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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。
普传变频器在恒压供水系统解决方案-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN【前言】变频调速恒压供水技术以其节能、安全、供水高品质等优点，在供水行业得到了广泛应用。
恒压供水调速系统实现水泵电动机无级调速，依据用水量的变化(实际上为供水管网的压力变化)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，是当今先进、合理的节能型供水系统。
普传科技作为具有电机设计生产基础的变频器专业制造商，为市场和客户考虑，开发出多泵供水控制系统软件，配合高性能普传变频器，在恒压供水系统中得到广泛应用。
【特点】采用普传变频器与普传多泵供水系统专用控制器构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。
【系统优点】1.恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，具有降低管道阻力，大大减少截流损失的效能。
2.由于变量泵工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量时，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命。
因实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力。
3.水泵电动机采用软启动方式，按设定的加速时间加速，避免电动机启动时的电流冲击，对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振。
4.由于变量泵工作在变频工作状态，在其运行过程中其转速是由外供水量决定的，故系统在运行过程中可节约可观的电能（平均25％以上），系统具有收回投资快，而长期受益，其产生的社会效益也是非常巨大。
1.供水系统配线图（以4泵供水为例）2.变频器与供水板之间的连接示意图3.供水控制原理当有若干台水泵同时供水时，由于在不同时间（白天和晚上），不同季节（夏天和冬天），用水流量的变化很大，为了节约能源和保护设备，本着多用多开，少用少开的原则，进行切换。
2012年TI杯电子设计大赛C题论文摘要本系统以MSP430F5438为主控芯片，设计了全桥电路、电压电流检测电路、驱动电路、LC滤波电路及液晶显示和键盘，通过运放对电压、电流做反馈，再经过MSP430的调节来改变开关管的导通与关断，即软、硬件的协调配合，从而达到预控制目的。
本设计能实现电子负载的恒流控制，检测电子负载的电流、电压并由液晶显示，整个系统具有稳定性强、调节速度快、精确度高的特点，很好地满足了题目基本部分和发挥部分的全部要求。
该设计的最大亮点在于能够将低压侧的功率传送到高压侧，实现废电回收再利用功能。
关键字：电子负载,全桥,PI调节,PWM一、方案论证1、系统框图：本系统主要由全桥电路、电压电流检测电路、驱动电路、LC滤波电路及液晶显示和键盘等主要模块组成，其系统框图如图1所示。
图1 系统框图2、恒流模式设计：方案一：采用电流互感器对电流回路上器件的磁场进行反馈，构成恒流模块。
然而该电路的实现形式比较复杂，考虑到竞赛的时间限制，不采用此方案。
方案二：采用恒流二极管构成恒流模块，简单易行。
但恒流二极管的恒流特性并不是非常好且电流规格比较少，价格又比较昂贵。
故此方案也不可行。
方案三：采用以全桥电路为基础，增加电流反馈电路，将电流信号转化为电压信号给单片机处理，输出理想占空比来控制MOSFET管的开通和关断，实现恒流模式。
此方案简单，系统稳定性高，可实现性强。
综上，选择方案三。
3、主控模块设计方案一：采用ATMEL 公司的AT89C51作为控制芯片，51单片机价格便宜，应用广泛，但是使用AT89C51需外接两路AD转换电路，实现较为复杂，故不采用。
方案二：采用高档系列AVR单片机ATmega8作为本系统的控制芯片，对系统的稳定性、功能的优越性都起到很大的作用。
但是ATmega8价格昂贵，对于此题性价比不高，因此不采用。
方案三：采用TI公司的MSP430F5438作为控制芯片。
MSP430运算速度快，超低功耗，具有强大的处理能力，高性能模拟技术，MSP340F5438提供了16位TIM，TIMA支持多重的捕获\比较模式，能进行PWM的生成和内部定时，内部集成12位ADC，能够自动的进行采样并进行转换，可以顺利实现题目的各项要求。
变频恒压供水系统的研究开发及应用一、本文概述随着社会的快速发展和城市化进程的加快，供水系统的稳定运行对于满足人们日常生活和工业生产的需求至关重要。
变频恒压供水系统作为一种先进的供水技术，以其高效、节能、稳定等优点，逐渐成为供水系统升级改造的首选方案。
本文旨在全面探讨变频恒压供水系统的研究开发历程、技术原理、系统构成及其在实际应用中的表现，以期为供水行业的技术进步和可持续发展提供有益的参考。
