云南农业大学校园供水系统自动控制系统的改进设计方案.docx

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云南农业大学校园供水系统自动控制系统的改进设计方案

科类工科学号20061135

本科生毕业设计

云南农业大学校园供水系统自动控制系统的改进设计

方案1

指导教师：

职称讲师

云南农业大学昆明黑龙潭650201

学院：

工程技术学院

专业：

电气工程及其自动化年级：

2006

设计提交日期：

2010.5.26答辩日期：

答辩委员会主任：

云南农业大学

2010年5月日

云南农业大学校园供水系统自动控制系统的改进设计方案1

（云南农业大学工程技术学院，昆明黑龙潭650201）

摘要

本设计说明书针对校园供水系统原有的控制方式存在操作人员劳动强度大、造成水能和电能浪费等问题，而提出的改进方案。

本说明书在分析了云南农业大学校园东校区供水系统原有的继电器+变频器常规控制系统不足的基础上，结合实际用水情况，提出基于三菱FX2N系列的可编程控制器控制，运用组成的改进方案。

该改进方案的控制系统不仅完成了信号监测、数据传输、变频调速和实现实时监控功能，而且满足校园实际用水的需求，从而提升了供水系统自动化程度，提高供水可靠性。

关键词：

变频；PLC；恒压供水；自动化

中英文摘要……………………………………………………………………………Ⅰ

目录……………………………………………………………………………………Ⅲ

表录……………………………………………………………………………………Ⅵ图目录…………………………………………………………………………………Ⅶ

符号及其计量单位说明………………………………………………………………Ⅷ

1前言…………………………………………………………………………………1

2校园原有的供水系统的介绍………………………………………………………1

2.1水泵房的配电系统总体介绍…………………………………………………2

2.1.1工作电源介绍………………………………………………………2

2.1.2电源导线介绍……………………………………………………2

2.1.3接零保护介绍………………………………………………………2

2.2主要设备介绍…………………………………………………………………2

2.2.1电机、离心泵和变频器的参数………………………………………2

2.2.2电机和离心泵的介绍………………………………………………3

2.2.3变频器的介绍………………………………………………………3

2.2.4变频器与电机相连接介绍…………………………………………8

2.2.5变频器控制电机的操作介绍………………………………………8

2.3原有控制系统的介绍…………………………………………………………9

3系统改进方案的设计………………………………………………………………10

3.1系统改进设计原则…………………………………………………………10

3.1.1适用性原则…………………………………………………………10

3.1.2经济性原则…………………………………………………………10

3.1.3科学性原则…………………………………………………………10

3.2方案设计的总体思路………………………………………………………10

3.3系统改进方案担一设计………………………………………………………11

3.3.111

3.3.2改进设计方案一的控制流程分析…………………………………11

3.3.3方案一存在的问题…………………………………………………12

3.3.4对方案一进一步改进………………………………………………12

3.3.5方案一的优缺点……………………………………………………13

3.4系统改进方案二设计………………………………………………………13

3.4.1资料分析……………………………………………………………13

3.4.2改进设计方案二控制流程分析……………………………………14

3.4.3方案二存在的问题…………………………………………………14

设计思路……………………………………………………………14

3.5.2方案三控制流程图分析……………………………………………15

3.5.3方案三存在的问题…………………………………………………15

3.6方案设计小结…………………………………………………………15

4相关计算及设备选型………………………………………………………………15

水泵相关计算……………………………………………………15

4.1.2导线截面的选择……………………………………………………16

4.1.3空气开关的选择……………………………………………………17

4.1.4熔断器的选择………………………………………………………17

4.1.5接触器的选择………………………………………………………18

4.2.4PLC的选型…………………………………………………………225改进后的系统硬件设计和软件设计………………………………………………23

5.1硬件设计……………………………………………………………………23

5.1.1PLC的I/O端口分配…………………………………………………23

5.1.2控制面板设计………………………………………………………25

5.2软件设计……………………………………………………………………25

5.2.1PLC的语言介绍……………………………………………………26

5.2.2编程装置的介绍……………………………………………………27

5.2.3基本指令介绍………………………………………………………28

…………………………………………………28

