基于单片机变频恒压供水课程设计报告

基于单片机(或PLC)控制的变频给水系统的设计摘要随着人们生活质量的提高，人们对水和电的需求越来越大，尤其在我们国家，这个问题日益凸显。

这也影响了城市小区的供水，这对小区供水提出了更高的要求。

目前，居民生活用水和工业用水日益增加。

由于居民日常用水和工业用水会随季节、昼夜等变化而随之发生变化，如采取传统的供水方式不仅影响生活也不利于资源的优化配置。

传统的供水系统已经不能满足人们的需求，可采用变频恒压供水方式来代替传统的供水系统，以达到供水稳定，满足人们需求，合理优化分配等目的。

根据这个需求，设计了基于PLC的变频恒压供水系统，此系统采用闭环控制，主要结构包括：PLC控制器，变频器，水泵机组，液位传感器，压力传感器及上位机监控系统。

PLC是本设计的控制核心，将压力传感器的信号和管压力设定值进行比较，并将处理结果传递给变频器，由变频器控制水泵电机的转速，从而使管网压力与设定压力保持恒定。

另外此次设计选用组态王软件对整个系统运行状态，报警信号等进行监控，对相关信息进行记录，提高了系统的稳定性。

以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有可靠性高，抗干扰能力强，组合灵活，编程简单，维修方便和低成本低能耗等诸多特点。

用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便实现供水系统的集中管理和监控；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，所以研究设计系统，对于调高企业效率以及人民生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。

关键词：PLC；变频器；恒压供水；组态Frequency Conversion Water Supply System ControlDesign Based on PLCAbstractAs the improvement of people's quality of life, the demand for water and electricity is growing, especially this issue has become increasingly prominent in our country.This is a higher residential water demands because,which has affected the water supply of city district. Today, the problem of living water and industrial water is increaing.Because of some factors which affect water supply,it not only has an effect on living of people but also wasts resource.So the traditional water supply system has been unable to meet people's needs,we could adopt constant pressure water supply to meet these demands,then achieve optimize allocation purposes.According to this demand, constant pressure water supply system was designed which been based on PLC.This system adopts a closed-loop control of which the main structure includes: PLC controller, inverter, water pumps, level sensors, pressure sensors and PC control system.PLC is the core of the design.We compare the signal of the pressure sensor with pressure setting of the tube,then the result is been transmitted to the invert.The invert control the speed of pump motor to maintain constantly the pipe network pressure and set pressure.Furthermore,the design selected Configuration software to monitor running and alarm signals and record relevant information to improve the stability of the system.The system which contain the invert and PLC is with high reliability,flexible,handy and cheap.This is particularly important for increasingly scarce energy. It has important practically significance of the design system for increasing business efficiency,improving people's living standards, and reducing energy consumption.Keywords:PLC; inverter; constant pressure water supply system;configuration目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章前言 (1)1.1 变频恒压供水系统简介及节能原理 (1)1.1.1 变频恒压供水系统： (1)1.1.2 恒压供水系统的节能原理 (1)1.2 变频恒压供水系统的国内外研究现状 (2)1.3 变频恒压供水系统特点 (2)1.4 本课题要完成的工作及预期目标 (3)第2章供水系统设计 (5)2.1 系统的控制方案拟定 (5)2.2 供水系统组成 (6)2.3 系统硬件设计 (8)2.4 电气主电路设计 (8)2.5 供水系统工作过程 (9)第3章电气控制系统硬件的介绍及选型 (12)3.1 PLC选型 (12)3.1.1 PLC的介绍 (12)3.1.2 PLC的选型 (12)3.2 水泵电机的选择 (15)3.3 变频器的原理及选型 (15)3.3.1 变频器的调速原理 (15)3.3.2 变频器的介绍 (16)3.3.3 变频器的型号选择 (17)3.2.4 传感器的选型 (18)第4章控制系统方案设计 (20)4.1 硬件方案设计设计 (20)4.1.1 PLC外围电路 (20)4.1.2 MicroMaster440外围接线 (22)4.2 系统程序设计 (24)4.2.1 恒压供水系统主程序设计 (24)4.2.2 中断程序设计 (27)4.2.3 子程序设计 (29)4.3 中间寄存器说明 (30)第5章方案的最终调试及仿真 (32)5.1 系统组态仿真 (32)5.1.1 组态介绍 (32)5.1.2 组态软件与PLC通讯调试 (32)5.1.3 组态数据库说明 (33)5.1.4 制作恒压供水系统监控画面 (34)5.2 程序仿真 (37)5.2.1 软件介绍 (37)5.2.2 程序输入 (38)5.2.3 程序仿真 (39)第6章结论 (41)致谢 (43)附录：主程序 (44)页码不对第1章前言1.1 变频恒压供水系统简介及节能原理1.1.1 变频恒压供水系统城市供水系统是城市总体规划的组成部分，城市供水系统又水源，输水管道，水厂和配水网组成。

---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印---要随着我国现代化的进程不断加快，城市居民生活水平不断提高，随之而来的是房屋的翻新和重建，但建筑层数的不断增高，使得供水所需压力不断提高，若建筑设计时对压力判断不足，会导致供水时无法供应到高楼层，给人们的正常生活带来极大的不便利。

