恒压供水控制系统设计_开题报告

一、文献综述

1.1 恒压供水系统产生的意义

我国人口众多，随着城镇化建设的飞速发展，城市人口不断增加，每年所消耗的能量巨大，近年来，能源紧张不时影响到了工业生产及人民生活。从2008年开始，中国的能源消耗速度开始高于经济增速，从“电荒”、“油荒”，到“水荒”，中国的能源问题日益突出。据报导，到2030年中国人口达到16亿时，人均水资源量将降低到1760立方米，接近国际承认的1700立方米“用水紧张”标准。如果不采取有效措施，中国有可能在未来出现严重的水危机。而前几年的限电生产和生活给人们带来的影响仍记忆犹新，因此，节能降耗是保证工业和生活稳定发展的一项关键措施，是各行各业的技术改革方向。节水节能已成为时代特征。

为了尽可能地满足城市生产和人们生活供水需要，供水企业一般都是满负荷工作，因此，如何做好供水设备的维护和管理并有效解决电能消耗问题成了企业必须解决好的关键问题。水泵电机作为一种高耗能通用机械，其耗电量占全国总耗电量的 21%以上，具有很大的节能潜力。据调查，供水电泵的电能消耗费用在供水企业生产成本中占了很大的比例。现有的供水系统主要是恒速控制系统并且用常规的阀门来控制供水量。恒速调控方式虽然简单，但从节约能耗的角度来看，却相当不经济。研究结果表明，水泵的轴功率与转速的三次方成正比，因而当电机采用恒速控制时，将有很大一部分电能消耗在阀门上和以额定转速运行的电机上。为了节能降耗，一种有效的方法是广泛采用电机调速技术。通过调节电动机的转速可以很好地适应水量和水压的变化，使水泵始终工作在高效区，进而大大降低水泵能耗，这对节约能源和提高供水企业的经济效益均具有极其重要的意义。

目前，将先进的自动化技术、控制技术、网络及通讯技术等应用到供水领域，已经成为供水行业的发展趋势。变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体，可以显著提高供水系统的稳定性和可靠性，也有利于实现供水系统的集中管理与监控。此外，变频恒压供水系统还具有良好的节能性，这在大力提倡节能降耗的今天尤为重要。

1.2恒压供水系统的发展现状

目前国外的恒压供水系统变频器成熟可靠，恒压控制技术先进。国外变频供水系统在设计时主要采用一台变频器只带一台水泵机组的方式。这种方式运行安全可靠，变压方式更灵活。此方式的缺点必是电机数量和变频的数量一样多，因而投资成本高。

目前国内有不少公司在从事进行变频恒压供水的研制推广，国产变频器主要采用进口元件组装或直接进口国外变频器，结合PLC或PID调节器实现恒压供水，在小容量、控制要求的变频供水领域，国产变频器发展较快，并以其成本低廉的优势占领了相当部分小容量变频恒压供水市场。但在大功率大容量变频器上，国产变频器有待于进一步改进和完善。

随着变频恒压供水系统在稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点逐渐显现出来，再加上其显著的节能效果，许多变频器生产厂家开始推出具有恒压供水功能的变频器，例如日本 SAMCO 公司就推出了恒压供水基板，具有“变频泵固定方式”和“变频泵循环方式”两种工作模式，它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成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，在应用时只需搭载配套的恒压供水单元，便可以直接控制多内置的电磁接触器工作，最多可构成7台电机(泵)的供水系统。这类控制设备虽然微化了电路结构，降低了设备成本，但因其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也不高，且难以与别的监控系统和组态软件实现数据通信，限制了带负载的容量，其实际使用范围受到不小的限制。后来日本富士电机公司推出了新一代风机、水泵专用型变频器FRENIC-VP系列。VP系列变频器具备适合HVAC（Heat Ventilation Air Conditioner）行业所需的最佳功能，节省空间，操作简便，机型丰富,全球通用。

1.3 课题主要研究内容

以往的水泵控制采用传统的电力拖动方式，水泵在工频下恒速运转，通过调节阀门的开度实现对流量的控制，这样造成能源的浪费和产生“水锤效应”，对设备不利。采用交流变频恒压供水方式组成系统可解决以上问题。课题来源于实际工程项目，使用S7-200PLC和ACS510专用风机泵类变频器构成恒压供水系统，比较分析使用不同的控制方案的优缺点，结合实际、工艺状态来选择最优化的解决方法。

课题主要研究内容如下：

（1）对变频恒压供水现状进行调研，并提出采用具有众多优点的变频调速恒压供水方案。

（2）分析变频恒压供水系统的组成及特点，探讨变频恒压供水系统的控制策略。

（3）介绍基于PLC的变频调速恒压供水控制系统的设计，该系统由一台变频器轮流拖动7台水泵电机变频运行。重点介绍变频调速恒压供水系统的构成和工作过程，控制系统的硬件设计和PLC程序设计思想。

（4）通过对ABB ACS510变频器基本原理和西门子S7-200PLC的介绍，采用PID控制水泵电机转速实现变频调速恒压供水。

二、^范文提纲

1绪论

1.1恒压供水系统产生的意义

1.2恒压供水系统发展的现状况

 

2恒压供水系统分析

2.1恒压供水系统简介

2.1.1恒压供水系统的基本特征

2.1.2恒压控制的理论模型

2.2恒压供水系统控制方案

2.3供水安全性

2.3.1水锤效应

2.3.2水锤效应的危害

3控制系统的硬件设计

3.1主电路设计

3.2控制电路设计

3.3恒压供水系统硬件组成与清单

3.3.1变频恒压供水的硬件组成

3.3.2恒压供水系统的硬件清单

4变频器

4.1变频器调速的优势

4.2变频器的应用宏

4.2.1通过PID宏实现恒压控制

4.3变频器主要参数

5  PLC电气设计

5.1原理图与PLC接线图

5.2PLC I/O地址分配

5.3恒压供水PLC程序分析与设计

5.3.1PLC主程序设计与框图

5.3.2PLC子程序分析

6.结论与展望

三、参考文献

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[5］张凤珊主编.电气控制及可编程序控制器［M］．中国轻工业出版社，2006

[6] S7-200中文系统手册 [M].西门子公司，2002.6 

[7] ABB ACS510中文用户手册 [M].ABB公司，2004.6 [8] 廖常初主编.S7-200 PLC编程及应用 [M].机械工业出版社，2011.2 [9] 王永华主编.现代电气控制及PLC应用技术 [M].北京航空航天大学出版社社,2003.9

[10] 孟彦京.李红垒.段明亮主编.基于ABB ACS510变频器的多泵控制系统设计.2010

[11]姜兴忠.戴恒阳主编.变频恒压供水系统的机理分析.天水电气传动研究所.2002.8

[12]高阳.马青主编.恒压变频供水系统的Matlab仿真模型研究.工业控制计算机.2011