PLC控制的变频调速恒压供水系统设计开题报告.doc

毕业设计(开题报告)信息与电子工程系工业电气自动化专业04级1班课题名称：S7-200PLC控制的变频调速恒压供水系统设计毕业设计(论文)起止时间：学生姓名：指导教师：报告日期：信息与电子工程系毕业设计(论文)-1-1本课题所涉及的问题在国内(外)的现状综述随着社会经济的飞速发展，城市建设规模的不断扩大，人口的增多以及人们生活水平的不断提高，对城市供水的数量、质量，经济、稳定性提出了越来越高的要求。据统计，从1990年到1998年。我国人均日生活用水量(包括城市公共设施等非生产用水)由175.7升增加到241.1升，增长了37.2，与此同时我国城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。而另一方面，在全国的666个城市中有330个不同程度缺水，其中严重缺水的达108个；在32个百万人口以上的特大城市中，有30个城市长期受缺水的困扰，特别是水资源短缺地区的城市，水的供需矛盾尤为突出。由于供水不足，城市工业每年的经济损失达2300亿元；同时给城市居民生活造成许多困难和不便，成为城市社会中的一种隐患。在供水企业中，水泵的电能消耗及设备的维护管理费用。在生产成本中占有很大的比例：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。由于常规恒速供水系统是采用常规的阀门来控制供水量的，而轴功率与转速的三次方成正比，造成相当部分电能消耗在阀门和额定转速运行下的电机。因此，这种调控方式虽然简单，但从节约能耗的角度来看。很不经济。近年来，电机调速技术的应用，为水泵电机的节能开辟了一个新途径。它可以通过调节电动机的转速来适应水量和水压的变化，使水泵始终在高效区工作，将大大地降低水泵能耗，合理地进行设备管理与维护，对节约能源和提高供水企业的经济效益具有极其重要的意义。信息与电子工程系毕业设计(论文)-2-2设计(论文)要解决的问题和拟采用的研究方法本课题要解决的问题:本课采用PLC和变频调速技术研制PLC控制变频调速恒压供水系统，与现场液位传感器、压力传感器一起组成了各自的闭环控制系统。每天24小时不间断按预先设定的水压恒定地向城市供水，保证了水厂的不间断生产。通过该项目的研制和应用，不仅能够节约宝贵的水、电资源，降低了生产成本，减少设备维护，降低维修成本；而且提高了整个水厂的生产调度管理水平，减轻工人劳动强度，有效的提高了生产率。由于中小型自来水厂的自动化技术改造在我国有着广泛的应用前景，本控制系统具有较大的发展潜力和较高的推广价值。（1）由于常规恒速供水系统是采用常规的阀门来控制供水量的，而轴功率与转速的三次方成正比，造成相当部分电能消耗在阀门和额定转速运行下的电机。因此，这种调控方式虽然简单，但从节约能耗的角度来看。所以我们采用变频调速控制水泵用来改善水泵的能量浪费问题。（2）S7-200PLC控制的变频调速恒压供水系统采用变频调速方式自动完成泵组软启动及无冲击切换，自动调节水泵电机转速，改变以往“先启后停”方式，使水压平稳过渡。采用硬件/软件备用及时钟控制功能，使各泵进行轮休，延长设备的机械使用寿命。变频器故障时系统仍可运行，保证不间断供水。因此要设置好各泵的启动方式及顺序。（3）变频转工频开关切换时间T设置是为了确保在加泵时，泵由变频转为工频的过程中，同一台泵的变频运行和工频运行各自对应的交流接触器不会同时吸合而损坏变频器，同时为了避免工频启动时启动电流过大而对电网产生的冲击，所以在允许范围内必须尽可能的小。（4）上下限频率持续时间TH和TL变频器运行的频率随管网用水量增大而升高，系统以变频器运行的频率是否达到上限（下限）、并保持一定的时间为依据来判断是否加泵（减泵），这个判断的时间就是TH（TL）。如果设定值过大，系统就不能迅速的对管网用水量的变化做出反应；如果设定值过小，管网用水量变化时就很可能引起频繁的加减泵动作；两种情况下都会影响恒压供水的质量。所以要设置好上下限频率持续时间。（5）对常用的调速方式进行分析，并决定选用的调速方式调速方式的大致分类：1、变级对数调速，2、变频调速。变频调速又可以分为：、交-直-交变频器，、交-交变频器。因为交交变频调速方式比较适用于低速度，大功率的电机，因此我们在本次设计中选用交直交方式的变频调速。信息与电子工程系毕业设计(论文)-3-3本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路3.1调速控制节能分析水泵的设计负荷是按最不利条件下最大时流量及相应扬程设定的。但实际运行中水泵每天只有很短的最大时流量，其流量随外界用水情况在变化，扬程也因流量和水位的变化而变化。因此水泵不能总保持在一个工况点，需要根据实际情况进行控制。通常采用的方法有阀门控制和调速控制。阀门控制是通过增加管道的阻抗而达到控制流量的目的，因而浪费了能量：而电动机调速控制可以通过改变水泵电动机的转速来变更水泵的工况点，使其流量与杨程适应管用水量的变化，维持压力恒定，从而达到节能效果。由流体力学可知，水泵给管网供水时，水泵的输出功率p与管网的水压H及出水流量Q的乘积成正比；水泵的转速n与出水流量Q成正比：管网的水压H与出水流量Q的平方成正比。由上述关系有，水泵的输出功率p与转速n的三次方成正比，即：1PkHQ；图1-12nkQ；23HkQ；3Pkn；式中k,k1,k2,k3为比例常数。当系统出水流量减小时，通过变频调速装置将供水水泵转速调小，则水泵的输出功率将随转速的变化而减小。变频调速节能原理田如图1-1所示。图中曲线1、2、3为管网阻力特性曲线，曲线4为水泵转速为n1时的运行特性曲线，曲线5为水泵转速为n2时的运行特性曲线。水泵原来的工作点为曲线3和曲线4的交点A，此时出水流量为Q1，管网压力为H1，水泵转速为n1。当系统的出水流量减小到Q2，系统管网特性为曲线1。曲线1和曲线4的交点B为运行工作点。此时管网压力为H2，水泵的输出功率正比于H2Q2。由于H2H1，高出的压力能量被浪费了，同时过高的压力对管网和设备还可能造成危害。如采用变频调速装置，将此时水泵的转速调至n2，曲线5和曲线2的交点C为水泵的运行工作点。调速后管网的压力仍保持为H1，出水流量为口Q2，水泵的输出功率正比于H1Q2。从图中可见，阴影部分正比于浪费的功率输出。例如，当Q2为Q1的80%时，通过调速将n2调为n1的80，则水泵的输出功率P2为P1的51.2。如不采用调速控制，48.8的能量将被浪费。可见变频调速的经济效益十分可观。