电信学院毕业设计开题报告
姓 名 学 号 题 目 田欢欢 03230212 专业 指导教师 电气工程及其自动化 吴丽珍 班级 题目类型 2班 工程设计 智能小区变频恒压供水控制系统设计 一、毕业设计的主要内容、功能及技术指标 1、 毕业设计的主要内容 设计一个变频恒压供水控制系统，系统中应结合微机技术、变频技术与电机控制技术。毕业设计的主要内容为： （1）掌握水利工程对控制、通信等的需求，提出综合自动化系统方案。 （2）提出综合自动化系统的硬件方案和方案论证优化。 （3）完成软件需求的系统分析。 （4）完成软件的编制（PLC的编程与说明）。 （5）绘制系统总体结构图、系统原理图、电气控制原理图、软件流程图 （6）按期完成毕业设计说明书的撰写 （7）充分准备，顺利完成毕业答辩 2、 设计实现的主要功能 （1）配水中心的上位机由工控机组成，上位机具有：整个供水系统的工艺流程图；显示管道压力变化曲线，泵的运行状况（开或关）信号；生成并打印用户所需的报表。实现供水系统的优化调度，达到节约能源和降低设备损耗的目的；提供全方位的报警功能，可在多种画面中以直观方式通知调度人员系统发生异常；实现供水系统的实时控制和手动遥控功能以及对泵站控制器的参数远程设置。 （2）各水泵的一用一备运行方式的自动控制、本地手动控制的选择和控制；各台水泵的安全启动控制，泵出口蝶阀控制；故障报警功能。 （3）能自动24小时维持恒定压力，并根据压力信号自动启动备用泵，无级调整压力，供水质量好，与传统供水比较，不会造成管网破裂及水龙头共振现象。 （4）启动平滑，减少电机水泵的冲击，避免传统供水中的水锤现象。 （5）采用变频恒压供水保护功能齐全，运行可靠。恒压供水系统具备了过流，过压，欠压， 欠相，短路保护，瞬时停电保护，过载，失速保护等功能，功能完善，完全自动化，泵房不设岗位，只需派人定是检查保养。 3、 主要技术参数与技术指标 ① 小区调水系统：1号泵站 1台110KW交流电动机，交替工作，变频调速。 深井泵站4个30KW交流电动机，工频运行。 ② 2号加压泵站 1台90KW交流电动机，变频调速。 ③ 流量范围 0～3000m3；压力范围 0～1.8Mpa 二、选题背景及依据 传统的高塔供水系统受到地理位置的限制，无法满足恒压，节能，安全，可靠的功能。节能将是设计中特别要考虑的问题，因此拟采用变频调速技术。通过压力传感器从供水管网中取出信号（压力信号），输入到PLC,经处理运算后，输出信号给变频机器，变频器通过改变输出电压及频率控制水泵运转速度，从而平稳的改变供水量，在保证压力的前提下改变流量节能供水。 恒压供水系统能自动控制一至多台水泵和一台备用泵的运行。恒压供水系统具备了过流，过压，欠压，欠相，短路保护，瞬时停电保护，过载，失速保护，主轴定时轮换控制等功能，功能完善，完全自动化，泵房不设岗位，只需派人定时检查保养。恒压供水系统实现了系统供水压力稳定而流量可在大范围内连续变化，从而可以保证用户任何时候的用水压力，不会出现在用水高峰期水管压力太小的情况。它改变传统的采用水塔，高位水箱，气压罐等设施来实现恒压供水方式。真正做到智能，节能，卫生安全而经济合理的供水方式。 参考文献： [1] 曲丽萍 楼宇自动化系统[M]. 中国电力出版社，2002 [2] 钟肇新 可编程序控制器原理及应用[M]. 华南理工大学出版社，2002 [3] 王常力、罗安住 分布式控制系统（DCS）设计与应用实例[M]，电子工业出版社，2004； [4] 周万珍 高鸿斌. PLC分析与设计应用[M]. 