青岛滨海学院
毕业论文开题报告
题 目：高层建筑恒压变频供水系统电气设计方案
英文题目：Design of Variable-frequency Constant-pressure Water Supply System for Tall Buildings
院 部： 机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 李嵩 学 号： 20070540101 指导教师： 熊光煜
2010 年 12 月 8 日
一、选题依据 1、课题来源 随着我国社会经济的发展，城市建设发展十分迅速，同时也对基础设施建设提出了更高的要求。城市供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到用户的正常工作和生活。随着人们对供水质量和供水系统可靠性要求的不断提高，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计出高性能、高节能、能适应供水厂复杂环境的恒压供水系统成为必然趋势。 2、选题依据和背景情况 近年来我国中小城市发展迅速，集中用水量急剧增加。据统计，从1990年到1998年，我国人均日生活用水量（包括城市公共设施等非生产用水）由175.7升增加到241.1升，增长了37.2%，与此同时我国城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。在用水量高峰期时供水量普遍不足，造成城市公用管网水压浮动较大。由于每天不同时段用水对供水压力的要求变化较大，仅仅靠供水厂值班人员依据经验进行人工手动调节很难及时有效的达到目的。这种情况造成用水高峰期时供水压力不足，用水低峰期时供水压力过高，不仅十分浪费能源而且存在事故隐患（例如压力过高容易造成爆管事故）。供水厂希望通过对原有系统的技术改造，提高生产过程的自动化水平。并在此基础之上配备相应的系统管理软件，改变传统的落后管理方式，使管理工作规范化，提高水厂的业务管理水平。由于水厂原有的供水控制系统是一个完全依靠值班人员手动控制的系统，所以对该系统技术改造的要求是在原有系统的基础进行，设计一套取水和供水的自动控制系统，克服由于采用单纯手动控制系统进行控制带来的控制不方便、控制系统对供水管网中压力和水位变化反应迟钝的问题，降低能源消耗和资源浪费，提高设备的可维护性和运行的可靠性，以达到降低自来水的生产成本和提高生产管理水平的目的。 3、课题研究目的 研究本课题主要目的是设计出高性能、高节能、能适应供水厂复杂环境的恒压供水系统。以满足城市居民和工厂的用水需求。 4、学术价值或实际应用价值 此次设计出的恒压供水系统不仅可以满足本实例的需要，而且通过适当的修改，可以满足绝大多数民用小区的用水需求，甚至是工厂的需求。
二、文献综述 1、国内外研究现状 随着社会经济的迅速发展，水对人民生活与工业生产的影响日益加强，人民对供水的质量和供水系统可靠性的要求不断提高。把先进的自动化技术、控制技术、通讯及网络技术等应用到供水领域，成为对供水系统的新要求。 变频恒压供水系统集变频技术、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监控;同时系统具有良好的节能性，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。 2、发展动态 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、起制动控制、变压变频比控制及各种保护功能。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。从查阅的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因而投资成本高。即1968年，丹麦的丹佛斯公司发明并首家生产变频器(丹佛斯是传动产品全球五大核心供应商之一)后，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，像瑞典、瑞士的ABB集团推出了HVAC变频技术，法国的施耐德公司就推出了恒压供水基板，备有“变频泵固定方式”，“变频泵循坏方式”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，可构成最多七台电机(泵)的供水系统。这类设备虽然说是微化了电路结构，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，并且了带负载的容量，因此在实际使用时其范围将会受到。 3、查阅的主要文献 [1] 中华人民共和国国家标准：泵站设计规范[S]，GB/T50265-97. [2] 建设部：城市居民生活用水量标准[S]，GB/T515-43. [3] 王廷才.变频器原理与应用（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2010.120～175.
