1、石家庄铁道学院毕业设计(论文)毕业设计(论文)开题报告题 目基于PLC变频恒压供水控制系统设计专 业电气技术应用班 级电气技师09班学生姓名亡灵一、选题背景及其依据目前，居民生活用水和工业用水日益增加。由于居民日常用水和工业用水会随季节、昼夜等变化而随之发生变化，如采取传统的供水方式不仅影响生活也不利于资源的优化配置。传统的供水系统已经不能满足人们的需求，为了能更合理的分配资源，使能最大限的为人们所用，可采用变频恒压供水方式来代替传统的供水系统，以达到供水稳定，满足人们需求，合理优化分配等目的。本文介绍的是关于变频恒压供水系统的设计，因为变频恒压供水系统有高效节能，恒压供水，安全卫生，自动运行
2、，管理简便等优点，非常适合现在的国民需求。变频恒压供水系统根据用水量的变化，自动调节运行参数，在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。变频调速是现在优于以往任何一种调速方式（如调压调速、变极调速、串级调速等）的技术，是当今国际上一项效益最高、性能最佳、应用广泛、最有发展前途的电机调速技术。它采用了微机控制技术，电力电子技术和电机传动调速技术实现了工业交流电动机的无极调速，具有高效率、宽范围和高精度等特点。以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有可靠性高，抗干扰能力强，组合灵活，变成简单，维修方便和低成本低能耗等诸多特点。采用该系统进行供水可以提高供水系统的
3、稳定性和可靠性，方便实现供水系统的集中管理和监控；同时系统具有良好的节能性，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计系统，对于调高企业效率以及人民生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。二、国内外的发展状况变频恒压供水是在变频调速技术发展之后逐渐发展起来的，在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、 升降速控制、正反转控制、起制动控制、变压变频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求的不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。从查阅的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用
4、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，因而投资成本高。即1968年，丹麦的丹弗斯公司发明并首家生产变频器后，随着变频器技术的发展和变频恒压系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优先以及显著地节能效果被大家发现认可后，国外许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，像瑞士的ABB集团推出了HVAC变频技术，法国的施耐德公司推出了恒压供水基板，备有PID调节器和PLC可编程控制器等硬件继承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
5、多七台电机的供水系统。但是也有其缺点，就是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，与别的监控系统和组态软件难以实现数据的通信，并且限制了带负载的容量，因此适用范围受到限制。目前国内有不少公司都在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转速，水管的管网压力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PLC及相应软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗干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。原深圳华为电气公司（现已改名艾默生）和成都希望集团（森兰牌变频器）也推出了恒压供水专用变频器（5.5Kw-
6、22kW），无需外接PLC盒PID调节器，坑完成最多四台水泵的循环切换、定时起动、停止和定时循环（丹麦丹弗斯公司的VLT系列变频器可实现七台水泵机组的切换）。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带负载容量，同时操作不方便且不具有数据通信功能，因此只适用于小容量，控制要求不高的供水场所。可以看出，目前在国内外变频调速恒压供水系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性的变频恒压供水系统的水压闭环控制的研究还是不够的，因此，有待于进一步淡淡的研究改善，使其能更好的应用于生活、生产实践中。三、主要研究
7、内容、设计思想及待解决的问题本设计是以供水系统为设计对象，采用PLC和变频技术相结合技术，并引用计算机对供水系统进行远程监控和管理，保证供水系统安全可靠的运行。PLC控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、压力变送器、和水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统，本设计中有4台泵，大泵电动机功率均为220KW,小泵功率均为160KW;所有泵可设计成变频循环软启动的工作方式；采用PID算法实现水压的闭环控制；西门子S7-200型系列PLC控制变频及现场设备的运行；系统具有自动/手动操作功能；具有故障自诊和自处理能力，对过流，欠压，过压等变频器故障均能自行诊断，并发出报警信号。根据以上控制要求
8、，进行系统的总控制方案设计。硬件设备选型、PLC选型、估算所需I/O点数，进行I/O模块选型，绘制系统硬件连接图：包括系统硬件配置图、I/O连接图、分配I/O点数，、列出I/O分配表，设计梯形图控制程序，对程序进行调试和修改并设计监控系统。供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速，本次设计的关键应该是调速，其中改变电机极对数调速的调控方式控制简单，投资省，节能效果显著，效率高，但需要专门的变极电机，是有级调速，而且极差比较大，只适用于特定转速的生产机器；改变转差率调速为了保证其较大的调速范围一般采用串级调速方式，其最大优点是可以回收转差功率，节能效果好，且调速性能好，但由于线路复杂，增加了中间
9、环节的电能消耗，且成本高；下面重点分析改变电源率调速的方法。根据公式（n=60f/p（1-s）可知，当转差率变化不大时，异步电动机的转速n基本上与电源频率f成正比。连续调节电源频率，就可以平滑地改变电动机的转速。但是，单一地调节电源频率，将导致电机运行性能的恶化。随着电子技术的发展，已出现了各种性能良好、工作可靠的变频调速电源装置，他们促进了变频调速的广泛应用。四、设计的工作步骤（1）系统主要设备选型；（2）PLC及其模块的选型；（3）变频器的选型；（4）系统主电路设计；（5）系统控制电路设计；（6）PLC的I/O端口分配及外围接线；（7）系统软件设计；（8）PLC程序设计；（9）PID参数整
10、定；五、参考文献1王永华现代电气控制及PLC应用技术北京：北京航空航天大学出版社，2003年2张万忠可编程控制器入门与应用实例北京：中国电力出版社，2005年3田淑珍可编程控制器原理及应用北京：机械工业出版社，2005.年4陈其纯可编程序控制器应用技术北京：高等教育出版社，2000年5张燕宾变频调速应用实践北京：机械工业出版社，2001年6廖常初PLC编程及应用北京：机械工业出版社，2008年7林俊赞，李雄松，尹元日在恒压供水控制系统中的应用电机电器技术，1999年8李敬梅电力拖动控制线路与技能训练北京：中国劳动社会保障出版社，2007年9 邓星钟主编.机电传动控制 M.华中科技大学出版社，2
11、002.510 S7-200中文系统手册 M.西门子公司，2002.6 11 廖常初主编.PLC编程及应用 M.机械工业出版社，2002.4 12 金以慧主编.过程控制 M.清华大学出版社，1993.4 13 王永华主编.现代电气控制及PLC应用技术 M.北京航天航社，2003.514 王占奎主编.变频调速应用百例 M.科学出版社，1999.4 15 赵永键主编.单片机变频调速恒压供水系统 M.1996.2 16 常斗南主编.李全利.可编程序控制器原理、应用、实验 M.1998.11六、毕业设计进度安排10月20日10月25日：熟悉设计内容、要求、任务；收集与设计相关的论文、资料，方案论证与选择；10月26日10月28日：初步完成系统框图设计，完成系统配置与选型；10月31日11月01日：完善系统硬件电路设计；11月02日11月05日：绘制软件框图、编写梯形图及梯形图调试；11月06日11月09日：撰写毕业设计说明书；11月10日11月11日：绘制图纸；11月12日：答辩。指导老师签字时 间 年 月 日
