基于PLC的恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計開題報告

1、 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名、職稱： 所屬學(xué)院： 專業(yè)班級： 設(shè)計（論文）題目：基于PLC的恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計2015 年 3 月 12 日 1、目的及意義（含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析） 在供水系統(tǒng)中，其根本的控制對象是水的流量。常見的方法有閥門控制法及轉(zhuǎn)速控制法兩種。供水系統(tǒng)中對水壓流量的控制，傳統(tǒng)的采用閥門調(diào)節(jié)實現(xiàn)。閥門控制閥是通過關(guān)小或開大閥門來調(diào)節(jié)流量，而轉(zhuǎn)速保持不變，實質(zhì)是水泵本身的供水能力不變，而改變水路中的阻力大小強行改變流量，以適應(yīng)用戶對水量的要求；恒壓控制法是通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門開度保持不變，實質(zhì)是通過改變水泵的供水能力來適應(yīng)用戶對流量的

2、要求。目前大型高層建筑和住宅小區(qū)的供水，大多數(shù)采用傳統(tǒng)的維持水壓的方法。比如建造水塔、固定頻率三相交流電動機拖動負(fù)載、高位水箱或氣壓罐加壓等方式。隨著季節(jié)晝夜等變化因素的變化，用水量相差很大，管網(wǎng)水壓不穩(wěn)定，供水和用水之間不平衡。當(dāng)今水源距離用水場所較遠(yuǎn)，而需將水送到較遠(yuǎn)或者較高的地方，管路中是需要有一定水壓的，而水壓高才能將水源送到遠(yuǎn)處或較高的樓層。產(chǎn)生水壓的動力設(shè)備是水泵，水泵轉(zhuǎn)動的越快，產(chǎn)生的水壓越高。采用傳統(tǒng)的維持水壓的辦法不僅需要花費財力，而且水塔還會造成水的二次污染。那么可不可以取消使用水塔來 實現(xiàn)恒壓供水呢？當(dāng)然可以，但要解決水壓隨用水量的大小變化的問題，通常的方法是：用水量很大

3、時，增加水泵數(shù)量或者提高水泵的轉(zhuǎn)動速度以保持管網(wǎng)中的水壓不變，用水量小時又需做出相反的調(diào)節(jié)，這就是本設(shè)計恒壓供水的基本思路。變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)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(zhuǎn)控制、起制動控制、變壓變頻比控制及各種保護功能。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機構(gòu)，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。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設(shè)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

4、資成本高。目前國內(nèi)有許多公司在做變頻恒壓供水系統(tǒng)的工程，大多數(shù)采用國外品牌的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，部門采用PLC及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)；部分采用單片機及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)。不過在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干擾等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠(yuǎn)不及所有用戶的要求，所以恒壓供水控制系統(tǒng)還需要一個成熟的技術(shù)。采用變頻器調(diào)節(jié)以后系統(tǒng)實現(xiàn)了軟啟動，電機啟動時電流從零逐漸增至額定電流，啟動時間相應(yīng)延長，而且對電網(wǎng)沒有較大的沖擊，減輕起動機械轉(zhuǎn)矩對于電機的機械損傷，從而有效的延長了電機的使用壽命。這樣的調(diào)節(jié)方式以穩(wěn)定水壓為目的，以母管進口壓力保持恒定為條件。恒壓供水的

5、基本控制策略是：采取運用可編程控制器（PLC）與變頻調(diào)速裝置構(gòu)成控制系統(tǒng)，通過優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運行，并自動調(diào)整泵組的運行臺數(shù)，達到供水壓力的閉環(huán)控制，也就是根據(jù)實際設(shè)定水壓自動調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速和水泵的數(shù)量，自動補償用水量的變化，從而保證供水管網(wǎng)的壓力保持在設(shè)定值，既滿足生產(chǎn)供水要求，同時可節(jié)約電能，使得系統(tǒng)處于可靠工作狀態(tài)，實現(xiàn)恒壓供水。2、基本內(nèi)容和技術(shù)方案圖2.1 供水流程簡圖此次設(shè)計研究的對象是一棟居民樓的供水系統(tǒng)。這棟樓有16層，由于高層樓對水壓的要求高，在水壓低時，高層用戶將無法正常用水甚至出現(xiàn)無水的情況，水壓高時將造成能源的浪費。如圖2.1所示，是這棟小樓的供水流程。自來水廠送