[4] 张燕宾等.实用变频调速技术[M].北京：机械工业出版社，2004.57～62. [5] VLT7011系列恒压供水专用变频器用户手册[P]. [6] 电工手册[S]，GB/T176-26. [7] 常用电气图形符号国家标准[M].GB/T4728-1966-2000. [8] 给水排水设计手册[S]，GB/T543-14. [9] 胡跃冰.水泵电机变频调速的节能与计算节能技术[J]，2003，No.5:48. [10] 杨凌云．PID调节器在恒压供水系统中的应用[J]．微机算计信息，1996，12(5)：49～51. [11] 蒋艺，杨俊生．变频调速器在供水系统中的应用[J]．山东冶金.1999，21(5)：49～50. [12] 金传伟，毛宗源．变频调速技术在水泵控制系统中的应用[J]．电子技术应用，2000，No.9: 38～39. [13] 宁耀斌，明正峰．变频调速恒压供水系统的原理与实现[J]．西安理工大学学报，2001，No.3，17(3)：305～308. [14] 邓巍．PLC及变频器在多台泵自动恒压供水系统中的应用[J]．石油学院学报，2001，No.6, 13(2)：67～69. [15] 邱文渊，童国道．国内外变频器技术的现状及我国发展策略初探[J]．电子与自动化，1995，No.3, 24(5)：3～5. [16] 崔玉川，傅涛．我国城市给水发展现状与特点[J]．中国给水排水．1999,12(2)：52～54. [17] Sun Ming．Study of Fuzzy of Control[M]．Computer Application，2004,4. [18] Mousavi H，Ramamwrthy A．S． Advances in water Resources[M]．China water and wastewater，2000.
三、研究内容
1、学术构想与思路；主要研究内容及拟解决的关键问题（或技术） 随着变频技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统以其环保、节能和高品质的供水质量等特点，广泛应用于多层住宅小区及高层建筑的生活、消防供水中。变频恒压供水的调速系统可以实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中如何充分利用专用变频器内置的各种功能，对合理设计变频恒压供水设备、降低成本、保证产品质量等有着重要意义。变频恒压供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。目前变频恒压供水系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种系列化的方向发展。追求高度智能化、系列化、标准化，是未来供水设备适应城镇建设中成片开发、智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。 本设计课题来源于教师，通过老师的讲解对高层建筑恒压变频供水系统电气设计有了初步的了解。再经过查阅相关文献，对高层建筑恒压变频供水系统原理、发展现状熟悉后，开始自己的设计。 高层建筑恒压变频供水系统电气设计包括三部分的内容。一是：根据小区的特点、楼层、高度、住户、环境而选择水泵、变频器及外围设备。二是：确定电气主回路；画出系统电气主回路图，写出说明。三是：确定控制回路的设计和参数；保护定值计算；设计出供水泵站电气主回路和控制回路方案。 在设计过程中，应首先解决的关键性问题是了解各个地区的用水量的参数标准和变频供水系统的设备中的各个参数及使用方法。确定所应设计的内容，总结出设计的方案。依照方案依次进行设计。 2、拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析 经过老师的讲解以及翻阅相关的文献之后，发现共有四种供水方式：(1) 恒速泵直接供水系统。(2) 恒速泵+高位水箱的供水方式。(3)恒速泵+气压罐供水方式。(4)变频调速供水方式。 经过自己的仔细分析，我确定出自己的设计方案，决定采用变频调速供水方式并将对一个建筑小区进行恒压供水的设计。既要保证理论上可行，同时还应具有实际可行性。整个毕业设计的实施方案是先了解各个地区的用水量的参数标准和变频供水系统的设备中的各个参数及使用方法，然后通过小区的实际情况计算出符合小区的恒压变频供水系统。最后开始着手毕业论文的撰写，并交给老师修改，完成定稿。
四、论文（设计）进度安排 起止时间 2010.12.1—2011.1.7 2011.1.8—2011.2.20 2011.2.21—2011.3.20 2011.3.21—2011.4.10 2011.4.11—2011.4.25 2011.4.26—2011.5.14
主要内容 预期目标 顺利完成开题报告 资料收集与整理工作准备妥当 做出一个比较完整而详细的方案 阅读相关文献，完成开题报告 进行资料收集与整理工作 对设计内容有全面的了解并做出 一个完整的可行性方案 对论文的其他内容进行补充和完对论文的内容进行进一步整，提交论文初稿 的完善并提交初稿 完善毕业论文的相关细节，提交论提交定稿 文的定稿 准备毕业答辩 毕业答辩准备顺利完成
五、审核意见 导师意见 导师签字: 年 月 日 审核小组意见 审核小组成员签字： 年 月 日 注：表格不够可加附页。