毕业论文-工厂恒压供水系统的设计.doc
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1、湖 南 科 技 大 学毕 业 设 计 ( 论 文 )题 目 工厂恒压供水系统的设计 作 者 周小阳 层 次 专升本 专 业 电气工程及其自动化 学 号 指导教师 二零一二年 月 日湖南科技大学成人高等教育本科生毕业论文(设计)评审表姓名周小阳 性别男学号系别成教函授所学专业电气自动化 指导导师答辩(或完成)日期 年 月 日论文题目工厂恒压供水系统设计 摘要 随着现代工业的飞速发展,水资源的合理利用已经迫在眉睫了,在现代化的工业企业里,尤其是钢铁冶金行业里面水的合理利用是需要一个完善的系统来完成的,工厂里面的水如何保持恒压的状态,我们有一个系统实现的是恒压供水。在这里是先利用抽来的水,再经过存储
2、,最后进行输送。在这个过程中,我们用了,水泵电机,工作阀,变频器,压力传感器等恒压供水设备。首先用阀开启与关断入水口的水,把水放入一个水中,在水池的另外一端有四台水泵在那边抽水供给用户用水,并且每台泵都有一个对应的手动按钮,还有阀对应进行控制,这些形成了最基本供水系统。然而我们进行的是恒压供水控制,我们又选用了相应型号的PLC以及与电机功率相匹配的变频器。恒压方面,为了保持管网的压力,我们选用相应压力传感器,反应管网的压力状况,实现模拟量的控制。我们参考了相关书籍和相关的网络资料,逐步的实现了完全自主设计的一套恒压供水系统,首先是有了相当完整的硬件组成部分,然后又设计了比较严密的软件,编写了相
3、应的程序,并实现了组态的控制。毕业论文评语建议评定等级: 指导教师签字: 年 月 日 评阅老师意见毕业论文成绩: 签字: 年 月 日教学院意见注:此表一式二份,与学籍表一起装入学员毕业档案 湖南科技大学成人教育学院 湖南科技大学毕业设计(论文)任务书 系主任: 成教函授 (签名) 2012 年 6 月 日学生姓名: 周小阳 学号: 专业: 电气自动化 1、论文题目: 工厂恒压供水系统设计 2、学生设计(论文)时间:自 2012年 2月 日开始至2012年 6 月 日止3、论文所用资源和参考资料:(1).模拟电子技术第二版,西安电子科技大学出版社,主编 周雪 2005年3月(2).自动控制原理与
4、应用,高等教育出版社,主编 焦斌 2004年3月(3).组态控制技术,电子工业大学出版社,主编 袁秀英 2003年(4).现代电气控制及PLC应用技术北京航空航天大学出版社,主编 王永华 2005年3月 (5).电机及拖动(第二榜),高等教育出版社,主编 许晓峰 2000年2月(6)交直流调速控制系统(第二版) ,高等教育出版社,主编 钱平 2002年12月(7).PLC及其与计算机的通讯.石油化工自动化,主编 刘齐平 2003年6月(8)变频器MM430的手册,西门子中国有限公司支持部 4、论文完成的主要内容:1恒压供水总任务 2系统设计框架及步骤 3恒压供水硬件环境 恒压供水软件环境 (5
5、) 组态环境 (6) 结论5、提交论文形式及要求: 1)要求认真、独立完成毕业论文的写作 2)要求按照学校规定的论文格式撰写论文 3)要求及时同指导老师进行沟通,按步骤完成论文的写作和答辩工作。 6、发题时间: 2012 年 2 月 日 指导老师: (签名)学 生: (签名)目录摘要与关键词- 1 -ABSTRCT AND KEY WORD- 2 -第一章 前言和设计意义 - 5 -1.1 前言和设计的意义- 5 -1.2 设计的原始资料及基本概念- 5 -第二章 系统设计框架及步骤- 6 -2.1 系统设计方法- 6 -2.2 设计规划- 7 -2.3 工艺过程- 8 -第三章 恒压供水硬件
6、环境- 8 -3.1 水泵的基本参数计算与水泵选型- 8 -3.2 变频器- 9 -3.2.1 变频器的选型- 9 -3.2.2 变频器的硬件- 10 -3.2.3 变频器的参数设置- 12 -3.3传感器的选型及应用- 13 -3.4PLC的选型及CPU的扩展- 14 -3.4.1 PLC的选型- 14 -3.4.2 CPU的扩展- 14 -3.5 变频器与PLC的连接- 16 -3.6 系统控制的要求- 17 -3.7 恒压供水的I/O分配图- 17 -3.8 电气控制主电路图- 18 -3.9 电气控制电路图- 19 -3.10 PID控制的算法- 21 -3.11 PLC程序中使用的元