本文在充分了解恒压供水发展由来，国内外变频器发展历史及研究现状，以及国内常用的几款控制器的基础上，确定了以单片机与变频器结合的方式实现恒压供水，其中主控制部分的控制核心单片机选用AT89S52型单片机，其内部具有PID自整定程序可对检测回来的压力信号进行自动调整；在此基础上并对外接模块进行设计和芯片选择：压力转换模块其选用TLC549作为核心芯片、输出模块选用TLC5620芯片、驱动模块采用ULN2803芯片、键盘显示模块采用ZLG7290B芯片、存储模块采用X5045芯片、通讯模块采用MAX232芯片。

本次设计的恒压供水控制器将选用单片机与变频器相互结合的方式，由于单片机本身的特性，因此具有价格便宜，编程方便的特点。

加之变频控制器本身具有的节能、实时调节、延长寿命的优点，使得本次的设计更加具有现实意义。

关键词：单片机；恒压供水系统；PID控制；变频调速Constant pressure water supply controller design based on single chipmicrocomputerAbstractWith the accelerating the process of modernization in our country and city residents living standards improve, followed by the renovation and reconstruction of the building, but the increasing construction layer, make the water pressure increasing, when building design judgment to pressure is insufficient, can lead to water supply when unable to supply to the upper floor, to people's normal life brings great convenience.Based on fully understand the development origin, constant pressure water supply inverter development history and research status at home and abroad, and domestic commonly used a few controller, on the basis of preliminary established with combination of single-chip microcomputer and converter to realize constant pressure water supply, the main control part choose type AT89S52 single chip microcomputer control core of the single chip microcomputer, the internal PID self-tuning procedure can be automatically adjusts for the detection of the pressure signal back;On this basis and external modules such as: pressure conversion module selection of its eight bits as the core chip, the output module TLC5620 ULN2803, keyboard display module, drive module USES the ZLG7290B X5045, communication module, storage module USES a design using MAX232, etc.The design of constant pressure water supply controller will choose mutual combination of single-chip microcomputer and converter, due to the characteristics of the micro-controller itself, so it is cheap, convenient bined with frequency conversion controller itself has the advantages of energy saving, real-time adjustment, prolong life, makes the design more realistic.Key Words：Single chip microcomputer；Constant-pressure Water Supply；PID Control；Variable Frequency Speed Regulation目录摘要 (I)Abstract ...................................................................................................................................... I I 引言 (1)1 绪论 (2)1.1 恒压供水背景及意义 (2)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 本文主要研究内容 (3)2 恒压供水节能原理及设计方案 (5)2.1 变频恒压供水系统节能原理 (5)2.2 设计方案及要求 (7)2.3 系统结构 (8)2.4 系统原理 (10)3 恒压供水控制器硬件设计 (12)3.1 硬件电路总体设计 (12)3.2 晶振与复位模块 (12)3.3 键盘显示模块 (14)3.4 模拟量输入模块 (16)3.5 模拟量输出模块 (18)3.6 开关量输出模块 (19)3.7 参数记忆模块 (21)3.8 数字量输入模块 (22)3.9 ISP下载模块 (23)3.10 稳压电源模块 (26)4 恒压供水控制器软件设计 (28)4.1 PID控制算法 (28)4.2 水泵切换条件分析 (30)4.3 程序流程 (33)设计总结 (37)参考文献 (38)附录A 附录内容名称 (39)致谢 (40)引言在城市建设飞速发展的今天，人们对住房的要求条件越来越高，楼房层数的不断提高，使得供水难度不断加大，住户用水难的问题不断发生对人们的生活带来了接连不断的麻烦。

绪论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）有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。

传统的自来水厂的供水模式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。

供水厂以前虽然也进行过一些技术改造，但是生产系统大部分仍然采用人工手动控制，生产过程中的重要参数仍然依靠人工定时记录，例如清水池水位、电机运行时间、耗电量等都是由值班人员定时记录。

