【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）變頻恒壓供水控制系統(tǒng)-控制理論與系統(tǒng)

畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)書(shū) 姓名 班號(hào) 院系 遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院 同組姓名 無(wú) 指導(dǎo)教導(dǎo) 一、 課題名稱(chēng) 變頻恒壓供水控制系統(tǒng) 課題內(nèi)容 本設(shè)計(jì)是以小區(qū)供水系統(tǒng)為控制對(duì)象，采用 變頻技術(shù)相結(jié)合技術(shù)，設(shè)計(jì)一套城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)，并引用計(jì)算機(jī)對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的運(yùn)行工況。 制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程控制器、壓力變送器和 現(xiàn)場(chǎng)的水泵機(jī)組一起組成一個(gè)完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)， 此變頻 恒壓供水系統(tǒng)主要滿(mǎn)足小區(qū)的日常供水。 二、 課題任務(wù)要求 1 利于變頻恒壓供水系統(tǒng)來(lái)滿(mǎn)足小區(qū)日常的供水，為小區(qū) 每棟樓的各個(gè)樓層提供供水，無(wú)論小區(qū)何時(shí)出現(xiàn)供水瓶頸變頻恒壓供水系統(tǒng)均能滿(mǎn)足 。 2 結(jié)構(gòu)合理，邏輯嚴(yán)密。 3 滿(mǎn)足一定的閱讀量。 三、 同組設(shè)計(jì)者 無(wú) 五、主要參考文獻(xiàn) 1 鐘文能 . 基于 恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析 J. 建筑熱能通風(fēng)空調(diào) . 2006(03) 2 李麗敏 ,葉洪海 ,張玲玉 . 壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) J. 自動(dòng)化與儀器儀表 . 2008(01) 3 李巧紅 . 基于 恒壓供水系統(tǒng)研究 J. 中國(guó)科技信息 . 2008(20) 4 李貴生 . 基于 恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) J. 山西建筑 . 2008(26) 5 李燕 . 基于 制的變頻器恒壓供水系統(tǒng) J. 中國(guó)高新技術(shù)企業(yè) . 2010(04) 指導(dǎo)教師簽字 教研室主任簽字 年 月 日 目 錄 摘 要 . 4 1 引 言 . 5 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 . 6 3 工藝分析及控制要求 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 藝分析 . 7 制要求 . 8 4 恒壓供水控制系統(tǒng)及硬件設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 9 件設(shè)計(jì) . 9 氣原理圖 . 9 !未定義書(shū)簽。 7 參考文獻(xiàn) . 18 摘 要 隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，城市高層建筑的供水問(wèn)題日益突出。一方面要求提高供水質(zhì)量，不要因?yàn)閴毫Φ牟▌?dòng)造成供水障礙；另一方面要求保證供水的可靠性和安全性。針對(duì)這兩方面的要求，這就要求一種新的供水 方式，這里采用 制的恒壓供水系統(tǒng)。 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)恒壓供水的主體控制設(shè)備是 制電路的合理性，程序的可靠性直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行性能。本系統(tǒng)采用 西門(mén)子公司 列 體積小，執(zhí)行速度快，抗干擾能力強(qiáng)，性能優(yōu)越。 對(duì)于自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)可編程控制器是必不可少的。 本設(shè)計(jì)是以恒壓供水系統(tǒng)為控制對(duì)象，采用 計(jì)一套恒壓供水系統(tǒng)。 為滿(mǎn)足城市需水量日益加大的要求，降低供水能耗，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)、可靠、穩(wěn)定的供水，需要利用變頻恒壓供水技術(shù)對(duì)原供水系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造，采用 理及故障遠(yuǎn)程報(bào)警。通過(guò)使用基于 效地解決了傳統(tǒng)供水方式中存在的問(wèn)題，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，并與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了有機(jī)的結(jié)合，提升了系統(tǒng)的總體性能。 關(guān)鍵詞 ：恒壓供水， 遠(yuǎn)程監(jiān)控 1 引 言 傳統(tǒng)的供水方式普遍不同程度的存在浪費(fèi)水力、電力資源 ； 效率低 ； 可靠性差 ； 自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。