本文将对变频恒压供水系统的基本概念进行阐述，明确其技术特点和优势。
接着，将详细介绍该系统的研究开发过程，包括关键技术的突破、系统优化等方面的内容。
在此基础上，文章将深入剖析变频恒压供水系统的技术原理和系统构成，包括变频器的工作原理、恒压控制策略、系统硬件和软件设计等。
本文将通过实际案例分析，探讨变频恒压供水系统在供水工程中的应用情况，包括系统的运行效果、节能效果、稳定性等方面的评估。
通过对比分析，展示变频恒压供水系统在提高供水质量、降低能耗、减少维护成本等方面的显著优势。
本文将对变频恒压供水系统的发展前景进行展望，分析其在未来供水行业中的潜在应用价值和挑战。
同时，提出针对性的建议和措施，以期推动变频恒压供水系统的进一步发展和普及，为供水行业的可持续发展做出更大的贡献。
二、变频恒压供水系统的基本原理和技术特点变频恒压供水系统是一种集变频调速技术、PLC控制技术、PID 调节技术及远程监控技术于一体的现代化供水系统。
其设计目的是为了满足不同用水场合对水压和水量的需求，同时实现能源的高效利用和供水质量的稳定。
本节将详细介绍变频恒压供水系统的基本原理和技术特点。
变频恒压供水系统的工作原理基于流体力学中的泵与管路的特性。
系统主要由水泵、变频器、压力传感器、PLC控制器等组成。
其核心是利用变频器调节水泵电机的转速，从而改变水泵的出水流量和压力，以适应用水量的变化。
当用水量增加，系统检测到压力下降时，压力传感器将信号反馈给PLC控制器。
摘要基于变频器的智能恒压供水系统以西门子S7-200系列PLC作为控制器，采用其扩展模拟输入输出模块EM235，利用其内部的PID控制指令，配合MM420型号的变频器和电机，同时用KBY压力变送器来检测管网压力。
构成闭环调速系统。
变频调速技术是一种新型的、成熟的交流电机无级调速驱动技术，变频器的作用是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化。
压力变送器的作用是检测管网水压。
智能PID调节器实现管网水压的PID调节。
PLC控制单元则是泵组管理的执行设备，同时还是变频器的驱动控制，根据用水量的实际变化，自动调整输出模拟量，进而控制变频器。
变频恒压供水控制系统通过测到的管网压力，经PLC内置PID 调节器运算后,通过EM235模拟输出端传送到变频器，调节输出频率，实现管网的恒压供水。
关键词：恒压供水、可编程控制器、无级调速、PID控制、闭环调速系统、山东科技大学专科毕业论文目录目录1 绪论 (1)1.1 恒压供水系统的发展历程 (1)1.2 恒压供水系统研究的目的和意义 (2)1.3 恒压供水系统的应用 (3)2 基于变频器的智能恒压供水系统的设计方案 (4)2.2 恒压供水系统设计总体方案设计 (4)2.3 变频恒压供水原理 (6)3 基于变频器的智能恒压供水系统的硬件设计 (7)3.1 系统中硬件电路构成 (7)3.2 PLC型号选择和系统硬件配置 (20)3.3 外部硬件电路设计 (22)4 基于变频器的智能恒压供水系统的软件设计 (24)4.1 系统流程图 (24)4.2软件设计 (25)结术语 (31)致谢词 (32)参考文献 (33)1 绪论变频恒压供水系统成为现在建筑中普遍采用的一种水处理系统。
随着社会和变频调速技术发展和人们节水节能意识的不断增强，变频恒压供水系统的节能特性使得其越来越广泛用于工厂、住宅、高层建筑的生活及消防供水系统。
恒压供水是指用户端在任何时候，不管用水量的大小，总能保持网管中水压的基本恒定。
基于PLC控制的恒压变频调速供水系统设计与仿真第26卷第1期2011年2月郑州轻工业学院(自然科学版) JOURNALOFZHENGZHOUUNIVERSITYOFLIGHTINDUSTRY(Natu ralScience}V01.26No.1Feb.2011文章编号:1004—1478(2011)O1—0062—04基于PLC控制的恒压变频调速供水系统设计与仿真姜素霞,闫艳霞,杨小亮(郑州轻工业学院电气信息工程学院,河南郑州450002)摘要:针对城市智能楼宇建筑生活及消防供水系统需求,利用PLC,变频器和PID调节器构建交流双恒压双变频闭环调速控制系统.该系统根据供水系统出口处的水压和流量,利用PLC控制变频/工频及电动机泵组的速度和切换,实现了闭环自动调节恒压变量供水.利用MCGS组态软件对该系统进行模拟调试,运行结果表明:该系统可靠性高,扩展性好,动态响应速度快,启动时压力波动小.