随着地区经济的发展，城区居民生活用水和工业用水量大幅度上升。

经过改造和扩建，供水厂目前的日供水能力在7.5万立方米左右，仍然不能完全满足用水需求。

由于城区用水量中居民生活用水所占的比例比较大，用水量的需求具有时变性。

在用水高峰期时，清水池的水位达不到要求高度,管网压力达不到规定的标准压力，造成高层建筑断水。

用水低峰期时，管网压力经常超过规定的压力上限，极易造成爆管事故并且能源损耗严重。

供水厂原有的生产设备的控制方式比较落后，控制过程烦琐，大部分需要人工进行手动操作，能耗高，而且不能保证供水压力达到压力标准。

此外，水厂作为城市供水系统的重要组成部分，其日常的生产、计划、运行和管理都直接影响到城市的安全供水。

在这种供水模式下长期以来许多水厂各部门的管理人员采用传统的人工管理模式，通过手工从事繁重的业务管理、各种日报表、月报表、年报表的统计汇总等工作。

由于对大量的统计报表的基础数据缺乏科学的分析手第1 页共60 页段，因此很难为运行管理以及调度提供强有力的决策支持。

所以对供水系统的技术改造已经迫在眉睫，技术改造的目的是提高生产过程的自动化水平。

基于单片机的恒压供水系统设计摘要：本设计是在深入研究当前多种恒压供水方案的基础上，创造性地提出“定频副电机+变频主电机+低端MCU”的低成本高效能恒压供水方案。

设计通过控制变频器的输出频率从而自动调节水泵电机的转速，实现管网水压的闭环调节(PID)，使供水系统自动恒稳于设定的压力值。

用户可以自行设定水管中的水压，低功耗低噪音高性能高寿命的特点使得本设计在同类产品中脱颖而出。

使用Keil C 和Proteus 等先进EDA软件进行了高效率地设计实现和仿真验证。

关键词：恒压，高效率，水泵转速, 变频器目录1前言 (1)1.1 设计背景 (1)1.2 设计目标 (2)1.3 实施计划 (2)2总体方案设计 (3)2.1 方案比较 (3)2.1.1 方案一 (3)2.1.2 方案二 (3)2.1.3 方案三 (4)2.2 方案论证 (5)2.3 方案选择 (6)3单元模块设计 (7)3.1 各单元模块功能介绍及电路设计 (7)3.1.1 水管压力测量模块 (7)3.1.2 时钟模块设计及与器件选择 (8)3.1.3 复位电路的设计 (8)3.1.4 按键接口模块设计 (9)3.1.5 A/D转换模块 (10)3.1.6 D/A转换模块 (11)3.1.7 显示模块设计 (12)3.1.9 稳压电源模块 (13)3.2 特殊器件的介绍 (14)3.2.1 变频器介绍 (14)3.2.2 DAC0832介绍 (16)3.2.3 ADC0809介绍 (17)3.2.4 74LS245介绍 (20)3.2.5 单片机AT89C51 (21)3.3 各单元模块的联接 (23)4软件设计 (24)4.1 软件设计原理及设计所用工具 (24)4.2 主程序流程图 (24)4.2.1 T0中断服务程序 (25)4.2.2 独立按键程序设计 (28)4.2.3 LED动态显示程序模块的设计 (30)5系统调试 (31)5.1 Proteus仿真软件介绍 (32)5.2 软件调试 (35)5.2.1 水管压力显示的仿真 (35)5.2.2 恒压值的仿真 (38)6结论 (40)7总结与体会 (41)8谢辞 (42)9参考文献 (43)附1 系统的原理电路图 (44)附2 系统的相关程序 (45)附3 外文文献翻译-译文 (53)附4 外文文献翻译-原文.................................. 错误！未定义书签。

基于51单片机恒压供水系统设计
一、系统简述
恒压供水系统是一种具有自动补偿压力控制功能的水泵控制器，用于
控制水泵的工作速率，以维持供水管路内的压力。

采用51单片机，通过
设计流程和控制算法来控制水泵，以实现压力恒定的目的。

二、系统构成
系统主要构成有51单片机，水泵，传感器，水流计量单元，按钮，
显示器，电源等部件。

1、51单片机：用于编写和执行控制算法，实现控制水泵的功能。

2、水泵：它由电机和泵头组成，作用是提供压力，从而实现系统的
恒压功能。

3、传感器：它能够检测水管内的压力，并将它转换为一个电压信号，传输给51单片机。

4、水流计量单元：它能够检测水流的大小，并将它转换为一个电压
信号，传输给51单片机。

5、按钮：用于开启和关闭系统。

6、显示器：用于显示系统的压力、流量等数据。

7、电源：供给单片机和水泵所需要的电源。

三、系统工作原理
系统的工作原理即用51单片机根据传感器所反馈的水管内压力数据以及水流变化，来控制水泵的速率。

当压力数据低于设定值时，51单片机会驱动水泵加快运行速度，以使压力增加；当压力数据高于设定值时，51单片机会驱动水泵减慢运行速度，以使压力减少。

基于单片机的恒压供水系统设计
恒压供水系统是一种常见的水泵控制系统，主要用于保持用户端的水
压稳定。

在本文中，将介绍基于单片机的恒压供水系统的设计。

恒压供水系统的基本原理是通过控制水泵的启停和转速，以保持用户
端的水压恒定不变。

系统的设计主要包括传感器的选择与连接、单片机的
编程、驱动电路的设计等。

首先，选择和连接传感器。

恒压供水系统中最关键的传感器是压力传
感器和流量传感器。

压力传感器用于测量用户端的压力大小，而流量传感
器则用于计算水泵的工作流量。

这两个传感器应该能够与单片机进行连接
并传输数据。

其次，进行单片机的编程。

单片机可以根据传感器测得的数据，通过
控制水泵的启停和转速，以实现恒定的水压。

编程的关键是根据实际需求
确定水泵的工作状态和转速，并实现相应的控制逻辑。

例如，当水压低于
设定值时，单片机可以启动水泵并逐渐增加转速；当水压达到设定值时，
单片机可以停止水泵或者降低转速。

最后，进行驱动电路的设计。

水泵通常需要较大的电流和电压来工作，因此需要设计适当的驱动电路。

这个电路应该能够与单片机进行连接，并
根据单片机的控制信号提供所需的电流和电压给水泵。

在整个系统设计中，还需要考虑到系统的可靠性和安全性。

例如，可
以设置安全开关来监测水泵的状态，当水泵出现故障时及时停止供水，避
免水泵过热或水压过高等问题。

同时，还可以设置报警装置来提醒用户系
统的异常情况。

图书分类号：密级：毕业设计(论文)基于单片机的恒压供水控制系统设计Design of constant pressure water supply system based on SCM学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

论文作者签名: 日期：年月日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。

有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。

可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日摘要在当今社会，水资源变的越来越重要了，工业，农业，生活上都需要用水。