目前的供水方式朝向高效節(jié)能、自動(dòng)可靠的方向發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制 方式，在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用，特別是在城鄉(xiāng)工業(yè)用水的各級(jí)加壓系統(tǒng)，居民生活用水的恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速水泵節(jié)能效果尤為突出，其優(yōu)越性表現(xiàn)在 ： 一是節(jié)能顯 著；二是在開(kāi)、 停機(jī)時(shí)能減小電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊以及供水水壓對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊 ； 三是能減小水泵、電機(jī)自身的機(jī)械沖擊損耗 。 基于 變頻 技術(shù)的 恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對(duì)于 提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義 。 雖然 0多年的歷史，但其發(fā)展勢(shì)頭迅猛，目前 方面向著大型化的方向發(fā)展，另一方面向著小型化的方向發(fā)展。其中，大型化向著大存儲(chǔ)容量、高速度、高性能、增加 I 要表現(xiàn)在： 1增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)通信功能。 2發(fā)展智能模塊。 3外部故障診斷功能。 4編程語(yǔ)言、編程工具標(biāo)準(zhǔn)化、高級(jí)化。 此 系統(tǒng)包含三臺(tái)水泵電機(jī)，它們組成變頻循環(huán)運(yùn)行方式。采用變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)三相水泵電機(jī)的軟 啟動(dòng)和變頻調(diào)速，運(yùn)行切換采用 “先啟先停 ”的原則。壓力傳感器檢測(cè)當(dāng)前水壓信號(hào)，送入 而控制變頻器的輸出電壓和頻率，進(jìn)而改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)改變供水量，最終保持管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值附近。 2 設(shè)計(jì) 內(nèi)容 本設(shè)計(jì)是以小區(qū)供水系統(tǒng)為控制對(duì)象，采用 變頻技術(shù)相結(jié)合技術(shù)，設(shè)計(jì)一套城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)，并引用計(jì)算機(jī)對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的運(yùn)行工況。 制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程控制器、壓力變 送器和 現(xiàn)場(chǎng)的水泵機(jī)組一起組成一個(gè)完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)中有 1 個(gè)貯水池， 3 臺(tái)水泵，采用部分流量調(diào)節(jié)方法，即 3 臺(tái)水泵中只有 1 臺(tái)水泵在變頻器控制下作變速運(yùn)行，其余水泵做恒速運(yùn)行。 據(jù)管網(wǎng)壓力自動(dòng)控制各個(gè)水泵之間切換，并根據(jù)壓力檢測(cè)值和給定值之間偏差進(jìn)行 算，輸出給變頻器控制其輸出頻率，調(diào)節(jié)流量，使供水管網(wǎng)壓力恒定。各水泵切換遵循先起先停、先停先起原則。 根據(jù)以上控制要求，進(jìn)行系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計(jì)。硬件設(shè)備選型、 型，估算所需 I/O 點(diǎn)數(shù)，進(jìn)行 I/O 模塊選型，繪制系統(tǒng)硬件連接圖：包括系統(tǒng)硬件配置 圖、 I/O 連接圖，分配 I/O 點(diǎn)數(shù)，列出 I/O 分配表，設(shè)計(jì)梯形圖控制程序，對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改 。 3 工藝分析及控制要求 藝分析 制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程控制器、壓力變送器和 現(xiàn)場(chǎng)的水泵機(jī)組一起組成一個(gè)完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)， 該系統(tǒng)的控制流程圖如圖 用 戶(hù) 變 送 器變 頻 器P L C( 含 P I D )液 位 變 送 器水 池水 泵 機(jī) 組管 網(wǎng) 壓 力 信 號(hào)報(bào) 警 信 號(hào)水 池 水 位 信 號(hào)圖 頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程圖 變頻恒壓供水系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標(biāo)，在控制上實(shí)現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力 跟隨設(shè)定的供水壓力。設(shè)定的供水壓力可以是一個(gè)常數(shù)，也可以是一個(gè)時(shí)間分段函數(shù)，在每一個(gè)時(shí)段內(nèi)是一個(gè)常數(shù)。所以，在某個(gè)特定時(shí)段內(nèi)，恒壓控制的目標(biāo)就是使出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力維持在設(shè)定的供水 壓力上。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 示： P I D D / 器接 觸器水 泵機(jī) 組管 道壓 力 變 送 器A / 管 網(wǎng) 壓 力P L 頻恒壓供水系統(tǒng)框圖 恒壓供水系統(tǒng)通過(guò)安裝在用戶(hù)供水管道上的壓力變送器實(shí)時(shí)地測(cè)量參考點(diǎn)的水壓，檢測(cè)管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)換為 420電信號(hào) ，此檢測(cè)信號(hào)是實(shí)現(xiàn)恒壓供水的關(guān)鍵參數(shù)。