7、件及功能- 21 -第四章 软件环境- 22 -4.1 恒压供水总体软件流程- 22 -4.2 PLC总流程图- 23 -第六章 组态环境- 35 -5.1 组态简介- 35 -5.2 MCGS组态软件的设置- 35 -5.2.1工程的建立- 35 -6.2.2 变量的定义步骤- 36 -5.2.2 画面的设计与编辑- 37 -5.2.3 按钮和动画连接- 38 -5.2.4 定时器的使用- 39 -5.3恒压供水系统的整体画面- 40 -5.4 MCGS系统脚本程序- 41 -致谢- 43 -参考文献- 43 -附件.49-摘要与关键词摘要:本系统实现的是恒压供水,在这里是先利用抽来的水,再
8、经过存储,最后进行输送。在这个过程中,我们用了,水泵电机,工作阀,变频器,压力传感器等恒压供水设备。首先用阀开启与关断入水口的水,把水放入一个水中,在水池的另外一端有四台水泵在那边抽水供给用户用水,并且每台泵都有一个对应的手动按钮,还有阀对应进行控制,这些形成了最基本供水系统。然而我们进行的是恒压供水控制,我们又选用了相应型号的PLC以及与电机功率相匹配的变频器。恒压方面,为了保持管网的压力,我们选用相应压力传感器,反应管网的压力状况,实现模拟量的控制。我们参考了相关书籍和相关的网络资料,逐步的实现了完全自主设计的一套恒压供水系统,首先是有了相当完整的硬件组成部分,然后又设计了比较严密的软件,
9、编写了相应的程序,并实现了组态的控制。关键词:变频器,恒压, PLC,MCGS 第一章 恒压供水总任务书 1.1 设计的意义 随着我国城市化水平的提高,城市人口急剧增加,居民小区不断建设且楼房层数越来越高,使原来自来水管管网压力出现不足,很多城市普遍存在着用水高峰期高层楼房上不去水的现象,导致高层居民用水难。目前采用恒压供水的一整套设备以完善原有的水压控制方式的不足。为解决此类问题,当前均采用先进的全自动恒压供水设备,此供水设备可直接与自来水管网串接,通过几台水泵的运行而对管网产生了压力,根据用水状况的不同,又要保持恒压供水,就必须改变水泵运行台数。我们是用较小功率水泵运行,这样一来实现恒压供
10、水同时在使用过程中也可大大节能,是一种非常实用而又经济的控制方式,对于小型社区供水很有价值。1.2 设计的原始资料及基本概念 某小区用水的原始资料如下表:时 间小时用水量占最高日用水量(%)时 间小时用水量占最高日用水量(%)时 间小时用水量占最高日用水量(%)01时2.1889时5.561617时5.6612时2.32910时5.191718时5.5523时2.241011时4.961819时5.4534时2.211112时4.811920时4.8845时2.351213时4.742021时4.2956时2.531314时4.662122时3.8867时4.681415时4.902223时3
11、.5578时5.191516时5.252324时2.02根据某个小区的用水状况原始资料,可以看出8-9,16-17时为用水的最高峰期,11-12,23-24时间段为用水的低谷时期,用水量很少。9-10,17-18为次高峰时期,22-23,12-13为次低估时期。从而可以得出以下的曲线图:第二章 系统设计框架及步骤2.1 系统设计方法 恒压供水的设计方法是建立在设计的流程之上,从系统的设计方法入手,我们在这个系统的设计方法是用逻辑的设计方案来计划的。逻辑设计方法在恒压供水的设计中占据主要的地位,有关逻辑设计的方案在后面的程序设计中也起到了很大的引导作用。设计的具体方法如下:通过这种设计方案可以得
12、出在整个系统的设计当中,逻辑的思维和逻辑的变换是相当的重要。其中组态的连接,传感器的选型也是相当的重要,不管是从单个内容还是从具体的变化而言都有重要的特点。自动化控制系统的进一步完善是靠不断地积累过来的,抽水的水泵开始就有下一步的设计思路,不管是从电气控制的本身还是从设备的选型都要经过一系列的测试。2.2 设计规划PLC控制的恒压供水系统,它是无塔控制方式,根据控制对象进行简易的控制任务,这样就需要对整体的设计进行规划,在规划中查找漏洞,从漏洞中寻求有利的方案来控制恒压供水。 控制对象及控制装置的PLC确定以后,还要进一步的确定PLC的控制范围。一般说来,能够反映生产过程的运行情况,能用传感器
13、进行直接测量的参数,控制逻辑复杂的章都由PLC来 完成。另外,如紧急停车等环节,对主要控制对象还要加上手动控制功能,这就需要在设计电气系统原理图与编程时统一考虑。下面是与本次设计的恒压供水系统相类似的实物图, 2.3 工艺过程输水来的水管的水位控制器EQ来控制注水阀YV1,它们自动把水注满储水水池,只要水位底于高水位,则自动往水箱注水,水池的高低水位信号也应该送到PLC当中去,作为水位低时的报警信号,为了保证高低水位的连续性,高低水位不应相隔太远,生活用水和紧急时刻用水,其中生活用水又分为常状态下的用水和高峰的用水,这时可分为四个水泵进行供水。把水位阀YV2打到下位的时候实现正常情况的恒压供水