在居民用水中浪费现象是随处可见的。

为此在节约用水方面，必须得做一些相应的改变。

目前随着恒压变频供水系统的产生，就可以利用这一系统来解决在实际生活中因为供水问题而造成的能耗问题。

而且这种变频调速恒压供水在现实生活中得到了广泛的运用。

本次设计中设计的恒压供水系统是以单片机为主要控制芯片来控制整个系统的，在这里选择的单片机的型号是AT89C51。

单片机具有成本低，效率高的特点。

在这里单片机通过压力传感器将水压的大小通过A/D转换器转换成数字信号传入单片机中，然后将其通过单片机的控制器经过D/A转换器转换成模拟信号,同时通过变频器从而控制电动机的转速，最后实现恒压供水的功能。

关键词恒压变频供水系统；单片机；自动化AbstractIn today's society, water resource is becoming more and more important.Industry, agriculture,and our life needs water. We found in the residents of water, there is a serious waste phenomenon. In order to achieve this goal, we have to make some corresponding changes. But with the constant pressure water supply system, we can use this system to solve the problem of energy consumption in real life because of supply problems caused by. And this kind of frequency conversion constant pressure water supply has been widely used in real life.The design in the design of constant pressure water supply system based on single chip microcomputer as main control chip to control the whole system, choose here model is AT89C51 single chip microcomputer. The characteristics of the MCU with low cost and high efficiency. Here MCU through the pressure sensor, the size of the pressure through A/D converter converts digital signals into single chip microcomputer, then by single chip microcomputer controller through D/A converter converts analog signals to control the speed of the motor, finally realize the function of water pressure constant pressure control.Keywords Constant pressure Frequency conversion control system MCU automation目录1 绪论 (1)1.1恒压供水系统的提出的背景及其意义 (1)1.2传统供水方式 (1)1.2.1恒速泵直接供水方式 (1)1.2.2水塔/水箱的供水方式 (3)1.2.3气压供水方式 (3)1.3变频恒压供水系统主要特点 (3)1.4变频器调速恒压系统的发展 (4)1.5恒压供水设备的主要应用场合 (4)2 恒压供水系统 (6)2.1变频调速的基本原理 (6)2.2闭环控制............................................ 错误！未定义书签。

《基于PLC的变频恒压供水系统的设计》篇一一、引言随着现代工业和城市化进程的快速发展，供水系统的稳定性和效率成为了关键因素。

变频恒压供水系统因其良好的节能效果和稳定的水压输出，被广泛应用于各种工业和民用领域。

本文将介绍一种基于PLC（可编程逻辑控制器）的变频恒压供水系统的设计，通过精确控制水泵的运转，实现恒压供水，并提高整个系统的可靠性和灵活性。

二、系统设计概述基于PLC的变频恒压供水系统主要由水泵、变频器、压力传感器、PLC控制器等部分组成。

其中，PLC控制器作为整个系统的核心，负责接收压力传感器的信号，根据预设的压力值调整变频器的输出频率，从而控制水泵的运转，实现恒压供水。

三、硬件设计1. 水泵：选用高效、低噪音的水泵，根据实际需求选择合适的型号和数量。

2. 变频器：选用性能稳定、调速范围广的变频器，与水泵匹配，实现精确控制。

3. 压力传感器：安装在水管网络上，实时监测水压，并将信号传输给PLC控制器。

4. PLC控制器：作为整个系统的核心，选用高性能、高可靠性的PLC控制器，具备强大的数据处理和逻辑控制能力。

四、软件设计1. 数据采集与处理：PLC控制器通过压力传感器实时采集水压数据，经过数据处理后，与预设的压力值进行比较。

2. 控制算法：根据比较结果，采用PID（比例-积分-微分）控制算法，调整变频器的输出频率，从而控制水泵的运转，实现恒压供水。

3. 逻辑控制：PLC控制器根据实际需求，实现系统的逻辑控制，如自动启停、故障报警等。

五、系统实现1. 连接硬件：将水泵、变频器、压力传感器等硬件设备连接起来，形成完整的供水系统。

2. 编程与调试：使用专业的编程软件对PLC控制器进行编程，实现数据采集、处理、控制算法和逻辑控制等功能。

经过反复调试，确保系统稳定、可靠地运行。

3. 安装与调试：将编程好的PLC控制器安装到系统中，进行实际运行测试。

根据测试结果，对系统进行优化和调整，确保系统达到预期的恒压供水效果。

《基于PLC的变频恒压供水系统的设计》篇一一、引言随着社会经济的不断发展和人民生活水平的持续提高，对于供水的需求和质量提出了更高的要求。

恒压供水系统作为现代供水技术的重要组成部分，其稳定性和可靠性直接关系到人们的日常生活和工作。

传统的供水系统由于无法实现精确控制和调节，往往难以满足现代供水的需求。

因此，基于PLC（可编程逻辑控制器）的变频恒压供水系统的设计应运而生，它不仅可以实现精确控制，还可以提高供水系统的效率和稳定性。

二、系统设计概述本设计主要针对基于PLC的变频恒压供水系统进行设计。

该系统以PLC作为核心控制器，通过变频器控制水泵的运转，实现对供水压力的精确控制。

系统主要由PLC控制器、变频器、水泵、压力传感器等部分组成。

三、硬件设计1. PLC控制器：作为整个系统的核心，负责接收压力传感器的信号，并根据设定的压力值对变频器进行控制，从而调节水泵的运转速度。

2. 变频器：连接PLC控制器和水泵，根据PLC的指令调节水泵的运转速度，实现对供水压力的精确控制。

3. 水泵：系统的执行机构，负责将水从水源输送到供水管网。

4. 压力传感器：实时检测供水管网的压力，并将信号传输给PLC控制器。

四、软件设计软件设计主要包括PLC控制程序的编写和系统运行策略的设计。

1. PLC控制程序编写：根据系统的硬件配置和功能需求，编写PLC控制程序。

程序主要包括数据采集、数据处理、控制输出等部分。

数据采集部分负责实时采集压力传感器的信号；数据处理部分对采集的信号进行处理，计算出实际的压力值；控制输出部分根据设定的压力值和实际的压力值之间的差异，输出控制信号给变频器，调节水泵的运转速度。