由于電信號(hào)為模擬量，故必須通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換模塊才能讀入并與設(shè)定值進(jìn)行比較，將比較后的偏差值進(jìn)行 算，再將運(yùn)算后的數(shù)字信號(hào)通過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)作為變頻器的輸入信號(hào)，控制變頻器的輸出頻率，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制水泵的供水流量，最終使用戶(hù)供水管道上的壓力恒定，實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水。 制要求 基于 變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求如下： (1) 由于白天和夜間小區(qū)用水量明顯不同，本設(shè)計(jì)采用白天供水和夜間供水兩種模式，兩種模式下設(shè)定的 給定水壓值不同。白天，小區(qū)的用水量大，系統(tǒng)高恒壓值運(yùn)行；夜間，小區(qū)用水量小，系統(tǒng)低恒壓值運(yùn)行。 (2) 在用水量小的情況下，如果一臺(tái)水泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過(guò) 3h，則要切換下一臺(tái)水泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺(tái)水泵工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。倒泵只用于系統(tǒng)只有一臺(tái)變頻泵長(zhǎng)時(shí)間工作的情況下。 (3) 考慮節(jié)能和水泵壽命的因素，各水泵切換遵循先啟先停、先停先啟原則。 (4) 三臺(tái)水泵在啟動(dòng)時(shí)要有軟啟動(dòng)功能，對(duì)水泵的操作要有手動(dòng) /自動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。 (5) 系統(tǒng)要有完善的報(bào)警功能。 4 恒壓供水控制系統(tǒng)及硬件設(shè)計(jì) 絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用環(huán)型拓?fù)湫褪?,總體結(jié)構(gòu)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式 ,分別為調(diào)度指揮控制中心以太網(wǎng)、 1 000 統(tǒng)由主干千兆光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)、調(diào)度指揮控制中心骨干路由網(wǎng)關(guān)、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)以及連接用光纖、光配等組成。 主干網(wǎng)絡(luò)的布置以調(diào)度室和水廠的交換機(jī)為核心 ,其它子系統(tǒng)交換機(jī)為系統(tǒng)以后的改造、信號(hào)的上傳預(yù)留接口 ,所有交換機(jī)形成環(huán)網(wǎng) ,并通過(guò)光纖彼此相連 ,從而使得各個(gè)子系統(tǒng)的信號(hào)可以匯總傳送到調(diào)度室交換機(jī)上。 交換機(jī)采用 西門(mén)子 - 400 工業(yè)交換機(jī)。工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)采用西門(mén)子的最新工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù) 絡(luò)化系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高可靠性、豐富的網(wǎng)絡(luò)管理功能、模塊化結(jié)構(gòu)和較少的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。 整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心，它要完成對(duì)系統(tǒng)中所有輸入號(hào)的采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實(shí)現(xiàn)以及對(duì)外的數(shù)據(jù)交換。因此我們?cè)谶x擇，要考慮 指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內(nèi)存空間、通訊接 口及協(xié)議、帶擴(kuò)展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面因素。由于恒壓供水自動(dòng)控制 系統(tǒng)控制設(shè)備相對(duì)較少，因此 用德國(guó) 司的 。上位機(jī)的通信采用 纜，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口 (議， 纜可以方便實(shí)現(xiàn) 通信接口 的通信接口 轉(zhuǎn)換，用戶(hù)程序有三級(jí)口令保護(hù)，可以對(duì)程序?qū)嵤┌踩Ｗo(hù)。 根據(jù)控制系統(tǒng)實(shí)際所需端子數(shù)目，考慮 此選用的 開(kāi)關(guān)量輸出為 16點(diǎn)，輸出形式為 開(kāi)關(guān)量輸入 4點(diǎn)，輸入形式為 +24于實(shí)際中需要模擬量輸入點(diǎn) 1個(gè)，模擬量輸出點(diǎn) 1個(gè)，所以需要擴(kuò)展，擴(kuò)展模塊選擇的是 該模塊有 4個(gè)模擬輸入 ( 1個(gè)模擬輸出 (號(hào)通道。輸入輸出信號(hào)接入端口時(shí)能夠自動(dòng)完成 A/準(zhǔn)輸入信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成一個(gè)字長(zhǎng) (16數(shù)字信號(hào)；輸出信號(hào)接出端口時(shí)能夠自動(dòng)完成 D/個(gè)字長(zhǎng) (16數(shù)字信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)。 