关键词:PLC;变频调速;恒压供水;PID控制中图分类号:TP23文献标志码:A Constantpressurewatersupplysystemdesignand simulationbasedonPLCcontrolJIANGSu—xia,rANran-xia,YANGXiao—liang(CollegeofElectr.andlnfor.Eng.,ZhengzhouUniv.ofLightInd.,Zhengzhou45 0002,China)Abstract:Fortheneedtobuildanintelligentbuildinglifeandfirewatersupplysys tem,adesignwaspro—posed,whichwascomposedofPLC,frequencyeonve~erandPIDregulatorand couldachieveACdual—constant—pressure.dual-frequency—conve~close-loopspeedgover ningcontro1.Accordingtowater—outpressureandflowrate,thesystemcanprovideconstantpressurealternatingqua ntitywatersupplybycon—trollingthespeedofmotorunitandswitchoverfromvariablefrequencytopower —frequency.Simulationof theabovesysteminMCGSshowedthatthesystemhaspressurestability,simple structureandgoodreliabil—ity.Keywords:PLC;VVVF;constantpressurewatersupply;PIDcontrol0不同领域盼高压供随着现代智能楼宇建筑的发展,人们对供水质变频恒压供水系统集变频技术,电气技术,现量和供水系统可靠性的要求不断提高.加之目前能代控制技术于一体,能够提高供水系统的稳定性和源紧缺,利用先进的自动化技术,控制技术和通信可靠性,并易于实现供水系统的集中管理与监控.收稿日期:2010—11—07基金项目:河南省科技厅科技攻关项目(102102210141)作者简介:姜素霞(198O一),女,河南省扶沟县人,郑州轻工业学院讲师,硕士,主要研究方向为控制理论与应用,电能质量分析.第1期姜素霞,等:基于PLC控制的恒压变频调速供水系统设计与仿真?63?此外,它还具有良好的节能性,这在能源H益紧缺的今天尤为重要.因此,研究变频恒压供水系统对提高工业生产效率,改善居民生活水平,降低能耗等方面具有重要意义.J.文献[4]针对城市公用供水管网水压浮动大的问题,设计了以PLC控制为核心的变频调速恒压供水系统;文献[5]为解决日常居民生活供水水压波动问题,根据管网压力自动调节供水量,实现恒压供水.但上述方法仍存在成本较高,供水压力不稳定等问题.鉴于此,本文拟利用PLC控制变频一工频切换,经PID运算进行压力调节,设计生活/消防双恒压双变频闭环供水自动控制系统,并利用MCGS工控组态软件对系统进行模拟调试.1供水系统方案设计本文设计的恒压变频供水系统由西门子S7—200CPU222PLC(增加扩展模块EM222和EM235), 日本安川变频调速器CIMR—P5A45P5,压力传感器,3台水泵以及若干辅助部件构成,其结构如图1 所示.图1恒压变频供水系统结构该供水系统的工作原理为:来自城市自来水网的进水通过电动阀f1MB,由高低水位线控制自动注水,同时储水池的高/低水位信号直接送PLC,当出现低水位信号时产生报警信号.电磁阀MB:用来控制生活/消防用水:当电磁阀处于失电状态时,消防管网关闭,3台水泵根据生活用水量,按一定的控制逻辑运行,使生活供水在低恒压值下进行;当火灾发生时, 电磁阀MB:得电,关闭生活用水管网,3台水泵使消防供水在高恒压值下进行,火灾消除后3台水泵重新改为生活供水使用.其控制原理如图2所示.3台水泵中,每台泵的出水管均装有手动阀,供图2恒压变频供水系统控制原理框图维修和调节水量之用.压力检测仪选用YTz一150 型带电接点式压力传感器,用于检测管网中的水压.当用水量大时,水压降低;用水量小时,水压升高.压力检测仪可将0～1MPa范围内的压力变化转换为0～10V的电压信号送给PID调节器,将该信号与PLC输出的给定压力信号进行比较,通过PID 调节得出调节参数,送给变频器.变频器用于控制工频/变频切换电路和水泵转速,实时调节系统的供水量,使用户供水管网压力保持在给定压力值. 根据用户用水量的大小,通过PLC控制器调节工作泵数量及变频器对水泵的调速,即可实现恒压供水.当供水负载发生变化时,输入电机的电压和频率也随之变化,这样就构成了以压力设定值为基准的双恒压双变频闭环调速控制系统.2系统硬件电路设计电控系统控制电路如图3所示.其中SF为手动/自动转换开关,1为手动控制状态,2为自动控制状态.手动运行时,按钮SF一S控制3台泵的启/ 停和电磁阀MB的通/断;自动运行时,系统通过PLC程序进行控制.图中PG.为自动运行状态电源指示灯.由于PLC为4个输出点共用1个COM端, 而该系统没有多余的COM端输出组,因此通过一个中间继电器KF的触点对变频器进行复位控制即可.图中Q一Q.及Q.一Q为PLC输出继电器触点,而4,6,8等数字为接线编号】.3PLC控制程序设计本系统自动控制功能主要通过PLC软件编程实现.程序控制可分为3部分,即主程序,子程序和中断程序.主程序主要完成水泵切换信号的生成,泵组接触器逻辑控制信号的综合以及报警处理功能.流程图如图4所示.在程序编写时可设置多个保护环节,实时监测系统状态,安全报警等.硬件方面可设置安全链机械保护,经多个闭合触点组成,包括紧急停车,压力?64?