14、,当YV2阀打到上位的时候系统实现紧急供水。 第三章 恒压供水硬件环境3.1水泵的基本参数计算与水泵选型A 水泵的基本参数:水泵的参数分为流量Q,扬程H,转速N,功率和效率P,n。水泵的流量Q与水泵的功率有间接的关系,水泵的扬程就是水泵所抽水的最大高度单位为米m,水泵的功率就是水泵的输出功率,水泵的工作效率就是水泵的输出功率与输入功率之间的比值。B目前的水泵电机大多为三相异步电动机,根据交流电机的特性,电机的转速n为;n=60f*(1-s)/p (3-1) 从上式可以看出电机的转速与电源的频率成正比关系,改变电源的频率就可改变电机转速,在由流体的力学知识可以得出:管网压力(设为T),流量Q和功
15、率P之间的关系: T=P*Q (3-2)功率与水泵电机转速的关系为: P=K*n (3-3)又有流量与扬程之间的函数关系式H=K*Q*Q可以得出一个曲线图如下:C水泵电机的选型方面,我们考虑到水泵的各种参数的关系,特别是水泵的功率与管网压力之间的关系,流量的大小取决于小区的用水量,且在不同的时间段用水量也不同,可以考虑用相同功率的四台水泵电机进行控制。在这里我们采用QJ型水泵,它适用于从深井提取地下水,也可用于河流、水库、水渠等提水工程:主要用于农田灌溉及高原山区的人畜用水,亦可供城市、工厂、铁路、矿山、工地供排水使用。我们采用的电机为三相异步电机,我们选用250QJ20-56/2型号的水泵,
16、扬程为56m,功率为15kW,流量为18m*m*m/小时。这能完全满足一个小区的生活供水,这种水泵的供水既经济又节能,还能保证有洁净的水输送到各家各户。下图为所用水泵电机的实物图。该水泵水管之间连接方便,使用起来很灵活。 3.2 变频器3.2.1 变频器的选型现在的变频器多种多样,西门子MM420,MM440变频器,市面上常见的变频器有ABB的,还有VACON、富士、日立、三菱、普传、台安、东洋等品牌的通用变频器均可通过各自可提供的选件支持上述几种或全部类型的现场总线。通用变频器除了发展单机的数字化、智能化、多功能化外,还向集成化、系统化方向发展。如西门子公司提供的MM430的变频器,主要应用
17、在风机和泵类负载,而MM440是矢量控制的变频器,它调速的稳定性比较好,但它不适合在泵类负载上使用。MM420也能够连接泵类负载,但它所带的电机功率太小,所以不适宜在供水系统中应用,MM430变频器它使用的功率范围是在7.5kW-250kW之间,在小区的小型供水系统较为适宜。下图为MM430实物图:如果我们在恒压供水中采用MM430变频器来控制,在模拟量方面我们更容易选择比较好的模拟量的模块,变频器的控制电源为24V,水泵电机为三相绕线式异步电动机。电机的功率控制在15KW,供给电压控制在380V-400V。变频器在与S7200之间的连接,在一个确定的情况下实现。变频器采用模拟量控制的方式来实
18、现恒压供水,在这里我们应用了EM235的模拟量控制模块来完成。在选用具体MM430的型号时,我们选择380-400V 3AC 带内置滤波器的变频器,型号为6SE6 430-2AD31-5CA0,功率为15kW.此类变频器是由微机处理器控制,并采用现代先进技术的绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为功率输出器件,因此它具有很高运行可靠性和功能多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的,因而降低了电动机运行时的噪生。全面完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。这也是我们选择此类变频器的另一个重要的原因。3.2.2 变频器的硬件A如下图是连接模拟量控制信号,即可对对电动机的速度进行控制,用DSP进行
19、基本的操作图: B 西门子变频器的硬件图形,MM430的方框图如下: 3.2.3 变频器的参数设置参数设定值(四台水泵电机) 描述P0010 30初始化P09701初始化P00101启动快速调试参数组P0100 0功率以KW表示,频率50HZP0304 380电机的额定电压,单位伏特P03051.15电机的额定电流,单位安培P030715电机的额定功率,单位,KWP0310 50电动机的频率,单位,HZP0311 1398电机的额定转速,转/分P1120 5 斜坡上升时间5秒P1121 5斜坡下降时间5秒P0003 1用户访问等级选择为“标准级”P000410选择“特定值通道和斜坡发生器”P1
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