PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計開題報告.doc

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1、畢業(yè)設(shè)計(開題報告)信息與電子工程系工業(yè)電氣自動化專業(yè)04級1班課題名稱：S7-200PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計(論文)起止時間：學生姓名：指導教師：報告日期：信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(論文)-1-1本課題所涉及的問題在國內(nèi)(外)的現(xiàn)狀綜述隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，人口的增多以及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)定性提出了越來越高的要求。據(jù)統(tǒng)計，從1990年到1998年。我國人均日生活用水量(包括城市公共設(shè)施等非生產(chǎn)用水)由175.7升增加到241.1升，增長了37.2，與此同時我國城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。而另一方面，

2、在全國的666個城市中有330個不同程度缺水，其中嚴重缺水的達108個；在32個百萬人口以上的特大城市中，有30個城市長期受缺水的困擾，特別是水資源短缺地區(qū)的城市，水的供需矛盾尤為突出。由于供水不足，城市工業(yè)每年的經(jīng)濟損失達2300億元；同時給城市居民生活造成許多困難和不便，成為城市社會中的一種隱患。在供水企業(yè)中，水泵的電能消耗及設(shè)備的維護管理費用。在生產(chǎn)成本中占有很大的比例：水泵電機作為一種高耗能通用機械，其耗電量占全國總耗電量的21以上，具有很大的節(jié)能潛力。由于常規(guī)恒速供水系統(tǒng)是采用常規(guī)的閥門來控制供水量的，而軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，造成相當部分電能消耗在閥門和額定轉(zhuǎn)速運行下的電機。因

3、此，這種調(diào)控方式雖然簡單，但從節(jié)約能耗的角度來看。很不經(jīng)濟。近年來，電機調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，為水泵電機的節(jié)能開辟了一個新途徑。它可以通過調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速來適應(yīng)水量和水壓的變化，使水泵始終在高效區(qū)工作，將大大地降低水泵能耗，合理地進行設(shè)備管理與維護，對節(jié)約能源和提高供水企業(yè)的經(jīng)濟效益具有極其重要的意義。信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(論文)-2-2設(shè)計(論文)要解決的問題和擬采用的研究方法本課題要解決的問題:本課采用PLC和變頻調(diào)速技術(shù)研制PLC控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，與現(xiàn)場液位傳感器、壓力傳感器一起組成了各自的閉環(huán)控制系統(tǒng)。每天24小時不間斷按預(yù)先設(shè)定的水壓恒定地向城市供水，保證了水廠的不間斷生產(chǎn)。通

4、過該項目的研制和應(yīng)用，不僅能夠節(jié)約寶貴的水、電資源，降低了生產(chǎn)成本，減少設(shè)備維護，降低維修成本；而且提高了整個水廠的生產(chǎn)調(diào)度管理水平，減輕工人勞動強度，有效的提高了生產(chǎn)率。由于中小型自來水廠的自動化技術(shù)改造在我國有著廣泛的應(yīng)用前景，本控制系統(tǒng)具有較大的發(fā)展?jié)摿洼^高的推廣價值。（1）由于常規(guī)恒速供水系統(tǒng)是采用常規(guī)的閥門來控制供水量的，而軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，造成相當部分電能消耗在閥門和額定轉(zhuǎn)速運行下的電機。因此，這種調(diào)控方式雖然簡單，但從節(jié)約能耗的角度來看。所以我們采用變頻調(diào)速控制水泵用來改善水泵的能量浪費問題。（2）S7-200PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速方式自動完成泵

5、組軟啟動及無沖擊切換，自動調(diào)節(jié)水泵電機轉(zhuǎn)速，改變以往“先啟后停”方式，使水壓平穩(wěn)過渡。采用硬件/軟件備用及時鐘控制功能，使各泵進行輪休，延長設(shè)備的機械使用壽命。變頻器故障時系統(tǒng)仍可運行，保證不間斷供水。因此要設(shè)置好各泵的啟動方式及順序。（3）變頻轉(zhuǎn)工頻開關(guān)切換時間T設(shè)置是為了確保在加泵時，泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻的過程中，同一臺泵的變頻運行和工頻運行各自對應(yīng)的交流接觸器不會同時吸合而損壞變頻器，同時為了避免工頻啟動時啟動電流過大而對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊，所以在允許范圍內(nèi)必須盡可能的小。（4）上下限頻率持續(xù)時間TH和TL變頻器運行的頻率隨管網(wǎng)用水量增大而升高，系統(tǒng)以變頻器運行的頻率是否達到上限（下限）、并保持

