基于PLC双闭环控制泵类节能系统的研究

【摘要】： 今天随着城市高楼快速发展,以前城市供水所必需的水塔、水箱以及气压供水设备,由于水质污染、水压不足和能耗大,已经远远不能满足现代人民生活的需要。本文针对目前的小区供水系统中存在的电能、水资源浪费且供水质量差等问题,设计了以PLC为核心的双闭环变频恒压供水系统。该系统采用自整定模糊PID控制算法,以水泵电动机的转速和管网水压为设定参数,根据用水量的大小由PLC控制投入运行的水泵的数量,控制变频器的输出系统频率自动调节水泵电机的转速,实现管网水压的闭环调节,即实现恒压供水。 本文首先根据供水系统的管阻特性曲线、水泵扬程特性曲线、管网和水泵的运行特性曲线,分析了恒压供水的原理和供水系统的变频调速节能原理。其次通过对供水系统的研究,得到系统的数学模型,提出自整定模糊PID控制。仿真结果表明自整定模糊PID控制优于常规PID控制,同时模糊控制对于消除供水系统的滞后有明显的效果,并且自整定模糊PID控制有比较强的鲁棒性和快速性。 经过实践证明,本课题所设计的恒压供水系统对水压的实时控制性能良好,硬件工作稳定、可靠,所设计的双闭环自整定模糊PID控制器正确有效,较好的保证了管网水压的稳定性。 【关键词】：模糊控制 自整定模糊PID 双闭环 PLC
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TU991.35
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 引言9-14
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义9-11
• 1.2 变频恒压供水系统的发展现状11-13
• 1.2.1 国内变频供水调速系统发展11-12
• 1.2.2 国外变频供水调速系统发展12-13
• 1.3 本课题主要研究内容13-14
• 第二章 恒压供水系统的特点与节能原理14-33
• 2.1 供水系统组成和特点14-17
• 2.1.1 供水系统的组成14-15
• 2.1.2 供水系统的主要参数15
• 2.1.3 供水系统的基本特性15-17
• 2.2 变频调速恒压供水的节能分析和特点17-21
• 2.2.1 变频调速恒压供水的节能分析17-20
• 2.2.2 变频调速恒压供水系统的特点20-21
• 2.3 恒压供水系统的管网压力设计21-24
• 2.3.1 机械循环液体管网的工作原理21
• 2.3.2 系统压力控制点的设置21-23
• 2.3.3 管网设定水压的水力计算23-24
• 2.4 变频调速工作原理24-25
• 2.5 变频调速恒压供水系统理论分析和控制方案设计25-27
• 2.5.1 变频器输出频率对供水压力的影响25-26
• 2.5.2 恒压控制过程分析26
• 2.5.3 变频调速恒压供水系统控制方案设计26-27
• 2.6 可编程序控制器的特点及应用27-29
• 2.7 变频器29-33
• 2.7.1 变频器基本结构29-30
• 2.7.2 变频器工作原理30-31
• 2.7.3 变频器与PLC的连接31-33
• 第三章 双闭环自整定模糊PID控制33-57
• 3.1 模糊控制的产生和发展33-37
• 3.1.1 模糊控制的产生33-34
• 3.1.2 模糊控制的发展34-37
• 3.2 模糊控制的原理37-44
• 3.2.1 模糊控制系统的组成37-39
• 3.2.2 模糊控制的基本原理39-44
• 3.3 供水系统PID控制器的设计44-52
• 3.3.1 PID和Fuzzy控制方案的论证44-46
• 3.3.2 双闭环模糊自整定PID控制器设计46-52
• 3.3.3 采样时间的选择52
• 3.4 仿真结果研究52-57
• 3.4.1 供水系统的近似模型52-53
• 3.4.2 仿真结果分析53-57
• 第四章 系统软硬件设计57-71
• 4.1 系统功能要求和组成57-60
• 4.1.1 供水系统的功能要求57-58
• 4.1.2 系统组成58-60
• 4.1.3 系统工作过程简述60
• 4.2 硬件系统的电路构建60-65
• 4.2.1 主电路构建60-61
• 4.2.2 控制电路构建61-62
• 4.2.3 硬件系统配置62-65
• 4.3 软件系统设计65-71
• 4.3.1 总体流程设计65-68
• 4.3.2 子程序68-71
• 第五章 总结与展望71-73
• 5.1 总结71
• 5.2 研究展望71-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-76
• 附录A 供水系统水泵、储水罐和远传压力表76-77
• 附录B 控制柜按钮和开关77-78
• 附录C 控制柜内部结构78-79
• 攻读学位期间的研究成果79

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