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水厂供水系统变压变量供水方式的应用研究

作　者: 曲锴
导　师: 廖国华
学　校: 中南大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 变压变量供水模糊控制 PLC iFIX组态软件
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 63次
引　用: 1次
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内容摘要

随着我国经济的发展,人们在生活和工作中对水的需求量也越来越大。在保证满足供水需求的同时,如何保证供水的稳定性、可靠性以及节能经济性在供水系统中显得尤为重要。本文针对供水系统的两种供水方式即恒压供水与变压供水的优缺点进行了分析,采用了更为科学和节能的变压变量供水方式,以供水管网出水口的水压作为控制对象,设计出一个供水系统的实际方案,在使水泵能高效、合理、节能的情况下运行时,保证储水池的水位在最合理的水位,也能使供水压力满足供水需求。论文分析了变压变量供水系统的数学模型,系统具有非线性和时滞性的特点,针对其被控对象的数学模型难以精确建立,在介绍模糊控制原理的基础上,采用模糊控制原理来控制供水压力,设计出模糊控制器,通过模糊规则在线调整变频器的输出频率。供水系统管网出水口流量和压力有一定的线性关系,通过采集的流量计算出压力来作为压力的给定,把实时采集的压力来与给定压力比较得到压力差和压力差的变化率,再根据压力差及其变化率来设计出模糊控制器。论文介绍了西门子的PLC(可编程控制器)S7-300,S7-300的程序设计软件STEP7,并采用它作为控制设备,进行电气图和PLC的程序设计。为了节省成本,考虑到变频器的价格较贵,论文分析了循环变频软启动原理,采用一台变频器来控制三台水泵实现循环变频启动。在用水需求量较小的时候,只需一台水泵运行就能满足用水需求,由于一台水泵长时间工作可能会导致水泵出现故障,在这台水泵运行到一定时间时,自动切换到下一个水泵来运行。为了更好的实现全自动化,文中介绍了用于监视控制现场设备仪器的组态软件,重点介绍了GE公司的iFIX组态软件,并采用iFIX设计出供水系统的主画面,在主画面中能实现变频器及水泵的手动与自动、水泵变频与工频运行的切换。画面中还能显示电机电流、管网出水口压力的实际测量值、水泵的运行状态及变频器的当前频率。上位机系统既能方便工作人员操作,又能在出现故障时即时发现并维护,更好的节省了劳动力。本系统对比传统的供水方式,具有明显的节能稳定效果,并实现了自动化,节省了成本,具有广阔的应用前景。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-14
  1.1 供水系统中供水方式的国内外研究现状和水平  9-10
  1.2 供水系统中供水方式研究的意义和目的  10-11
  1.3 相关技术概况  11-13
    1.3.1 PLC简介  11-12
    1.3.2 iFIX组态软件简介  12-13
  1.4 论文的主要研究内容  13
  1.5 本章小结  13-14
第二章变压变量供水系统的总体设计  14-27
  2.1 变频技术在供水系统中的应用  14
  2.2 恒压变量供水系统  14-15
    2.2.1 恒压变量供水系统的工作原理  14-15
    2.2.2 恒压变量供水系统的工作过程  15
  2.3 变压变量供水系统  15-17
    2.3.1 变压变量供水系统的工作原理  15-16
    2.3.2 变压变量供水的两种实现方式  16-17
  2.4 恒压变量与变压变量供水方式的综合比较  17
  2.5 变压变量供水系统的总体设计思路与要求  17-18
  2.6 变压变量供水系统工作流程  18-20
  2.7 模糊控制系统的设计  20-24
    2.7.1 模糊控制系统的组成  20-21
    2.7.2 设计模糊控制器的一般方法  21
    2.7.3 输入变量的模糊化处理  21-22
    2.7.4 输出变量模糊化  22-23
    2.7.5 模糊控制规则的建立  23-24
    2.7.6 解模糊化及模糊控制查询表建立  24
  2.8 模糊控制系统的MATLAB仿真  24-25
  2.9 本章小结  25-27
第三章变压变量供水系统硬件开发  27-36
  3.1 循环变频软起动技术  27
  3.2 变压变量供水系统的硬件电路设计  27-30
    3.2.1 主电路的设计  27-28
    3.2.2 控制电路的设计  28-29
    3.2.3 变频器电路设计  29-30
  3.3 变压变量供水系统PLC硬件选型  30-34
    3.3.1 系统的I/O点表  30-32
    3.3.2 PLC选型  32-34
  3.4 供水控制系统安全性与可靠性措施  34-35
  3.5 本章小结  35-36
第四章变压变量供水系统PLC软件设计  36-43
  4.1 水泵的运行状态分析  36-37
    4.1.1 系统中水泵的运行状态  36-37
    4.1.2 水泵运行状态切换条件及实现方法  37
  4.2 STEP7编程软件程序设计步骤  37-38
  4.3 供水系统的软件设计  38-42
    4.3.1 系统的主程序设计  38-39
    4.3.2 系统模糊控制子程序设计  39-40
    4.3.3 系统的中断服务程序设计  40-42
  4.4 本章小结  42-43
第五章供水系统监控软件开发与设计  43-51
  5.1 iFIX监控系统设计基本步骤  43
  5.2 iFIX系统的设计过程  43-45
  5.3 长沙第一制水厂iFIX系统设计  45-48
  5.4 iFIX报表设计  48-50
  5.5 本章小结  50-51
第六章结论与展望  51-52
参考文献  52-54
附录  54-73
致谢  73-74
攻读学位期间主要的研究成果  74

水厂供水系统变压变量供水方式的应用研究

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