小城市计算机给水自动控制系统研究与开发

摘要

近年来,由于我国经济的快速发展,人们对生活质量要求的不断提高,使得供水供电日趋紧张.尤其是今年入夏以来,水电的紧张已经明显影响了我国经济发展及人们的正常生活.国家正试图通过各种途径大力提倡节水、节电.供水就需要用电,传统的恒转速供水方式不但效率低、耗电量大,而且供水管网长期处于超压运行状态,曝损十分严重,对国家水电资源都造成很大的浪费.据统计,给水工程中能耗费占供水成本的30~70％,水泵的能耗费占总能耗费的90％左右.实际运行中,水泵的效率大多数不足60％,泵站的综合效率不足50％,存在着较大的能源浪费[1].在能源供应紧张的今天,工程设计中运用水泵供水节能技术,正确地进行泵站设计,使水泵能经常高效运行,将具有重大经济意义.总体看我国给水工艺与世界先进技术相比还有一定距离.本文结合我国小城镇水厂的现状,设计一套由工业控制计算机(IPC)+可编程控制器(PLC)+变频器+传感器+智能仪表组成的控制系统,并通过Internet实现多个水厂的集中管理功能,对降低能耗、节约成本、减少维修维护工作强度、提高管理水平、确保供水质量,从而推进我国给水工艺的发展,减小与世界先进水平的差距都具有现实意义.本文从理论上分析了水泵工况能耗图,得出采用恒压供水方式时,依据用水量下降,采用降低电机转速的方式维持恒压供水的方法,供水功率会以转速三次方的速率下降,与传统的节流阀调节方式相比,节能效果非常明显.论文中详细说明了利用S7-200系列PLC和VLT6000系列变频器等硬件设备设计的压力闭环自动化控制系统的结构和功能.采用IPC和PLC两级控制结构,在IPC上实现对数据报表、历史数据查询等管理功能和实时数据显示、控制方案等监控功能以及通讯功能的系统组态.系统的控制部分以PLC为核心,负责现场模拟量、开关量的采集、实际控制信号的输出及对上位机的数据通讯.本系统通过实时改变变频器的输出电压和频率,控制水泵转速,从而改变水泵出口水流量,实现管网供水压力的自动调节,使管网压力稳定在设定值附近;同时,采用IPC和组态软件,实现了各种监控功能.论文还介绍了本系统在设计及实际运行时遇到的典型问题和实际解决方案.本文提出的控制方案已经应用于鸡冠山给水所的计算机监控系统,通过一段时间的使用,表明这种控制方案比较适用于中小型水厂的控制系统的更新改造,并且经济效益可观.

目录

文摘

英文文摘

0前言

1变频调速恒压给水系统的工作原理

1.1水泵工作参数及工况点确定

1.1.1水泵的主要参数

1.1.2工况点的确定

1.2水泵工况点的调节及变速调节节能分析

1.2.1工况点的调节方法

1.2.2变速调节节能分析

1.3三相异步电动机的调速

1.3.1变极调速

1.3.2变频调速

1.3.3改变转差率调速

2恒压供水系统总体设计

2.1系统构成

2.2系统工作原理

2.2.1供水过程

2.2.2监控过程

2.2.3其它控制要求

2.3系统方案的确定

2.4硬件及软件设计

2.4.1电路电气原理图

2.4.2硬件选型

2.4.3系统硬件设计

2.5 PLC的配置及程序设计

2.5.1 PLC的配置

2.5.2 PLC程序设计

2.6组态监控设计

2.6.1主控画面设计

2.6.2值班员交接班设计

2.6.3各种曲线设计

2.6.4系统参数设置画面的设计

2.6.5关于WEB画面的设计

2.6.6报表的设计

2.7通过Internet实现远程监控

2.7.1监控中心计算机拨号网络的设置

2.7.2给水站计算机Internet网络及组态王网络的设置

3系统设计相关问题及解决方案

3.1 PID算法及应用

3.1.1经典PID控制规律

3.1.2 PID控制器的实现

3.2变频器参数具体设置

3.3工频与变频切换

4安装调试及运行指标测试

4.1工厂内安装及初步调试

4.1.1工厂内的安装

4.1.2初步调试

4.1.3系统调试

4.2现场安装及系统调试

4.2.1现场安装

4.2.2系统调试

4.3运行时的干扰问题及解决方案

5结论

参考文献

附录

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