6样机或试件的各种实验和测试情况7方案设计中出现的问题……………………………………………………………39

8结论…………………………………………………………………………………40

参考文献………………………………………………………………………………40

致谢……………………………………………………………………………………41

附录……………………………………………………………………………………42

表目录

……………………………………………………………17

表2各接触器型号及具体……………………………………………………18

表3PLC的I/O接口分配………………………………………………………24

表4基本指令…………………………………………………………………28

表5FNC66功能指令步数……………………………………………………28

表6单键起停的指令表………………………………………………………29

……………………………………………………………31

表8方案一程序表……………………………………………………………32

表9时钟指令表………………………………………………………………33

表10特殊中间继电器…………………………………………………………33

表11特殊数据存储器…………………………………………………………34

图目录

图1变频器的工作原理图2电压斜坡起动的电压变化波形图3限流起动电流幅值…………………………………………………………6

图4电动输出电压波形

图5数字压力表

符号及其计量单位说明

P30：

有功计算负荷，单位kW；

Kd：

需要系数；

Pe：

额定有功功率，单位kW；

Q30：

无功计算负荷，单位kvar；

S30：

，单位kVA；I30：

单位A；

，单位kV；

cosφ：

功率因数；

：

导体所在电路的最大持续工作电流单位A；

—相应于导体额定环境温度条件下导体的长期允许电流，单位A；

A0：

制线路的中性线截面单位mm；

Aφ：

相线截面单位mm；

：

熔断器额定电流单位A；

1前言

随着社会经济的迅速发展，水对人类生活与工业生产的影响日益加强，人类对供水的质量和供水系统的可靠性要求不断提高。

我国是水资源和电能短缺的国家，长期以来市政供水、高山供水、工业生产循环供水等方面技术都比较落后，自动化程度较低，主要表现在用水高峰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，而在用水的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。

把自动化技术、控制技术、网络通讯技术等应用在供水领域，成为对供水系统研究的新方向。

云南农业大学东校区地处山坡，校区面积大，人口密集，而自来水公司所提供的水管不管是压力还是在流量，都不能满足师生学习和生活的需要，因此学校进行基础建设的时，在山脚下建造了一个蓄水池，其供水流程是先对自来水进行存储，再利用三台37KW的水泵与立式多级离心泵组成的供水系统，向离山脚约有3公里的山顶上的容量约800立方米的巨型水池进行供水，再由此水池为东校区的师生提供生活用水。

现有供水系统的控制操作都是依靠来完成，这样造成

基于以上的问题，本设计说明书针对云南农业大学的校园供水系统进行改进设计的方案。

改进后的供水控制系统，提出三套设计方案，经过论证，得出的实施方案。

改进后的系统可以实现水泵自动集中管理的功能，可以降低耗能、节约成本和减少维修维护工作强度、确保供水需求，实现供水的自动化控制。

本设计说明书主要叙述了原有的供水的系统分析、系统改进方案的设计、系统的相关计算、设备的选型、改进后的系统硬件设计和软件设计等内容。

由于时间仓促，本人的水平有限，该设计难免存在不足，恳请各位老师指正批评，本人十分感谢。

2校园原有的供水系统的介绍

供水系统的建设是学校基础设施之一，供水系统的性能好坏直接影响到师生的正常生活。

供水系统在设计上是要遵循供水可靠性、经济性等原则。

随着科学技术不断地更新，供水系统朝着自动化、智能化发展，而云南农业大学原有的供水系统也需要进行改进，实现自动化。

2.1水泵房的配电系统总体介绍

配电系统是整个供水系统的控制核心部分，其可靠性高低直接影响到供水的质量。

现在需要对原有的配电系统进行分析，了解各个器件的现状和功能，以便设计出改进方案。

云南农业大学东校区水泵房的配电系统情况（附图1），该配电系统是采用200A的电源进线，其供水动力是由三台37kW水泵配合立式多级离心泵组成。

该配电系统有3.0kW的照明、1.1kW的排污泵和1.7kW的吊车，预留15kW的备用容量。

2.1.1工作电源介绍

该原有的系统的电源引自配电室，采取AC380V/220V的三相五线制的供电方式。

传统的三相四线制即TN-C系统，其包含三根相线（A、B、C）及一根零线（PEN），是工作零线与保护零线合一设置的接零保护系统，而三相五线制TN-S系统（还包括TN-C-S系统），其包含三根相线（A、B、C）及一根零线（N），一根地线（PE），是工作零线与保护零线分开设置或部分分开设置的接零保护系统。

三相五线制的保护灵敏性与可靠性都比三相四线制的要高，因为接地零线（即PE线）是单独设置，且直接引自电源变压器中性点（该中性点已可靠直接接地，其接地电阻较低，满足系统保护要求）。

三台水泵采用两工一备的工作方式，这样的工作方式既满足了供水需求，又提高了供水的可靠性。

2.1.2电源导线介绍

电源的总进线采用铜芯塑料电缆，电缆沿着电室地板暗敷，动力线由配电柜引出至水泵房沿地面暗敷，照明回路采用铜芯塑料导线穿P/C管暗敷。

2.1.3接零保护介绍

所有电气设备都设置接零保护，并且引入线处需设置重复接地，接地电阻必须小于或等于10Ω。

从接地装置处用40×4扁铜引至进线柜内与保护零线端子