1、毕业论文开题报告 电气工程及其自动化 恒压供水控制系统的设计（三菱） 一、 课题研究意义及现状 众所周知，水是生产生活中不可缺少的重要组成部分，在节水节能已成为时代特征的现实条件下，我们这个水资源和电能短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低。主要变现在用水高峰期，水的供给量，出现水压降低供不应求的现象，而在用水低峰期，水的供给量常常高于需求量，出现水压升高供过于求的情况，此时将会造成能量的浪费，同时有可能使水管爆破和用水设备的损坏。在恒压供水技术出 现以前，出现过许多供水方式。 变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。在
2、早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、压频比控制及各钟保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。 从查阅的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况 ，因而投资成本高。随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功
3、能的变频器。 目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转速，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器及相应的软件予以实现；有的采用单片机及相应的软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要 求。艾默生电气公司和成都希望集团也推出恒压供水专用变频器（ 5.5KW-22KW），无需外接 PLC 和 PID 调节器，可完成最多 4 台水泵的循环切换、定时起、停和定时循环。该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现，但其输出接口限制了带负载容量，同时操作不方
4、便且不具有数据通信功能，因此只适用于小容量，控制要求不高的供水场所。 可以看出，目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场所，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性（ EMC）的变频恒压供水系统的水 压闭环控制研究得不够。因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践。 二、课题研究的主要内容和预期目标 目标 ： 设计一个城镇水厂供水电气控制系统， 满足 5 万人住户生活用水和十层消防供水。利用 PLC和 HMI 实现组态控制，以达到节能环保、控制系统可靠、操作方便、显示直观。 内容： 1)论文在对课题进行分
5、析和研究的基础上，提出了系统的设计方案和思路，确定论文主要的研究内容和研究方法。 2)分析了变频恒压供水系统节能的原理，给出了恒压供水的理论模型及近似的数学模型；确定变频恒 压供水系统的控制方案，给出了变频恒压供水的控制流程及工作原理；最后分析了在变频恒压供水中，水泵切换的条件。 3)论文就变频调压供水提出供水系统控制程序的功能模块和设计方案；在介绍 PID调节原理的基础上，分析利用 PID调节原理实现恒压供水的调节过程，给出 PID参数设置方法；最后还提出了保障系统可靠性一些措施。 4)通过计算机和 PLc的通信，实现供水系统运行状态的实时远程监控是本论文的一个特色之处。论文介绍了计算机和
6、PLc通信系统的组成和通信协议，给出了通信程序，并提出供水系统监控软件设计方法。 三、课题研 究的方法及措施 变频恒压控制系统以供水出口管网水压为控制目标，在控制上实现出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力可以是一个常数，也可以是一个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数。所以，在某个特定时段内，恒压控制的目标就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上下图中可以看出，在系统运行过程中，如果实际供水压力低于设定压力，控制系统将得到正的压力差，这个差值经过计算和转换，计算出变频器输出频率的增加值，该值就是为了减小实际供水压力与设定压力的差值，将这个增量和变频器当前的
7、输出值相加，得出的值即为变频器当前应该输出的频率。该频率使水泵机组转速增大，从而使实际供水压力提高，在运行过程中该过程将被重复，直到实际供水压力和设定压力相等为止。如果运行过程中实际供水压力高于设定压力，情况刚好相反，变频器的输出频率将会降低，水泵机组的转速减小，实际供水压力因此而减小。同样，最后调节的结果是实际供水压力和设定压力相等。 措施可采用：通用变频器 +PLC(包括变频控制、调节器控制 )+人机界面 +压力传感器。这种控制方式灵活方便。具有良好的通信接口，可以方便地与其他的系统进行数据交换：通用 性强，由于 PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要求不同控制系统。在硬件
8、设计上，只需确定PLC的硬件配置和 I O的外部接线，当控制要求发生改变时，可以方便地通过 Pc机来改变存贮器中的控制程序，所以现场调试方便。同时由于 PLC的抗干扰能力强、可靠性高，因此系统的可靠性大大提高。因此该系统能适用于各类不同要求的恒压供水场合，并且与供水机组的容量大小无关。 四、课题研究进度计划 2010/2011 第一学期 10.9-10.31 学生确定课题 2010/2011 第一学期 11.1-11.22 查资 料准备开题 写一篇 2000 字以上的文献综述 完成一篇与课题相关的外文翻译 完成开题报告的填写 ,进行预答辩准备 2010/2011 第一学期 11.23-3.19
9、 设计与写论文，准备于 3 月初进行的中期检查 完成 PLC系统控制电路和控制程序的设计 完成温度控制电路的设计 完成 PLC 接线硬件接线 完成 PLC 梯形图的设计 2010/2011 第 二学期 3.22-4.2 上传设计成果与论文初稿 2010/2011 第二学期 4.6-4.17 上交设计成果与论文打印稿给指导老师与评阅老师评审 2010/2011 第二学期 4.20-4.24 做好 PPT 讲稿准备答辩 2010/2011 第二学期 4.24 5.8 5.15 答辩 2010/2011 第二学期 5.16-5.18 提交所有相关材料 五、参考文献 1陈成勇 . 自动化技术及应用 .
10、北京：机械工业出版社 2007. 2陈夕松 . 过程控制系统 .北京：科学出版社 2004. 3胡寿松 . 自动控制原理 .北京：北京大学出版社 2003. 4李文波 . 可编程逻辑控制器原理与应用 .北京：编清华大学出版社 2006. 5张燕宾 . SPWM 变频调速应用技术 .北京：机械工业出版社 2006. 6元友德 . PLC、变频器、触摸屏综合应用实训 M.北京：中国电力出版社 2009， 1. 7陈浩 .案例解说 PLC、触摸屏及变频器综合应用 M.北京：中国电力出版社 . 8巫莉 .电气控制与 PLC 应用 M.中国电力出版社 M.北京：中国电力出版社 2006， 8. 9冉翔
11、.变频调 速技术在恒压供气系统中的应用 J.电气传动自动化 2009,6（ 36）： 36-38. 10庞克旺 .基于 PLC 和 GPRS 无线通信的污水厂监控系统设计 J.电气自动化， 2010,5（ 32） . 11王树东 .自适应模糊控制和 PCC 在污水处理控制系统中的应用 J.电气自动化， 2010,5（ 32） . 12Vairavamoorthy;Gorantiwar;Pathirana. Managing urban water supplies in developing countries-Climate change and water scarcity scenarios M.2008,33(5).