郑州轻工业学院(自然科学版)2011钽图3电控系统控制电路图图4主程序流程图超上下限开关,水位超上下限开关,电机过热保护继电器,空载保护等.4组态软件仿真本文采用通用监控系统(monitorandcontrol generatedsystem,MCGS)工控组态软件对系统进行模拟调试,该软件能够在基于Microsoft的各种32b Windows平台上运行,通过对现场数据的采集处理, 以动画显示,报警处理,流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案,在工业PLC控制领域有着广泛应用J.4.1定义数据对象实时数据库是MCGS工程的数据交换和数据处理中心,数据对象是构成实时数据库的基本单元, 建立实时数据库的过程即为定义数据对象的过程. 图5所示为数据对象”水泵”的参数设置过程.图5水泵数据对象设置过程4.2简单界面编辑及监控界面生成选中”变频恒压供水系统”窗口图标,单击”动画组态”,进入动画组态窗口,开始编辑画面.在对象元件库管理对话框中找到所需元件,即可组成图6所示的变频恒压供水系统的监控界面.图6变频恒压供水系统监控界面,4.3建立MCGS与PLC的连接MCGS通过上位机中的串行口设备和PLC上的通信单元(编程口)建立串行通信连接,从而达到操第1期姜素霞,等:基于PLC控制的恒压变频调速供水系统设计与仿真?65?(上接第61页)方位轴为40./s.转动最大角加速度:俯仰轴为300./s,方位轴为500./s.最小角速度:位置方式为0.05./s,速度方式为0.01./s.5结语本文设计的以STC12C5410AD为核心的目标模拟转台伺服系统,简化了电路,降低了成本,减少了体积,提高了系统的稳定性和可靠性.仿真和调试结果表明,该系统具有良好的加减速,定位,起停控制能力,能够更好,更真实地模拟导弹导引头的飞行状态.参考文献:[1]吴艳敏,关英姿,邓玮.基于DSP的导弹目标模拟转台控制系统设计实现[J].机电工程技术,2008(9):85.刘凤芹,张国玉,王凌云,等.基于单片机的两轴转台控制系统[J].长春理工大学:自然科学版,2008,31(4):87.黄令龙,郭阳宽,蒋培军,等.高精密伺服转台控制系统的设计[J].清华大学:自然科学版,2004,44(8):1054.王俊杰,顾冬华.基于STC12C5410AD单片机的单相电参数测量仪设计[J].郑州轻工业学院:自然科学版,2010,25(1):57.吴艳敏.导弹目标模拟转台控制系统研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学.2006.张丽,李春茂,刘涛,等.基于MSP430单片机的智能称重控制系统[J].电气应用,2009,28(2):52.1J1J]J]J1J。
摘要近几年我国城市建设发展迅猛，同时在基础设施建设方面提出了跟高的要求。
城市高楼居民用水，一直是困扰城市发展的一个难题，供水的可靠性、稳定性和经济+性直接影响这人们的正常工作和生活。
随着人们生活方式的变化和生活水平的提高，供水系统的个项性能要求不断提高。
利用高效的自动化技术，设计低能耗、高效率、能适应复杂环境的恒压供水系统。
本文首先根据管网和水泵的运行特性曲线，阐明了供水系统的变频调速节能原理；具体分析了变频恒水压供水的原理及系统的组成结构，通过研究和比较，得出结论:变频调速是当今国际上一项效益最高、性能最好、应用最广、最有发展前途的电机调速技术。
因此本文以采用变频器和PLC 组合构成系统的方式，以某居民小区水泵电动机控制系统为对象，逐步阐明如何实现水压恒定供水。
通过对本系统I/O点数的统计，得出本系统有15个输出点数，9个输入点数，依据PLC选型留有10%的裕量的原则，系统选用了三菱FX2N系列PLC。
水泵选型时，从流量、功率、扬程三方面进行综合考虑，水泵扬程应是实际扬程的1.1~1.2倍，本次设计选用了80DL2型号的水泵。
变频器选用了FR-F700，可接电机功率为15(kW)，在变频控制过程中，由变频器内部的PID控制方式完成。
在程序设计时结合硬件电路，选用顺序功能控制设计方法进行程序设计。
程序由GX-Developer编写完成，通过MCGS进行该系统的组态设计，最后分析该系统的供水效益，结果显示具有明显的节能效益。
关键词：PLC；变频调速；恒压供水；设计；MCGSABSTRACTFast development of city construction in China in recent years, at the same time, in the aspect of infrastructure construction is proposed with high requirements. City high-rise residential water, has always been a difficulty in urban development, water supply reliability, stability and economy directly affects the normal work and life of people. As