water injection pressure in the reservoir, Then the pump water from
5、 the reservoir through the frequency control of motor speed control for users.Reservoir contains three submersible pump motor control water level, According to the water level is different, Start the different sets of submersible pump, Power of freshman should adopt step-down startup. At the same ti
6、me contains three pressurized water pump motor, They are composed of variable frequency cycle operation system, control cabinet should be able to supply pressure water supply according to user requirements, Frequency converter, is adopted to realize of pressurized water pump soft start and frequency
7、 control of motor speed, Implement as a pump of variable, power frequency switching and automatic start and stop, between the two pumps, Current hydraulic pressure sensor signal, Into the inverter compared with the set value to PID arithmetic, To control the output voltage and frequency of the inver
8、ter, Can make a big difference to the speed of water pump motor to change water supply, Eventually maintain stability of the pipe network pressure near the set point, To realize constant pressure water supply.Key words:constantpressurewatersupply;frequencyconverter;PID controlling; variable frequenc
9、y speed regulation; instrument目 录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 变频技术研究背景与意义11.1.1 变频技术的研究背景11.1.2 变频恒压供水技术的重大研究意义11.2 变频恒压供水国外研究现状21.3 仪器仪表21.3.1 仪表在控制系统中的作用31.3.2 给排水的常用仪表与其作用31.4 本设计的主要研究容4第二章 控制方案拟定62.1 变频调速恒压供水的主要特点62.2 变频调速恒压供水的节能原理72.3 常见供水系统的安全性问题82.3.1 对供水的电机和电网进行的保护82.3.2 水锤效应的产生原因与其消除方法92.3.3 延长水
10、泵寿命的因素92.4 研究对象102.5 供水厂供水的构成102.5.1 水源井群给水池供水部分102.5.2 控制方案的确定11第三章 系统的硬件设计133.1 系统的理论分析133.2 PID参数的整定143.2.1 PID与其发展史的介绍143.2.2 PID控制器的参数整定173.2.3 PID参数整定的相关原则173.2.4 PID控制算法与特点183.3 补水部分的设计213.3.1 硬件电路图213.3.2 补水部分的工作原理233.4 供水部分的设计253.4.1 硬件电路图253.4.2 供水部分的工作原理27第四章 系统主要设备的选型与介绍294.1 变频器294.1.1
11、变频器型号的选择与外形、尺寸294.1.2 变频器的接线方式304.1.3 变频器部参数的设置304.1.4 变频器的工作原理334.2 仪表的选择344.2.1 液位传感器的选择344.2.2 压力变送器的选择364.2.3 电压表的选择374.3 其他电器的选择374.3.1 变压器的选择374.3.2 自耦变压器的选择384.3.3 隔离开关的选择384.3.4 空气开关的选择394.3.5 万能转换开关的选择394.3.6 热继电器的选择404.3.7 接触器的选择404.3.8 时间继电器的选择414.3.9 中间继电器的选择414.3.10 电位器的选择424.3.11 启动按钮和
12、停止按钮的选择424.3.12 指示灯的选择434.3.13 电流互感器的选择434.4 电线与电缆的选择43第五章 结束语45参考文献46附录48附录1：电器的选型表48附录2：仪表的接线端子50附录3：补水部分硬件电路图51附录4 供水部分硬件电路图52感53第一章 绪 论1.1 变频技术研究背景与意义1.1.1 变频技术的研究背景随着电力电子技术的快速发展，变频器的功能也越来越强大。自从通用变频器问世以来，变频调速技术在实际应用中得到了很大的发展。变频器是应用变频技术与微电子技术的集术电气，通过改变电机工作频率方式来控制交流电动机的电力控制设备，拥有强大且多种置功能。充分利用变频器的功能
13、对合理设计变频调速设备，降低设备成本，保证产品质量等方面都很有益处。变频恒压供水系统是变频调速技术一个很重要的应用领域，是依据用户用水量的变化(即为供水管网压力的变化)，运用变频器部的PID参数构成闭环调节系统来自动调节系统的运行参数，实现水泵电机的无级调速，保持水压恒定以满足用户的用水要求，是当今最先进、最合理的供水系统。同时，恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的，例如在某些生产过程中，如果因故障供水压力不足或短时间断水，可能影响产品质量，严重时会使产品报废和设备损坏。又如发生火灾时，若供水压力不足或无水供给，不能快速灭火，可能引起重大的经济损失和人员伤亡。它在近几年经历了一个逐步
14、完善的发展过程，现在多泵逐渐代替了早期的单泵的恒压供水调速系统，节约了成本，提高了运行效率，成为主导的系统产品。1.1.2 变频恒压供水技术的重大研究意义在今天，随着社会经济的不断发展，人们对供水的稳定性和可靠性不断提高，把工业自动化技术推向了全新的技术阶段，对村镇的用户来说，同在白天或某一用水高峰期时，供水系统的电机负荷很大，常常需要满载甚至超载运行；但在晚上或用水低峰期时，所需用水量就会很小，但电机会仍然处于满负荷运行状态，这样既造成资源的浪费，又会对电机的损耗很大，还有可能会损坏水管和设备。利用变频恒压供水系统进行供水不仅可以提高供水系统的稳定性和可靠性，易于实现供水系统的集中管理与监控
15、；而且有良好的节能性，同时提高供水效率。所以，设计基于变频调速的恒压供水系统，在满足人民的生活需求的基础上，降低了耗能，具有广阔的应用前景和显著的经济效益与社会效益。1.2 变频恒压供水国外研究现状随着电力电子技术、自动控制技术与计算机技术的快速发展，垫定了变频器的问世的基础，在早期，国外生产变频器的功能主要限定在频率、压频比、电机正反转、升降速、起动与制动等控制领域以与各种保护功能方面。由于对变频技术的要求与精确性不断提高，变频调速技术飞速发展，通用变频器的出现更是巩固了变频技术在工业自动化领域的强位。变频调速恒压供水系统是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。在早期的变频调速恒压供水系统中，变频器仅仅只作为执行机构，在供水需求不同时，保证管网压力的恒定，需在变频器外部另外提供压力变送器和压力传感器，对水的压力进行闭环控制。随着变频调速技术的飞速发展，大部分厂家开始推出相应的零部件与变频器本身。日本Samco公司，就推出了模式为“变频泵循环方式”和“变频泵固定方式”的基板来实现恒压供水，控制基板上集成有PID调节器和PLC可编程控制器等硬件设备，只要有合适的供水控制系统，便可以通过部设置指令码来实现集成在基板上的硬件设备的控制功能，多个置的接触器可以直接动作，可构成多泵循环控制系统。这样的变频器虽有了重大的突破，但