2. 系统运行策略设计：根据系统的实际需求和运行环境，设计合理的系统运行策略。

主要包括压力设定值的选择、水泵的启停策略、故障处理策略等。

压力设定值的选择应根据实际需求和供水能力进行设定；水泵的启停策略应根据实际用水量和用水规律进行优化，以实现节能和稳定供水；故障处理策略应包括对系统各部分的故障检测和报警，以及在故障发生时的自动切换和保护措施。

摘要摘要建设节约型社会，合理开发、节约利用和有效保护水资源是一项艰巨任务。

根据高校用水时间集中，用水量变化较大的特点，分析了校园原供水系统存在了耗能高，可靠性低，水资源浪费严重，管网系统待完善的问题。

提出利用自来水恒压供水和水泵提水相结合的方式，并配以变频器、软启动器、单片机、微泄露补偿器、压力传感器、液位传感器等不同功能传感器，根据管网的压力，通过变频器控制水泵的转速，使管网中的压力始终保持在合适的范围。

从而解决因楼层太高而导致压力不足及小流量时能耗大的问题。

另外水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系，所以水泵调速运行的节能效果非常明显，平均耗电量较通常供水方式节省近四成。

结合使用可编程控制器，可实现主泵变频，副泵软启动，具有短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，大大延长了电机的使用寿命。

关键字：恒压变频供水，单片机，差压供水，自动ABSTRACTABSTRACTBuiding the conservation-oriented society,the reasonable development,saves and the effective protecting water resources is an arduous task,according to the university water used time,the water consumption change major characteristic,analyzed the campsus original water supply system existence cost to be high,the reliability was low,the water resources waste,the pipe network system treated the consummation the question .Proposed that draws water the way which using the runing water hydraulic pressure water supply and the water pump unifies,and matches by the inverter,the soft starter,SCM ,Micro reveals the compensator,the pressure transmitter,the fluid position sensor and so on.According to the network management pressure,controls water pump’s rotational speed through the inverter,causes in water pipe’spressure maintains at throughout the appropriate scope,thus may solve the problem which the floor high pressure is too insufficient when small current capacity the energy consumption is big.Moreover the water pump consumes the electric power and the electric machinery ratational speed is proportional three cubed the relations,therefore the water pump velocity madulation movement’s energy conservation effect is obvious,the sverage power consumption usual water supply way saves 40%.The union uses the programmable controller,mayrealize the main pump frequency conversion,the auxiliary pump soft start,has the short circuit protection,the overflow protection,function stably,the work reliable,lengthened electrical machinery greatly.Key words:Constant pressure frequency conversion watersupply, SCM, differential pressure water supply,automatic control目录第一章引言 (1)1.1变频恒压供水系统主要特点 (1)1.2 传统定压方式的弊病 (1)1.3恒压供水设备的主要应用场合 (2)1.4恒压供水技术实现 (2)1.5变频节能理论 (3)1.5.1交流电机变频调速原理 (3)1.6变频恒压供水系统及控制参数选择 (3)1.6.1变频恒压供水系统组成 (3)1.6.2变频恒压供水系统的参数选取 (4)1.7变频恒压供水系统的特点 (4)第二章变频恒压调速供水系统的工作原理 (6)2.1系统工作过程 (7)2.2变频调速的基本调速调速原理 (9)2.3变频调速恒压供水工况分析与能耗机理分析 (10)2.3.1管路水力损失及性能曲线 (10)2.3.2水泵变频调速节能分析 (11)2.3.3调速范围的确定 (12)2.4本章小结 (13)第三章变频恒压调速供水系统硬件设计 (14)3.1硬件总体说明 (14)3.2 555定时器复位电路 (15)3.3 5V单片机供电电源电路 (17)3.4 LED数值显示D/A数值采集D/A数值反馈 (17)3.4.1 LED数值显示模块 (17)3.4.2 数据采集A/D转换电路 (19)第四章变频恒压调速供水系统软件设计 (25)4.1 变频恒压调速供水系统软件设计总体说明 (25)4.2 8051系列单片的编程语言 (25)4.3 编程软件 (26)4.3.1 C051编译器介绍 (26)4.3.2 KEIL编译器 (26)4.4 单片机资料 (27)4.5 软件的设计 (30)4.5.1 程序设计图 (30)结论 (33)致谢 (34)参考文献 (35)附录 (36)附录一：A/D数据采集转化及显示子程序 (36)附录二：PID控制子程序 (39)外文资料原文 (44)Input/Output Accessing (44)翻译文稿 (49)输入/输出访问 (49)第一章引言第一章引言随着人民生活水平的日趋提高，新技术和先进设备的应用，使供水设计得到了新的发展机遇，当前住宅建筑的规划趋向于更具有人性化的多层次住宅组合，人们不再仅仅追去立面和平面的美观和合理，而是追求空间上布局的流畅和设计中贯彻以人为本的理念，特别是在市场经济的浪潮中，力求土地使用效率的最大化。