people lifestyle changes and improvement of living standards, increasing water supply system of a performance requirements. Efficient automation technology is used to design low power consumption, high efficiency, can adapt to the complex environment of constant pressure water supply system.In this paper, first of all, according to the operation of the pipe network and pump characteristic curve illustrates the principle of frequency control of motor speed and energy saving water supply system; Analyzes the composition of the principle of variable frequency constant pressure water supply and system structure, through research and comparison, draw the conclusion: frequency control of motor speed is a benefit is the highest in the world, and the best performance, the most widely used, the most promising motor speed control technology. So this article, in the form of combination of the frequency converter and PLC system, with a water pump motor control system in residential area as an object, expounds how to realize the constant pressure water supply gradually.This system for PLC output has 15 points, nine input points. Based on the principles of type selection of PLC, the system selects the mitsubishi FX2N series PLC, mitsubishi and dedicated FR - F700 series inverter, the inverter can be a very good drive pump motor startup. In the process of frequency conversion control, performed by frequency converter internal PID control method. When programming combined with hardware circuit, selects the sequential function control design method for program design. Programs are written by GX - Developer complete, through the MCGS configuration design of the system, in the final analysis the system of water supply benefits, results showed that has obvious energy saving efficiency.Keywords: PLC;frequency control;constant pressure water supply;MCGS目录1 绪论 (1)1.1 本课题产生的背景和意义 (1)1.2 变频恒压供水的现况 (1)1.3 变频供水系统的应用 (2)1.4 本人的主要工作 (2)2 变频恒压供水的理论分析 (3)2.1 水泵的工作原理 (3)2.2 供水电机的搭配 (3)2.3 离心泵的调节方式 (4)2.4 恒压供水系统供水特性分析 (4)2.5 水锤效应 (5)2.6 供水系统的组成 (5)3 恒压变频供水控制系统硬件的设计 (7)3.1 恒压变频供水控制系统的设计方案 (7)3.2 选择供水设备的原则 (7)3.3 供水设备的选择 (8)3.3.1 水泵的参数计算与型号的选择 (8)3.3.2 变频器 (9)3.3.3 压力传感器的选择 (10)3.4 PLC的选型 (11)3.4.1 PLC选型的基本原则 (11)3.4.2 输入输出点的统计 (11)3.4.3 I/O的分配 (13)3.5 系统硬件线路设计 (14)4 变频恒压供水控制系统软件的设计 (17)4.1 PLC编程设计方法 (17)4.1.1 经验设计法 (17)4.1.2 继电器电路直接转换为梯形图法 (17)4.1.3 逻辑代数设计方法 (17)4.2 编程软件的简单介绍 (17)4.3 恒压供水系统程序的设计 (18)4.3.1 程序流程图 (18)4.3.2 程序设计 (19)5 组态的设计 (24)5.1 MCGS软件简介 (24)5.2 恒压供水系统的MCGS界面设计 (24)结束语 (30)参考文献 (31)致谢 (33)1 绪论1.1 本课题产生的背景和意义这些年城市建设和城乡结合发展迅速，但市政供水、工业供水，高层建筑供水，居民生活供水在我国一直落后，这种局面严重恶影响我国城市建设的发展和小康社会的发展。
变频恒压补水系统的设计及应用作者：黄海来源：《科技创新与应用》2014年第06期摘要：文章举例简述了变频恒压补水系统在供暖系统中疑难问题的解决方案及实际使用效果，以实例总结其自动化程度高，高效节能的优点。
关键词：变频器；通讯；传感器变频恒压补水系统是现代建筑中普遍采用的一种水处理系统。
随着变频调速技术的发展和人们节能意识的不断增强，变频恒压补水系统的节能特性使得其越来越广泛用于工厂、住宅、高层建筑的生活及消防供水系统。
恒压补水是指在用户端在任何时候用水量发生变化时，始终保持回水压力不变，这样既保证了供水能力，使系统管网压力稳定，又使供水质量大大提高。
变频恒压补水系统利用PLC、传感器、变频器及水泵机组组成闭环控制系统，使管网压力保持恒定，代替了传统的水塔供水控制方案，具有自动化程度高，高效节能的优点，在小区供水、工厂供水和供暖系统控制中得到广泛应用，并取得了明显的经济效益。
1 恒压补水策略举例某单位的的供热系统恒压补水设备共分2套，每套设备包括4KW补水泵2台，分别为武警楼补水和生活水补水管道补充水源。
要想保持供暖系统压力的稳定，补水系统的压力稳定是关键。
中央控制器通过安装在总出水管的远传压力信号，调节水泵的转数，始终保持对供热系统恒压补水，并达到节约电能的效果。
当系统水膨胀时，通过电接点电力表控制电磁阀开启，达到稳定保护作用，从而实现全自动高效节能恒压补水的目的。
每套供水系统采用2台水泵机组并联供水方式，选用施耐德ATV312系列变频器，功率为5.5KW，内置PID控制。
控制器选用施耐德Twido系列PLC，内置以太网接口。
先进的自动控制技术和供热补水系统相结合，具有自动补水、自动泄水和超压报警等功能。
具有自动泄水和超压报警等功能，全部实现自动化控制，无需专人看管。
使整个系统结构紧凑、安全可靠、工艺先进，技术领先、高效节能、运行可靠。
系统设有转换开关，可选择系统在自动、本地手动和远程手动状态下工作。
项目设计主题：MSP430F5438单片机在自动恒压供水系统中的应用完成时间：2013.10.30学生姓名：刘天月指导教师：王庐山【摘要】：（中英文）在自来水供水系统中,恒压供水是系统设计时考虑的一个重要环节。
本文通过MSP430系列单片机作为主控制器,组建并实现了恒压自动调节供水系统,给出了系统工作原理与结构图,阐述了各功能模块的主要功能。
该系统的成功之处在自来水公司供水控制系统中有一定的使用与推广价值。
【关键词】：恒压供水、MSP430F5438单片机、自来水【abstract 】: In the tap water supply system, constant pressure water supply system is considere d an important part in design. As the main controller based on MSP430 series SCM(Single chip micr ocomputer), form and realize the constant pressure automatically adjust the water supply system, give s the system working principle and structure, expounds the main functions of each function-module. The success of the system in tap water company water supply control system has a certain use and popularization value.【key words 】: Constant pressure water supply, MSP430F5438 microcontroller, Tap water○目○录一.引言 (2)二.MSP430F5438单片机简介 (2)三.自动恒压变频供水器设计 (3)1.工作原理 (3)2.单片机控制设计 (4)2.1硬件设计 (4)2.1.1 自动恒压供水系统结构框图 (4)2.1.2 核心板电路分析 (5)2.1.3 IPM变频驱动水泵电路分析 (5)2.1.4 AD采集水压电路分析 (5)2.1.5 压力及流量检测电路分析 (6)2.2软件设计 (6)2.2.1 主程序流程图 (7)2.2.2 编程思想 (7)四．结束语 (7)五.附程序清单 (8)一. 引言水是生命之源，人类生存和发展都离不开水。
