基于PLC的恒压供水系统设计-开题报告

开题报告此次毕业设计设计题目为《基于PLC控制的恒压供水系统》。课题背景选择这个课题有它一定的社会背景，饮水工程对每个人来说都是非常重要的，供水系统也在现代工业中无处不在。然而，作为饮水工程中最重要的的供水这一环节目前却存在着很多问题，传统供水方式已经不能满足当前社会的发展和需要。在对目前有的几种传统供水方式做比较后我们发现，它们各有优缺点如下：一、水塔。其基建投资大，占地多，维修不方便，水泵为硬启动，启动电流大，控制柜内触点多易烧坏，若启动频繁，电机易烧，联轴器易坏。其优点是控制方式简单，短时维修或断电可不挺水。二、气压罐。为了减少水泵启动次数，停泵压力往往比较高，致使水泵工作在低效阶段，同时出水压力无谓的增高，也使浪费加大。所以这种方式比水塔要费电，因水泵为硬启动，联轴器冲击大，启动电流大，触点易烧坏。其优点是控制方式简单，便于维修，当罐内储满时，允许短时不断水维修，在用水量很小时，可以长时间不开泵。三、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式。这种方式漏油，发热需冷却，效率低，改造麻烦。但其价格低廉，结构简单明了，维修较方便。四、单片机变频调速供水系统。此系统也能作到变频调速，自动化程度要优于前三种，但是系统开发周期较长，对操作员素质要求比较高，可靠性低，维修不方便，且不适于恶劣的工业环境。由上述我们可看出，传统的供水系统浪费了很多水力资源、电力资源，效率低下，可靠性也较低，它们还有个共同的大缺点就是自动化程度不高，跟不上时代发展的需求，严重影响了居民的用水和工业系统中的用水。所以开发一种新型的自动化程度高、可靠性高、节能效果好的供水系统迫在眉睫。在小区建设普及特别是小高层建筑及高层建筑日益增多的今天，小区的供水问题成为住户比较关心的问题，因为老百姓不再想过“住楼住楼用水发愁”的日子，所以变频恒压自动供水便提上了日程。目前在小区的建设中往往需要建设一个二次加压供水泵房并采用变频器实现恒压自动供水。一般情况下，为保证小区的供水正常，在设计时往往设计成“一用两备”三台水泵，由一台变频器（附加ＰＩＤ调节器、单片机、ＰＬＣ等器件构成控制系统）拖动三台水泵循环运转。与空调水泵控制不同，恒压供水自动控制系统通过压力传感器采集管网中的压力并将其转换成模拟信号进行变频控制。这样变频恒压水系统直接取代水塔、高位水箱及传统的气压罐供水装置，为局部加压供水开辟了新的途径。另外水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系，所以水泵调速运行的节能效果非常明显，平均耗电量较通常供水方式节省４０％。可编程控制器结合使用，可实现循环变频，电机软启动，具有欠压保护、过压保护、短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，大大延长了设备的使用寿命。文献综述本次开题报告主要参阅的文献资料有：《恒压供水系统控制策略及其实现》浙江大学吴肖普等《基于PLC实现恒压供水自动控制》天津职业大学李勤《专用变频器在恒压供水装置中的应用》中国新型建材工业杭州设计研究院李勇伟《微型可编程控制器在水泵，风机控制中的应用》上海现代建筑设计集团朱伟荣《变频器在小区恒压供水系统中的应用》安徽省淮北市恒康净水设备长展洪胜本次任务：变频恒压供水PLC控制系统这个方案是我们最终选择的设计方案，故在这里我们将只对其作介绍，并对此系统的优点进行详尽的描述。在住宅小区水厂的管网系统中，由于管网是封闭的，泵站供水的流量是由用户用水量决定的，泵站供水的压力以满足管网中压力最不利点的压力损失ΔP和流量Q之间存在着如下关系：ΔP=KQ2；式中K一为系数

设PL为压力最不利点所需的最低压力，则泵站出口总管压力P应按下式关系供水，则可满足用户用水的要求压力值，又有最佳的节能效果。

P=PL+ΔP=PL+KQ2因此供水系统的设定压力应该根据流量的变化而不断修正设定值，这种恒压供水技术称为变量恒压供水，即供水系统最不利点的供水压力为恒值而泵站出口总管压力连续可调。典型的自动恒压供水系统的结构框图如图所示；系统具有控制水泵出口总管压力恒定、变流量供水功能，系统通过安装在出水总管上的压力传感器、流量传感器，实时将压力、流量非电量信号转换为电信号，输入至可编程控制器(PLC)的输入模块，信号经CPU运算处理后与设定的信号进行比较运算，得出最佳的运行工况参数，由系统的输出模块输出逻辑控制指令和变频器的频率设定值，控制泵站投运水泵的台数及变量泵的运行工况，并实现对每台水泵根据CPU指令实施软启动、软切换及变频运行。系统可根据用户用水量的变化，自动确定泵组的水泵的循环运行，以提高系统的稳定性及供水的质量。

1运行特征以三台水泵的恒压供水系统为例，系统在自动运行方式下，可编程控制器控制变频器软启动1#泵，此时1#泵进入变频运行状态，其转速逐渐升高，当供水量Q<1/3Qmax时(Qmax为三台水泵全部工频运行时的最大流量)，可编程控制器CPU根据供水量的变化自动调节1#泵的运行转速，以保证所需的供水压力。当用水量Q在1／3Qmax<Q<2／3Qmax之间时，1#泵已不能满足用户所需的用水量，这时可编程控制器发出指令将1#泵转为工频运行，并软启动2#泵，使2#泵进入变频运行工况，2#泵的运行转速由用户用水量决定，以保证供水系统最不利点所需的供水压力。当外需供水量Q为2／3Qmax<Q<Qmax时，可编程控制器发出指令再将2#泵置于工频运行状态，同时软启动3#泵进入变频运行工况，此时3#泵的运行转速由用户的用水量确定，以保证供水系统最不利点的供水压力恒定。当外供水量减少至1/3Qmax<Q<2／3Qmax之间时，3#泵的转速逐渐降至接近于零，此时可编程控制器发出1#泵退出运行指令。在3#泵退出运行后，3#泵的转速逐渐升高，继续处于变频运行工况，其转速仍由外供水量决定。当外供水量继续减少至Q<1／3Qmax时，可编程控制器发出2#泵退出运行指令，此时3#泵仍处于变频运行工况。当外供水量再增至1／3Qmax<Q<2／3Qmax之间时，3#泵转为工频运行状态，可编程控制器发出1#泵软启动指令并使其进入变频运行工况，如此往复循环以实现系统的恒压供水。2系统经济效益分析泵的变量功率N1、供水量Q1与泵转速n1三者的关系如下式：

N1／Q1=(n1／n)3

Q1／Q=n1／n

式中Q一额定流量，Q1<Q

N一额定流量Q时的轴功率

n一水泵的额定转速

因额定流量Q=100％时，n=100％，N=100％，若n1=90％n时Q1=90％Q，N1=72.9％N，即可节电27.1％。若n1=80％n时Q1=80％Q，N1=51.2％N，即可节电48.8％。3系统优点(1)恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，比靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能；(2)由于变量泵工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量时，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命；(3)因实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力；(4)水泵电动机采用软启动方式，按设定的加速时间加速，避免电动机启动时的电流冲击，对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振；(5)由于变量泵工作在变频工作状态，在其运行过程中其转速是由外供水量决定的，故系统在运行过程中可节约可观的电能，其经济效益是十分明显的。由于其节电效果明显，所以系统具有收回投资快，而长期受益，其产生的社会效益也是非常巨大