《基于PLC恒压变频供水系统的设计与实现》篇一一、引言随着现代工业和城市化进程的快速发展，供水系统的稳定性和效率问题越来越受到关注。

恒压变频供水系统作为一种先进的供水技术，通过精确控制水泵的转速和输出，实现了水压的稳定供应。

本文将详细介绍基于PLC（可编程逻辑控制器）的恒压变频供水系统的设计与实现过程。

二、系统设计1. 需求分析在系统设计阶段，首先需要对供水系统的需求进行详细分析。

包括供水范围、水压要求、水泵数量及功率等。

同时，还需考虑系统的稳定性、可维护性及节能性等因素。

2. 硬件设计硬件设计是恒压变频供水系统的基础。

主要包括PLC控制器、变频器、水泵、压力传感器等设备。

其中，PLC控制器负责整个系统的控制与协调，变频器用于调节水泵的转速，压力传感器则用于实时监测水压。

3. 软件设计软件设计是实现恒压变频供水系统的关键。

通过PLC编程，实现对水泵的转速、输出及水压的精确控制。

同时，还需设计友好的人机界面，方便操作人员对系统进行监控与操作。

三、系统实现1. PLC编程PLC编程是实现恒压变频供水系统的核心。

通过编写梯形图或指令表，实现对水泵的转速、输出及水压的精确控制。

在编程过程中，需充分考虑系统的稳定性、响应速度及节能性等因素。

2. 硬件连接与调试将PLC控制器、变频器、水泵、压力传感器等设备连接起来，进行系统调试。

确保各设备之间能够正常通信，并实现精确的控制与协调。

3. 人机界面开发开发友好的人机界面，方便操作人员对系统进行监控与操作。

人机界面应具有直观、易操作、信息丰富等特点，能够实时显示水压、水泵状态等信息。

四、系统测试与优化1. 系统测试在系统测试阶段，需要对恒压变频供水系统进行全面的测试，包括稳定性测试、响应速度测试、节能性测试等。

确保系统能够满足实际需求。

2. 参数优化根据测试结果，对系统的参数进行优化，以提高系统的性能和稳定性。

优化过程中，需充分考虑系统的实际运行情况及外界环境因素。

基于单片机的恒压水处理控制系统设计结合矿区供水的现状，设计了一套基于单片机的尘频调速恒压自动供水系统，系统用1单台变频器变成为2台水泵的软起动和调速，可根据用户用水量对水泵机组自动进行切换和调速，真止实现“按需供水”，拉制方便灵活，水泵运行效率高，节能效果非常显著，是矿区供水系统改造和发展的方向。

介绍了一种新型的变频恒压水位控制系统，该系统根据供水管网的用水情况调整水泵投入台数及转速实行全自动恒压供水，达到高效节能的目的，该系统采用AT89C51单片机为核心，通用模块化的设计，可适用各种类型变频器及泵组的配合。

标签：单片机；变频调速；恒压供水1 引言随着科学技术的突飞猛进，单片机的应用不断的走向深入，同时带动传统控制检测日新月异。

目前对电厂恒压水位控制的研究及开发各有所长。

大型水箱是很多公司生产过程中必不可少的部件，它的性能和工作质量的优良不仅对生产有着巨大的影响，而且也关系着生产的安全。

在过去，大量的对水箱操作是由相应的人员进行操作的，这样的人工方式带来了很大的弊端。

目前恒压供水方面国内外研究状况有：自动调频的双位控制、恒水位控制、低速运行配合提速控制等。

针对传统的变频调供水设备的不足之处，国内外不少生产厂家近年来纷纷推出了一系列新型产品。

这些产品将PID调节器以及简易可编程控制器的功能都集成到变频器内，形成了带有各种应用宏的新型变频器。

而在动态自动称重包装与管理的问题上，目前还存在不尽如人意的地方。

为此，在研制产品过程中，建立满足快速性、高精度系统和新的管理模式是很有价值的，也是迫切需要的，因此设计了这种基于单片机的恒压水处理系统。

2 控制系统总体设计方案2.1 系统工作原理如图1系统原理图，系统通过单片机将压力传感器送来的模拟信号转换成相应的数字信号，与系统设定的信号进行比较得到偏差信号，再通过预先设定的控制算法得出最佳控制参数，然后通过调节变频器的频率控制电机水泵机组的转速和工频泵机组的启停转换，当用户用水量增大，管压力低于设定压力时，变频调速的输出频率将增大，水泵转速提高，供水量增大，当达到设定压力时，电动机水泵的转速不再变化，使管网压力恒定在设定压力上，反之亦然。

课程设计题目：基于单片机的高楼恒压供水系统设计本课程设计要求设计基于单片机的高楼恒压供水系统。

本设计根据目前单片机控制的恒压控制系统的研究现状，充分利用现代化新型、先进的元器件和最新的智能控制理论与算法，将变频调速技术和单片机技术融合到一起，设计高楼恒压供水智能控制系统。

设计的高楼恒压供水智能控制系统具有可靠性高、抗干扰能力强、节能效率高等特点。

技术参数和设计任务：1、利用单片机STC89C52实现对水压的控制，以实现恒压的目的；2、为了使马达转速能够根据不同的需求而改变，完成变频电路的设计；3、完成水压的显示电路的设计，以显示水压；4、为了检测高楼水压，完成检测电路的设计；5、为了能使控制电路的稳定运行，完成PID算法等其他的设计。