6、一定的時間為依據(jù)來判斷是否加泵（減泵），這個判斷的時間就是TH（TL）。如果設(shè)定值過大，系統(tǒng)就不能迅速的對管網(wǎng)用水量的變化做出反應(yīng)；如果設(shè)定值過小，管網(wǎng)用水量變化時就很可能引起頻繁的加減泵動作；兩種情況下都會影響恒壓供水的質(zhì)量。所以要設(shè)置好上下限頻率持續(xù)時間。（5）對常用的調(diào)速方式進行分析，并決定選用的調(diào)速方式調(diào)速方式的大致分類：1、變級對數(shù)調(diào)速，2、變頻調(diào)速。變頻調(diào)速又可以分為：、交-直-交變頻器，、交-交變頻器。因為交交變頻調(diào)速方式比較適用于低速度，大功率的電機，因此我們在本次設(shè)計中選用交直交方式的變頻調(diào)速。信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(論文)-3-3本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思

7、路3.1調(diào)速控制節(jié)能分析水泵的設(shè)計負荷是按最不利條件下最大時流量及相應(yīng)揚程設(shè)定的。但實際運行中水泵每天只有很短的最大時流量，其流量隨外界用水情況在變化，揚程也因流量和水位的變化而變化。因此水泵不能總保持在一個工況點，需要根據(jù)實際情況進行控制。通常采用的方法有閥門控制和調(diào)速控制。閥門控制是通過增加管道的阻抗而達到控制流量的目的，因而浪費了能量：而電動機調(diào)速控制可以通過改變水泵電動機的轉(zhuǎn)速來變更水泵的工況點，使其流量與楊程適應(yīng)管用水量的變化，維持壓力恒定，從而達到節(jié)能效果。由流體力學可知，水泵給管網(wǎng)供水時，水泵的輸出功率p與管網(wǎng)的水壓H及出水流量Q的乘積成正比；水泵的轉(zhuǎn)速n與出水流量Q成正比：管網(wǎng)

8、的水壓H與出水流量Q的平方成正比。由上述關(guān)系有，水泵的輸出功率p與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比，即：1PkHQ；圖1-12nkQ；23HkQ；3Pkn；式中k,k1,k2,k3為比例常數(shù)。當系統(tǒng)出水流量減小時，通過變頻調(diào)速裝置將供水水泵轉(zhuǎn)速調(diào)小，則水泵的輸出功率將隨轉(zhuǎn)速的變化而減小。變頻調(diào)速節(jié)能原理田如圖1-1所示。圖中曲線1、2、3為管網(wǎng)阻力特性曲線，曲線4為水泵轉(zhuǎn)速為n1時的運行特性曲線，曲線5為水泵轉(zhuǎn)速為n2時的運行特性曲線。水泵原來的工作點為曲線3和曲線4的交點A，此時出水流量為Q1，管網(wǎng)壓力為H1，水泵轉(zhuǎn)速為n1。當系統(tǒng)的出水流量減小到Q2，系統(tǒng)管網(wǎng)特性為曲線1。曲線1和曲線4的交點B為運行工作點。此時管網(wǎng)壓力為H2，水泵的輸出功率正比于H2Q2。由于H2H1，高出的壓力能量被浪費了，同時過高的壓力對管網(wǎng)和設(shè)備還可能造成危害。如采用變頻調(diào)速裝置，將此時水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)至n2，曲線5和曲線2的交點C為水泵的運行工作點。調(diào)速后管網(wǎng)的壓力仍保持為H1，出水流量為口Q2，水泵的輸出功率正比于H1Q2。從圖中可見，陰影部分正比于浪費的功率輸出。例如，當Q2為Q1的80%時，通過調(diào)速將n2調(diào)為n1的80，則水泵的輸出功率P2為P1的51.2。如不采用調(diào)速控制，48.8的能量將被浪費?？梢娮冾l調(diào)速的經(jīng)濟效益十分可觀。