過(guò) 氣原理圖 基于 變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖如圖 示 ：三臺(tái)電機(jī)分別為 2、 們分別帶動(dòng)水泵 1#、 2#、 3#。接觸器 別控制工頻運(yùn)行；接觸器 別控制 別為三臺(tái)水泵電機(jī)過(guò)載保護(hù)用的熱繼電器； 別為變頻器和三臺(tái)水泵電機(jī)主電路的隔離開(kāi)關(guān)； 主電路的熔斷器。 本系統(tǒng)采用三泵循環(huán)變頻運(yùn)行方式，即 3 臺(tái)水泵中只有 1 臺(tái)水泵在變頻器控制下作變速運(yùn)行，其余水泵 在工頻下 做恒速運(yùn)行 ， 在用水量小的情況下，如果變頻泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超 過(guò) 3h，則要切換下一臺(tái)水泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺(tái)水泵工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。因此 在同一時(shí)間內(nèi)只能有一臺(tái)水泵工作在變頻下，但不同時(shí)間段內(nèi)三臺(tái)水泵都可輪流做變頻泵。 圖 頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖 、示： L 2L 3F 器Q S 1 2K M 2F R 1K M 1M 13 K M 3M 23 K M 5M 33 K M 4F R 2Q S 3 Q S 4K M 6F R 3表 入輸出點(diǎn)代碼及地址編號(hào) 名 稱(chēng) 代 碼 地址編號(hào) 輸入信號(hào) 供水模式信號(hào) (10 池水位 上下限信號(hào) 頻器報(bào)警信號(hào) 燈按鈕 力變送器輸出模擬量電壓值 出信號(hào) 1#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 #泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 #泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 #泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 #泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 #泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 出信號(hào) 水池水位上下限報(bào)警指示燈 頻器故障報(bào)警指示燈 天模式運(yùn)行指示燈 警電鈴 頻器頻率復(fù)位控制 頻器輸入電壓信號(hào) 擴(kuò)展模塊外圍接線圖，如圖 示： C。C P U 2 2 6 C 0 2 3 5I 0 I 1 I 2Q 0 Q 1S A 1窗 口比 較 器液 位變 送 器水 位 上 下限 信 號(hào)S H 74 6 8 1 0 1 2 1 4 2 42 22 01 81 6 2N 1 壓 力 變 送 器 輸出 壓 力 信 號(hào)輸 入 變 頻 器圖 擴(kuò)展模塊外圍接線圖 本變頻恒壓供水系統(tǒng)有五個(gè)輸入量，其中包括 4 個(gè)數(shù)字量和 1 個(gè)模擬量。壓力變送器將測(cè)得的管網(wǎng)壓力輸入 擴(kuò)展模塊 模擬量輸入端口作為模擬量輸入；開(kāi)關(guān) 來(lái)控制白天 /夜間兩種模式之間的切換，它作為開(kāi)關(guān)量輸入 位變送器把測(cè)得的水池水位轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)后送入窗口比較器，在窗口比較器中設(shè)定水池水位的上下限，當(dāng)超出上下限時(shí)，窗口比較其輸出高電平 1，送入 頻器的故障輸出端與 連，作為變頻器故障報(bào)警信號(hào)；開(kāi)關(guān) 連作為試燈信號(hào)，用于手動(dòng)檢測(cè)各指示燈是否正常工作。 本變頻恒壓供水系統(tǒng)有 11 個(gè)數(shù)字量輸出信號(hào)和 1 個(gè)模擬量輸出信號(hào)。別輸出三臺(tái)水 泵電機(jī)的工頻 /變頻運(yùn)行信號(hào)； 出水位超限報(bào)警信號(hào)； 出變頻器故障報(bào)警信號(hào)； 出白天模式運(yùn)行信號(hào)； 出報(bào)警電鈴信號(hào)； 出變頻器復(fù)位控制信號(hào)； 出的模擬信號(hào)用于控制變頻器的輸出頻率。 5 5 6 總結(jié) 接觸 經(jīng)有一段時(shí)間了，可是用 計(jì)東西的機(jī)會(huì)很少，基本沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)老師的講解，慢慢融入課題，一步一步完成課程設(shè)計(jì)的要求。在這個(gè)過(guò)程中，每完成一步就相當(dāng)有成就感，感覺(jué)自己課堂所學(xué)的東西都沒(méi)白學(xué)，從選課題、查找資料、程序設(shè)計(jì)到每一步的調(diào)試，我們課堂所學(xué)的東西都得到了進(jìn)一步的升華。 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，不僅使我鞏固了對(duì)原有知識(shí)的掌握，還拓寬了我的知識(shí)面 。在提高自己的同時(shí)，我也更加清楚的認(rèn)識(shí)到自己的一些不足之處。比如：在硬件設(shè)備之間的連接， I/O 端口的分配，地址的分配這幾方面自己起初不是很了解，但經(jīng)過(guò)這半年的自學(xué)，以及向老師、同學(xué)們請(qǐng)教，我對(duì)這些知識(shí)有了更深入的理解。通過(guò)這半年的實(shí)踐和學(xué)習(xí)，我學(xué)到了很多課本中無(wú)法涉及到的知識(shí)，體會(huì)到了工程設(shè)計(jì)的復(fù)雜與困難，也感受到了親自做出成績(jī)的成功與喜悅，這