电子工业出版社，2004 [5] MCGS 5.5软件手册 [6] 研华工控机手册 [7] ABB变频器操作手册 [8] 西门子PLC手册 [9] IEC.International.Standard1131:Programmable.Logic.Controllers.Part3:Languages. [10] G. Frey and L.Litz,Formal methods in PLC programming.Proc.of the IEEE Conference on Systems Man and Cybernetics,pp2431-2436,2000 [11] http://www.gongkong.com 三、设计（研究）思想、解决的关键问题、拟采用的技术方案、设计（研究）工作步骤 设计（研究）内容： 设计内容：本论文结合我国中小城市供水厂的现状，设计了一套基于PLC的变频恒压供水系统，该系统，通过控制器可以调节和控制管网的压力，该控制器PID内置在PLC中。控制器对压力给定值与测量值的偏差进行处理，实时控制变频器的输出电压和频率，进而改变水泵电动机的转速来改变水泵出水口流量，实现管网压力的自动调节，该系统不仅有效地保证了供水系统管网压力恒定，而且更好的达到节能节水的目的，并且上位机对供水管网的压力和水位变化及时做出恰当的反应。 能自动24小时维持恒定压力，并根据压力信号自动启用备用泵，无机调整压力，供水质量好，与传统供水比较，不会造成管网破裂及水龙头共振现象。 设计思想：采用计算机控制技术，用PLC作为整个控制系统的主控制器，并与变频器构成闭环自动供水系统。一方面可以对水泵流量、管网压力以及蓄水池水位进行自适应控制，满足用户需要，另一方面PLC还能控制电机启动，并通过变频器进行无级调速，同时还可以消除水锤效应，保护电机与管网，减小维护工作量，提高生产效率，并大大降低了工人的劳动强度，提高了系统的可靠性和自动化程度。 关键问题：组态监控界面设计；PID调节器的设计；变频调速问题；PLC 的软件应用及编程；在PLC软件开发环境下的程序调试；PLC与上位机的通信问题； 原理框图： 工 控 机RS-485声光报警液位传感器给 定1#-4#调水泵蓄 水 池1# 2#抽水泵输送管网用 户1#变频器2#变频器1#加压泵压力传感器工控机是对下位机实行实时监控的上位机，它可以控制整个系统的工作情况，它的监控界面由组态软件组态实现。通过通信接口和PLC相连。PLC实现宏观调控，而变频器则执行微观调控，两者紧密结合，共同完成系统的变频恒压控制任务。采用电动机变频调速装置与可编程控制器（PLC）构成控制系统。PLC负责按扭、模拟信号和其它开关量信号的输入，以及发出信号去控制接触器、变频器等电气组件，进而控制水泵的运转及整个系统的正常运行。另外PLC还负责各种异常情况的处理。而变频器则控制当前电机转速，使转速跟随供水压力的变化而变化，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的死循环控制。在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约能源的目的。系统的控制目标是泵站总管的压力稳定在设定的压力值上。也就是说PLC是宏观调控，变频器则是微观调控两者紧密结合，共同完成了系统的变频恒压控制任务。整体控制过程如下：对水泵电机进行无级调速确保水量的供需平衡，通过压力传感器从供水管中取出信号（压力信号），变送器将信号变换成模拟电压输入到PLC，由CPU定时采集信号经过A/D转化和给定值比较，经过PID调整，输出信号给变频器。变频器通过改变输出电压及频率控制水泵运转速度，从而平稳地改变供水质量，在保证压力的前提下，变流量节约供水。 四、硬件设计 （一）模块设计 硬件是整个系统设计的重点部分，根据设计内容和功能要求，将硬件设计分为三个模块来完成： 1.主电路图设计 主电路图由电源、变频器、水泵以及相关保护器件连接而成。电源是380V的三相交流电，通过断