一、本课程设计系统概述1、基于单片机的高楼恒压供水系统原理欲稳定水压，需构成一个压力闭环控制系统。

该系统由单片机、变频器等器件构成。

该自动控制系统通过安装在水泵出口管上的远传压力变送传感器，把出口压力变成(0~5)V 的模拟信号，经过前置放大、多路切换、A/D 变换成数字信号传送到单片机，经单片机与给定参量进行比较，得出调节参量E ∆，对E ∆进行PID 运算后输出控制信号，经由D/A 变换成模拟量作用到变频器，控制其输出频率，以调节电机水泵机组的转速，按实际用水量供水并使供水压力恒定。

单片机控制变频调速供水系统控制原理如图1所示。

图1 控制原理图若E ∆>0，则供水压力小于设定值，用水量增加造成供水压力下降，单片机将通过计算提高变频器的输出频率，从而使电机水泵机组转速增加(n 1f ∝)，使供水压力增加并恢复到设定值；如果E ∆<0，则供水压力大于设定值，说明用水量减少导致供水压力上升，单片机通过计算控制变频器使其输出频率下降，电机水泵机组转速下降，使供水压力减小恢复到设定值。

通过单片机控制水泵电机的状态，实际压力围绕设定压力值上下波动，保持供水压力恒压达到节能、恒压之目的。

开题报告电气工程及自动化基于单片机的恒压变频供水系统设计一、课题研究意义及现状恒压供水研究的意义：随着我国经济的快速的发展, 人民的生活水平越来越高, 居民对城市供水的要求也越来越严高。

同时在节水节能已成为时代特征的现实条件下，对于我们这个水资源短缺的国家，对水的利用的要求也越来越高，因此恒压供水系统将应用于我国的各行各业当中去。

变频恒压供水系统的国内研究现状：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。

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Samc。

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。

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。

本科毕业设计开题报告题目：变频调速全自动生活消防恒压给水控制系统设计专题：院（系）：电气信息工程学院班级：电气 08-15 班*名：***学号： ************ 指导教师：***教师职称：讲师黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告的生活用水，又要保证消防用水的安全可靠，出现了一个新的研究方向：变频调速全自动生活消防恒压供水系统。

该系统不仅满足以上两点要求，还将原来的两个系统结合在一起，组成一个双闭环调速恒压供水系统。

把先进的自动化技术、通讯技术等应用到供水领域而设计出的变频调速全自动生活消防恒压供水系统，高性能、低能耗、消防安全可靠，具有较大的经济和社会意义。

3、研究/设计的目标：1.恒压供水控制系统的组成及特点2.系统工作原理及恒压供水系统的特性3.交流调速分类，特点及工作原理4.变频器的选型原则、参数设定及抗干扰措施的选取5.变频器的主回路及基本控制回路设计6.单片机控制原理、硬件实现及软件编程7.软件调试与系统仿真在了解恒压供水控制系统的发展与现状的基础上，为城市高层住宅实时供水设计一种全自动生活消防公用给水控制系统，考虑节省空间及节能等因素，采用变频调速控制方案，拟采用15～22k w水泵3～4台，要求有手动自动功能，全功能显示（显示压力、转速、各水泵运行状态等）并具备完善的保护。

4、设计方案：研究方案：变频调速全自动生活消防恒压供水控制系统方框图如下：5、方案的可行性分析：通过在这段对本题目的前期准备，收集了许多变频调速恒压供水系统的资料，对单片机控制有了更深的理解，掌握了变频调速恒压供水系统的组成及特点，并理解了系统的工作原理。

对变频器和单片机的掌握上可以实现本次设计的要求。

目录中文摘要 (1)中文摘要 (2)1 绪论 (3)1.1 课题研究的目的与意义 (3)1.2 国内外发展的状况 (3)1.3 变频供水系统应用范围 (5)1.4 恒压供水的实现 (5)2 变频调速系统能耗分析 (7)2.1 供水系统分析 (7)2.2 变频调速恒压供水工况与能耗机理分析 (8)3 系统结构与设备选型 (11)3.1 系统总体设计 (11)3.2 变频调速 (11)3.3 单片机 (16)3.4 控制算法 (17)4 系统硬件设计 (20)4.1 系统工作过程说明 (20)4.2 变频器部分硬件设计 (21)4.3 单片机部分硬件设计 (23)5 系统软件设计 (29)5.1 主程序流程 (29)5.2 继电器动作控制流程 (30)5.3 PID控制流程 (31)结论 (33)致谢 (34)参考文献 (35)附录1 (36)附录2 (37)单片机恒压供水系统的设计摘要：建设节约型社会，合理开发、节约利用和有效保护水资源是一项艰巨任务。

根据居民用水时间集中，用水量变化较大的特点，因此居民原供水系统存在了耗能高，可靠性低，水资源浪费严重，管网系统待完善的问题。

提出利用压力反馈，PID控制，配以变频器、单片机、压力传感器等，根据管网的压力，通过变频器控制水泵的转速，从而使管网中的压力始终保持在合适的范围。

从而解决因楼层太高而导致压力不足及小流量时能耗大的问题。

另外水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系，所以水泵调速运行的节能效果非常明显，平均耗电量较通常供水方式节省近四成。

结合使用可编程控制器，可实现主泵变频，副泵软启动，具有短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，电机的使用寿命大大延长。