6、來的水先儲存的水池中再通過水泵加壓送給用戶。通過水泵加壓后，必須恒壓供給每一個用戶。本設(shè)計主要通過研究PLC來控制變頻器達到恒壓供水，通過學(xué)習(xí)并熟悉了PLC的工作原理，編程原理以及編程方法。進行硬件選型，軟件編程，控制系統(tǒng)的主電路設(shè)計、控制電路設(shè)計，本次系統(tǒng)的控制設(shè)備選用S7-200系列的PLC，變頻器選用西門子泵類專用的變頻器型號MM440。在控制過程中，電控系統(tǒng)由S7-200完成，PID控制由變頻器和PLC完成。預(yù)計在本畢業(yè)設(shè)計后期，對變頻恒壓供水系統(tǒng)進行調(diào)試，對該系統(tǒng)在供水過程中所取得的節(jié)約電耗、恒定壓力、保護管網(wǎng)等進行了總結(jié)，也會指出變頻技術(shù)在供水領(lǐng)域所取得的成果及局限性。本設(shè)計需要重

7、點解決的主要問題有以下幾個：第一，壓力的監(jiān)測與處理。需用到壓力變送器，首先是出水口管網(wǎng)的壓力監(jiān)測，經(jīng)閉環(huán)控制電路和A/D轉(zhuǎn)換后，得到PLC或變頻器能夠識別的信號。第二，系統(tǒng)主電路的設(shè)計。本系統(tǒng)采用三泵循環(huán)變頻運行方式，即只有1臺水泵在變頻器控制下作變速運行，變頻和工頻良好轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)短路保護、過載保護。本系統(tǒng)采用軟啟動器。第三，控制電路的設(shè)計。系統(tǒng)實現(xiàn)恒壓供水的主體控制設(shè)備是PLC，控制電路的合理性，程序的可靠性直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的運行性能，系統(tǒng)要有完善的報警功能并能顯示運行狀況。第四，PLC的I/O端口分配及外圍接線。本設(shè)計采用白天供水和夜間供水兩種模式，具有“倒泵功能”，啟動要有軟啟動。壓力

8、變送器將測得的管網(wǎng)壓力輸出PLC擴展模塊EM235的模擬量輸入端口作為模擬量輸入。第五，PLC的梯形圖編程。PLC主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、水泵電機啟動程序、水泵電機變頻/工頻切換程序、模擬量比較計算程序和 報警程序。系統(tǒng)總體設(shè)計方案如圖2.2所示。圖2.2變頻恒壓供水系統(tǒng)框圖3、進度安排第1周：查閱相關(guān)文獻資料，了解畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)。第2周：完成20000字符的英文翻譯；確定總體設(shè)計方案并完成開題報告。第34周： 完成PLC選型并深入學(xué)習(xí)PLC的應(yīng)用。 第56周：完成PLC I/O的分配及控制流程的設(shè)計； 第78周：完成PLC程序的設(shè)計；第910周：系統(tǒng)調(diào)試與完善；第1113周：撰寫論文；第

9、14周：準(zhǔn)備答辯.4、參考文獻1田亞娟,郭麗穎. 變頻恒壓供水PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計J. 計算技術(shù)與自動化,2010,01:25-28.2李瑋,趙英寶,劉朝英. PLC在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用 A. 中國自動化學(xué)會全國第九屆自動化新技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文集C，2004.3李建興,陳煒,馬瑩.PLC技術(shù)與應(yīng)用M.北京：機械工業(yè)出版社，2011.4梅麗鳳.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)M. 北京：機械工業(yè)出版社，2012.5孫承志.西門子S7-200/300/400PLC基礎(chǔ)與應(yīng)用技術(shù)M. 北京：機械工業(yè)出版社，2009.6王建,楊秀雙,劉來員.變頻器實用技術(shù)：西門子M. 北京：機械工業(yè)出版社，2012.6.7

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