開題報告-基于PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)設計

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1、開題報告-基于PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)設計 開題報告 電氣工程及自動化 基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)設計 一、綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義 水是人類生活、生產(chǎn)中不可缺少的重要物質(zhì)，在政府及社會倡導節(jié)水節(jié)能現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能都及其短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水、小區(qū)供水等方面技術一直比較落后，自動化程度低，但是隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，住房制度改革的不斷深入，城市建設規(guī)模的不斷擴大，人口的增多和人們生活水平的不斷提高，對城市供水的數(shù)量、質(zhì)量、經(jīng)濟、穩(wěn)定、可靠性提出了越來越高的要求，也直接體現(xiàn)了城市小區(qū)物業(yè)管理水平的高低。 傳統(tǒng)的小區(qū)

2、供水方式有:恒速泵加壓供水、水塔高位水箱供水、氣壓罐供水、液力藕合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式、單片機變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等方式。傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式普遍不同程度的存在浪費水力、電力資源;效率低;可靠性差;自動化程度不高等缺點，嚴重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。尋求供水與能耗之間的最佳性價比，是困擾企業(yè)的一個長期問題。目前各供水廠的供水機泵設計按最大揚程與最大流量這一最不利條件設計，水泵大多數(shù)時間在設計效率以下運行。導致電動機與水泵之間常常出現(xiàn)大馬拉小車問題。因此，如何解決供水與能耗之間的不平衡，尋求提高供水效率的整體解決方案，是各個供水解水企業(yè)關心的焦點問題之一。隨著人們對供水質(zhì)量和供水

3、系統(tǒng)可靠性要求的不斷提高，需要利用先進的自動化技術、控制技術以及通訊技術，要求設計出高性能、高節(jié)能、能適應供水廠的復雜環(huán)境的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。 隨著科學的發(fā)展，變頻器的使用也越來越廣泛，不管是工業(yè)上還是家用電器上都會用到變頻器。可以說，只要有三相異步電動機的地方，就有變頻器的存在。也隨著變頻技術的發(fā)展和人們對生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能和高品質(zhì)的供水質(zhì)量等特點，廣泛應用于多層住宅小區(qū)及高層建筑的生活、消防供水中。變頻恒壓供水的調(diào)速系統(tǒng)可以實現(xiàn)水泵電機無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓的恒定來滿足用水要求，是當今

4、最先進、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。 變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉控制、起制動控制、壓頻比控制及各種保護功能上。應用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機構。為了滿足供水量大小需求不同時，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進行閉環(huán)控制。從查閱大量的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設計時都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機組運行的情況，因而投資成本較高。隨著變頻技術的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的

5、優(yōu)點以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器。 目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相應的軟件予以實現(xiàn)，有的采用單片機及相應的軟件予以實現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干擾性能以及開放性等多方面的綜合技術指標來說，遠遠沒能達到所有用戶的要求。 在實際應用中如何充分利用專用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設計變頻恒壓供水設備、降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。變頻恒壓供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式

6、相比，不論是設備的投資，運行的經(jīng)濟性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢，而且具有顯著的節(jié)能效果。目前變頻恒壓供水系統(tǒng)正朝著高可靠性、多品種系列化、全數(shù)字化微機控制的方向發(fā)展。追求高度智能化、標準化、系統(tǒng)化是未來供水設備適應城鎮(zhèn)建設中成片開發(fā)、網(wǎng)絡供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢。 變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用于生活水、工業(yè)用水以及消防用水等多種場合的供水要求，該系統(tǒng)具有如下幾個特點：(1)供水系統(tǒng)的控制對象是用戶管網(wǎng)的水壓，是過程控制量，同其他一些過程控制量(如:溫度、濃度、流量等)一樣，對控制作用的響應具有滯后性。 (2)用戶管網(wǎng)中因為有管阻等因素的影響，同時又由

7、于水泵自身的一些特有的特性，使水泵轉速的變化與管網(wǎng)壓力的變化成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個線性系統(tǒng)。 (3)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)要具有廣泛的通用性，面向各種各樣的供水系統(tǒng)，而不同的供水系統(tǒng)管網(wǎng)結構、用水量和揚程等方面存在著較大的差異性，因此其控制對象的模型具有很強的多變性以及不確定性。 (4)在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于有定量泵的加入，而定量泵的控制是時時發(fā)生的，同時定量泵的運行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確定性地發(fā)生變化。所以認為變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是時時變化的。 (5)用變頻器進行調(diào)速，用調(diào)節(jié)泵和固定泵的組合進行恒壓供水，節(jié)能效果十分顯著，對每臺水泵進行

8、軟啟動，啟動電流可從零到電機額定電流，減少了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊同時減少了啟動慣性對設備的大慣量的轉速沖擊，延長了設備的使用壽命。 (6)當出現(xiàn)意外的情況(如突然停水、斷電、泵、變頻器或軟啟動器故障等)時，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況點自動進行切換，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。在故障發(fā)生時，執(zhí)行專門的故障程序，保證在緊急情況下的仍能進行供水。 二、 研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題：研究的基本內(nèi)容：1) 基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的系統(tǒng)組成以及工作原理。 2) 基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的PLC程序的設計。 3) 狀態(tài)循環(huán)轉換控制的電氣設計方案。

9、 4) 上、下位機的通信模塊。 擬解決的主要問題： 1、掌握基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的工作原理。 2、基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件和軟件設計。 3、PID算法在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中的應用。 4、完成上、下位機的通信設置，通過通信模塊實現(xiàn)對供水系統(tǒng)的遠程監(jiān)控和故障報警。 三、研究步驟、方法及措施：步驟及方法： (1)了解國內(nèi)外PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展動態(tài)。 (2)掌握基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的工作原理。 (3)重點討論PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件和軟件設計、PID算法在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中的應用以及上

10、、下位機的通信設置，通過通信模塊實現(xiàn)對供水系統(tǒng)的遠程監(jiān)控和故障報警。 (4) 設計一套由PLC、變頻器、遠傳壓力表、多臺水泵機組、計算機、通信模塊等主要設備構成的全自動變頻恒壓供水及其遠程監(jiān)控系統(tǒng)。 (5)得出結論。 措施：圖書館查找相關的書籍、期刊、雜志等，通過上網(wǎng)尋找相關的一些資料，查看當代對該技術的研究成果和最新的動態(tài)。然后通過對這些資料的學習和研究進一步的熟悉和理解設計所需的相關知識。在設計過程中及時與指導老師探討，對不了解的問題及時向老師請教。 四、 參考文獻 [1]蔡美琴,張為民.MCS-51系列單片機系統(tǒng)及其應用（第二版）[M].高等教育出版社.x.1.

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