关键字：恒压变频供水，单片机，差压供水，自动控制The Design base on MCU for pressure watersupply systemAbstract：Building the conservation-oriented society, the reasonable development, saves and the effective protecting water resources is an arduous task. According tothe users water used time and the water consumption changing characteristic,so the resident original water supply system has many problems. E.g. theexistence cost to be high, the reliability is low, the water resources waste, andthe pipe network system need consummation. Through the way of usingpressure feedback, PID control, together with the converter, microcontroller,pressure sensors, etc, according to the network management pressure, controlwater pump rotational speed through the inverter. So that the pressure in thepipe network is always maintained at a appropriate scope. Through this way,we solve the problem that the high floor case inadequate pressure and energyconsumption high when the flow is low.Moreover the water pump consumes the electric power and the electric machinery rotational speed is proportional three cubed the relations,therefore the water pump velocity modulation gets an obvious energyconservation effect. The average power consumption saves 40% than usualwater supply bination of relays, it can achieve the main pumpfrequency adjust, the deputy pump soft start, with the function of shortcircuit protection and over current protection.It is stable and reliable furthermore greatly extend the life of the motor.Key words: Constant pressure frequency conversion water supply, SCM, differential pressure water supply, automatic control1 绪论1.1 课题研究的目的与意义随着高层建筑层数的不断加高，高层居民经常出现用水难问题。

开题报告电气工程及其自动化基于单片机的恒压供水系统的设计一、课题研究意义及现状恒压供水系统是指用户端不管用水量大小，总保持管网中水压基本恒定。

这样，既可满足各部位的用户对用水量的需求。

又不会产生电动机空转，造成电能的浪费。

为实现上述目标，需要变频器根据给定压力信号和反馈压力信号,调节水泵转速，从而达到控制管网中水压恒定的目的。

一般的恒压供水系统是由单片机、变频器、压力传感器等器件组成的压力闭环控制系统。

其原理是将压力变成模拟信号，经过一系列的转换最终调解水泵的转速，按实际用水量供水并使压力恒定。

随着社会的发展，水在人们生活中越来越重要，随之便是科技的成果——恒压供水系统。

现在很多地方面临水资源短缺，水污染严重的威胁，且不同时段对供水压力要求不一，单靠水厂人员根据往常经验进行手动调节很难处理供水问题。

但现在国内的一些恒压供水系统存在很多缺点如下：（1）耗能大，浪费水电资源；（2）水压不稳，容易发生事故；（3）供水质量差，影响人体健康；（4）运行效率低，很难满足供水需求；（5）自动化程度低，操作麻烦；因此研究设计恒压供水系统显得非常重要。

早期的供水系统各方面都不好，自从变频器在各个领域的广泛应用，供水技术水平从90年代初开始了一次飞跃。

短短几年内，供水技术经历了一个逐步完善的发展过程，早期的单泵被多泵取代，目前国外的恒压供水系统成熟可靠，恒压控制技术先进。

但维护成本比国内较高，而国内现在不少公司在从事变频恒压供水的研制推广，技术也日益成熟。

恒压供水系统是现代化城市和生活小区供水的发展方向。

代表着先进的科技发展前沿，而且采用单片机控制的变频供水系统具有工作可靠，实现容易，价格低廉的特点。

是较理想的控制器。

目前供水系统正在向集成化、维护操作简单化发展。

二、课题研究的主要内容和预期目标了解基于单片机的恒压供水系统的运作，优缺点；对其发展趋势进行认识，为研发生产新型供水系统作好准备。

毕业设计的具体内容：（1）设计通过压力传感器、控制器和变频器组成闭环回路自动调节电机的转速，从而调节水泵的供水量，确保供水压力恒定。

目录课题简介 (2)关键词 (2)课题描述 (2)实验任务 (2)实验设备 (2)设备工作原理简介 (3)西门子MM440变频器工作原理 (3)变频器参数复位 (4)压力变送器工作原理 (4)PID工作原理 (6)课题实施方案 (7)硬件设计 (7)电路原理图 ................................................ 错误！未定义书签。

软件设计 (8)结果分析 (7)个人总结............................ 错误！未定义书签。

参考文献. (15)课题简介传统控制水位的方法是人为频繁的进行观察并以此为依据进行补水或放水的，而这些工作相当费时费力。

如果运用自动控制的思想来处理这个问题则会方便很多。

本实验课题便是针对这个问题进行设计。

实验拟设计一套PID 水塔液位控制系统，采用51单片机为主控制器，对其进行编程后，通过控制变频器，使得变频器支配的电机能够根据频率而得到相应的运转，从而使水位达到并保持预期的要求；变频器为执行器。

水塔水位信号的来源是由位于水塔下方的压力传感器感知水面高度，并将水面高度转换为相应的电流信号反馈回控制回路，而后根据测定人为的建立它们之间的函数关系，进行信号的校对从而实现水塔水位信号的输入。

整个系统能够很好的跟踪给定液位，有较好的快速性和稳定性，能够满足一般化生产过程中对液位控制的要求。

关键词：液位控制系统单片机 PID课题描述一、实验任务●会使用单片机C语言，能用它进行编程；●在单片机中完成PID算法的编程实现；●构建一个闭环系统完成对PID实验装置的水位高度的稳定调节；●完成系统框图的设计及各组成的功能描述；●完成西门子MM440变频器的参数化设置；●完成在增加输出扰动后控制系统快速调节；二、实验设备三、设备工作原理简介1、西门子MM440变频器工作原理MM440变频器具有多个继电器输出、多个模拟量输出。

原理图如下MM440的接线原理图MM440的每个端子都有一个对应的参数用来设定该端子的功能（如下表）表1 MM440 六个数字开关量输入端子功能2、变频器参数复位：参数复位是将变频器的参数恢复到出厂时的参数默认值。