2023年开题报告基于PLC变频恒压供水系统设计.docx

开题报告-基于PLC变频恒压供水系统设计 开题报告 电气工程及自动化 基于PLC的变频恒压供水系统设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 水是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，在政府及社会倡导节水节能现实条件下，我们这个水资源和电能都及其短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水、小区供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低，但是随着社会经济的飞速开展，住房制度改革的不断深入，城市建设规模的不断扩大，人口的增多和人们生活水平的不断提高，对城市供水的数量、质量、经济、稳定、可靠性提出了越来越高的要求，也直接表达了城市小区物业管理水平的上下。 传统的小区供水方式有:恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水、液力藕合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等方式。传统的小区供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源;效率低;可靠性差;自动化程度不高等缺点，严重影响了居民的用水和工业系统中的用水。寻求供水与能耗之间的最正确性价比，是困扰企业的一个长期问题。目前各供水厂的供水机泵设计按最大扬程与最大流量这一最不利条件设计，水泵大多数时间在设计效率以下运行。导致电动机与水泵之间常常出现大马拉小车问题。因此，如何解决供水与能耗之间的不平衡，寻求提高供水效率的整体解决方案，是各个供水解水企业关心的焦点问题之一。随着人们对供水质量和供水系统可靠性要求的不断提高，需要利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，要求设计出高性能、高节能、能适应供水厂的复杂环境的恒压供水系统成为必然趋势。 随着科学的开展，变频器的使用也越来越广泛，不管是工业上还是家用电器上都会用到变频器。可以说，只要有三相异步电动机的地方，就有变频器的存在。也随着变频技术的开展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统以其环保、节能和高品质的供水质量等特点，广泛应用于多层住宅小区及高层建筑的生活、消防供水中。变频恒压供水的调速系统可以实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压的恒定来满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。 变频恒压供水是在变频调速技术的开展之后逐渐开展起来的。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、压频比控制及各种保护功能上。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不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。从查阅大量的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都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，因而投资本钱较高。随着变频技术的开展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，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。 目前国内有不少公司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，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器(PLC)及相应的软件予以实现，有的采用单片机及相应的软件予以实现。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，远远没能到达所有用户的要求。 在实际应用中如何充分利用专用变频器内置的各种功能，对合理设计变频恒压供水设备、降低本钱、保证产品质量等有着重要意义。变频恒压供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不管是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比较的优势，而且具有显著的节能效果。目前变频恒压供水系统正朝着高可靠性、多品种系列化、全数字化微机控制的方向开展。追求高度智能化、标准化、系统化是未来供水设备适应城镇建设中成片开发、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。 变频恒压供水系统能适用于生活水、工业用水以及消防用水等多种场合的供水要求，该系统具有如下几个特点：(1)供水系统的控制对象是用户管网的水压，是过程控制量，同其他一些过程控制量(如:温度、浓度、流量等)一样，对控制作用的响应具有滞后性。 (2)用户管网中因为有管阻等因素的影响，同时又由于水泵自身的一些特有的特性，使水泵转速的变化与管网压力的变化成正比，因此变频调速恒压供水系统是一个线性系统。 (3)变频调速恒压供水系统要具有广泛的通用性，面向各种各样的供水系统，而不同的供水系统管网结构、用水量和扬程等方面存在着较大的差异性，因此其控制对象的模型具有很强的多变性以及不确定性。 (4)在变频调速恒压供水系统中，由于有定量泵的参加，而定量泵的控制是时时发生的，同时定量泵的运行状态直接影响供水系统的模型参数，使其不确定性地发生变化。所以认为变频调速恒压供水系统的控制对象是时时变化的。 (5)用变频器进行调速，用调节泵和固定泵的组合进行恒压供水，节能效果十分显著，对每台水泵进行软启动，启动电流可从零到电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击同时减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。 (6)当出现意外的情况(如突然停水、断电、泵、变频器或软启动器故障等)时，系统能根据泵及变频器或软启动器的状态，电网状况及水源水位，管网压力等工况点自动进行切换，保证管网内压力恒定。在故障发生时，执行专门的故障程序，保证在紧急情况下的仍能进行供水。 二、 研究的根本内容，拟解决的主要问题：研究的根本内容：1) 基于PLC的变频恒压供水系统的系统组成以及工作原理。 2) 基于PLC的变频恒压供水系统的PLC程序的设计。 3) 状态循环转换控制的电气设计方案。 4) 上、下位机的通信模块。 拟解决的主要问题：1、掌握基于PLC的变频恒压供水系统的工作原理。 2、基于PLC的变频恒压供水系统的硬件和软件设计。 3、PID算法在变频调速恒压供水系统中的应用。 4、完成上、下位机的通信设置，通过通信模块实现对供水系统的远程监控和故障报警。 三、研究步骤、方法及措施：步骤及方法：(1)了解国内外PLC的变频恒压供水系统的开展动态。 (2)掌握基于PLC的变频恒压供水系统的工作原理。 (3)重点讨论PLC的变频恒压供水系统的硬件和软件设计、PID算法在变频调速恒压供水系统中的应用以及上、下位机的通信设置，通过通信模块实现对供水系统的远程监控和故障报警。 (4) 设计一套由PLC、变频器、远传压力表、多台水泵机组、计算机、通信模块等主要设备构成的全自动变频恒压供水及其远程监控系统。 (5)得出结论。 措施：图书馆查找相关的书籍、期刊、杂志等，通过上网寻找相关的一些资料，查看当代对该技术的研究成果和最新的动态。然后通过对这些资料的学习和研究进一步的熟悉和理解设计所需的相关知识。在设计过程中及时与指导老师探讨，对不了解的问题及时向老师请教。 四、 参考文献 [1]蔡美琴,张为民.MCS-51系列单片机系统及其应用〔第二版〕[M].高等教育出版社.2023.1. [2]顾绳谷,姚守秋.电机及拖动根底[M].机械工业出版社.2023.8. [3]徐科军,马修水，李晓林.传感器与检测技术〔第二版〕[M].电子工业出版社.2023.2. [4]夏德钤,翁贻方.自动控制理论〔第三版〕[M].机械工业出版社.2023.1. [5]邵玉森,戴先中.过程控制工程〔第二版〕[M].机械工业出版社.2023.1. [6]吴志敏,杨胜峰.西门子PLC与变频器、触摸屏综合应用教程[M].中国电力出版社.2023.7. [7]孙凯.基于PLC的变频恒压供水系统的设计[J].中国制造业信息化.2023. [8]熊幸明.变频调速技术的应用与开展[J].长沙大学学报(自然科学版).2022. [9]任琪.基于PLC变频调速恒压供水控制系统设计[J].信息系统工程.2023. [10]崔玉川,傅涛.我国城市给水开展现状与特点[J].中国给水排水.1999. [11]杨凌云.PID调节器在恒压供水系统中的应用[J].微机算计信息，2001. [12]蒋艺,杨俊生.变频调速器在供水系统中的应用[J].山东冶金.1999. [13]姜学军,刘新国，李晓静等.计算机控制技术〔第二版〕[M].2023.7. [14]黄金波,郭丽春.可编程控制器在自动给水系统中的应用[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版)，2002. [15]云飞.变频调速水泵的能耗分析[J].流体机械,2001.12. [16]Raymond G,Jacquet. Modern control system，1981. [17]Power, Robert B. Pump up your energy saving. Chemical Engineering. New York. Feb 1994. [18]林俊赞,李雄松,尹元日.PLC在恒压供水控制系统中的应用[J].电机电器技术.1999. [19]Szychta, Leszek. System for optimizing pump station control-Part[J].World Pumps.2004.