基于PLC控制的小水电站恒压供水系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

水电站恒压供水是水电站系统的一个终要组成部分，关系到水轮发电机组安全、稳定、有效运行。因此，开展水电站恒压供水的研究是十分必要的。理论和时间经验表明传统的水电站供水系统有很多不足之处，浪费资源、不安全、不稳定。随着社会经济的发展，能源问题日益突出，对水电站供水提出了新的要求。利用plc进行自动化控制，设计高性能、高节能的水电站恒压供水系统成为必然趋势。

plc可编程控制器、恒压供水系统集电气技术、现代控制技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便地实现供水系统的集中管理与控制，同时系统具有良好的节能效果，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。

这次毕业设计是关于变频恒压供水系统的设计，因为恒压供水系统有高效节能，恒压供水，安全卫生，自动运行，管理简便等优点，非常适合现在的社会需求。

2. 国内外研究现状分析

我国长期以来小水电站设计基本沿用大中型水电站模式，系统复杂、投资大、运行和维护复杂。主要表现在用水高峰期水的供给量常常低于需求量，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，此时不仅会造成能量的浪费、供水电机的不必要损耗，而且还有可能造成水管因受压过大而爆裂以及水电设备的损坏等等不良情况的发生。

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、起动控制以及制动控制、压频比控制以及各种保护功能。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。

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。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能的变频器，像日本samco公司，就推出了恒压供水基板，备有变频泵固定方式、变频泵循环方式两种模式它将pid调节器和plc可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现plc和pid等电控系统的功能，只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多7台电机(泵)的供水系统。这类设备虽微化了电路结构，降低了设备成本，但其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性不高，与别的监控系统(如ba系统)和组态软件难以实现数据通信，并且限制了带负载的容量，因此在实际使用时其范围将会受到限制。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(plc)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。原深圳华为电气公司和成都希望集团也推出了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合，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。

3. 研究的基本内容与计划

本设计是以小水电站供水系统为控制对象，采用plc和变频技术相结合技术，设计一套小水电站恒压供水系统，保证整个系统运行可靠，安全节能，获得最佳的运行工况。

plc控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、压力变送器和现场的水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统，本设计中有3个贮水池，3台水泵，采用部分流量调节方法，即3台水泵中只有1台水泵在变频器控制下作变速运行，其余水泵做恒速运行。plc根据管网压力自动控制各个水泵之间切换，并根据压力检测值和给定值之间偏差进行pid运算，输出给变频器控制其输出频率，调节流量，使供水管网压力恒定。各水泵切换遵循先起先停、先停先起原则。

根据以上控制要求，进行系统总体控制方案设计。硬件设备选型、plc选型，估算所需i/o点数，进行i/o模块选型，绘制系统硬件连接图：包括系统硬件配置图、i/o连接图，分配i/o点数，列出i/o分配表，熟练使用相关软件，设计梯形图控制程序，对程序进行调试和修改。

4. 研究创新点

长期以来小水电站设计基本沿用大中型水电站模式，系统复杂、投资大、运行和维护复杂。主要表现在用水高峰期水的供给量常常低于需求量，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，此时不仅会造成能量的浪费、供水电机的不必要损耗，而且还有可能造成水管因受压过大而爆裂以及水电设备的损坏等等不良情况的发生。

本设计中，系统的控制机构由PLC和通用变频器构成，系统的整体结构简单。可以看出，水泵拖动机组﹑供水管道﹑水泵机组的控制单元以及信号检测环节构成小水电站的供水系统。图1中，液位检测机构把测量的水箱水位信号送入到变频控制柜，经过PLC程序的运算处理，输出运行与停止控制信号，控制水泵启动与停止工况的转换。