在通常的城市及乡镇供水中，基本上都是靠供水站的电动机带动离心水泵，产生压力使管网中的自来水流动，把供水管网中的自来水送给用户。
但供水机泵供水的同时，也消耗大量的能量，如果能在提高供水机泵的效率、确保供水机泵的可靠稳定运行的同时，降低能耗，将具有重要经济意义。
我国供水机泵的特点是数量大、范围广、类型多，在工程规模上也有一定水平，但在技术水平、工程标准以及经济效益指标等方面与国外先进水平相比，还有一定的差距。
随着城市化建设规模的逐步扩大以及生活水平的不断提高,人们对自来水公司供水的可靠性要求越来越高,尤其是供水水压方面的要求,人们通常都希望水压能够稳定恒压。
由于人工方法不够智能,很难做到实时性调节水压,因此,在现今的供水系统中,传统的人工调节阀门的方法已经逐渐被自动化的设备所取代。
如何保证恒压供水，使供水时随用户需求量的变化，供水系统都能够实时的进行自动调节供水量保证水压的恒定，成为重要的问题。
本文通过MSP430F5438单片机调节，实时自动控制水泵电机的转速，使管网供水口的水压始终保持在预订的值上，从而达到恒压供水的目的。
二. MSP430F5438单片机简介MSP430系列单片机是美国德州仪器公司研发的一款16位超低功耗单片机[3],因为其具有精简指令集的混合信号处理器,所以称之为混合信号处理器。
该系列单片机具有如下特点:●处理能力强MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7 种源操作数寻址、4 种目的操作数寻址）、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。
这些特点保证了可编制出高效率的源程序。
●运算速度快MSP430 系列单片机能在25MHz晶体的驱动下，实现40ns的指令周期。
16位的数据宽度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加运算）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如 FFT 等）。
●超低功耗MSP430 单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压和灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。
首先，MSP430 系列单片机的电源电压采用的是1.8-3.6V 电压。
因而可使其在1MHz 的时钟条件下运行时，芯片的电流最低会在165μA左右，RAM 保持模式下的最低功耗只有0.1μA。
其次，独特的时钟系统设计。
在 MSP430 系列中有两个不同的时钟系统：基本时钟系统、锁频环（FLL 和FLL+）时钟系统和DCO数字振荡器时钟系统。
可以只使用一个晶体振荡器（32768Hz），也可以使用两个晶体振荡器。
由系统时钟系统产生 CPU 和各功能所需的时钟。
并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。
由于系统运行时开启的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。
在系统中共有一种活动模式（AM ）和五种低功耗模式（LPM0~LPM4）。
在实时时钟模式下，可达2.5μA ，在RAM 保持模式下，最低可达0.1μA 。
●片内资源丰富MSP430 系列单片机的各系列都集成了较丰富的片内外设。
它们分别是看门狗（WDT ）、模拟比较器A 、定时器A0（Timer_A0）、定时器A1（Timer_A1）、定时器B0（Timer_B0）、UART 、SPI、I2C 、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC 、16位Σ-Δ ADC 、DMA 、I/O 端口、基本定时器（Basic Timer ）、实时时钟（RTC ）和USB 控制器等若干外围模块的不同组合。
其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出 A/D 转换器；16 位定时器（Timer_A 和 Timer_B ）具有捕获/比较功能，大量的捕获/比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、 PWM 等；有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用；具有较多的 I/O 端口，P0、P1、P2 端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入；10/12位硬件 A/D 转换器有较高的转换速率，最高可达200kbps ，能够满足大多数数据采集应用；能直接驱动液晶多达 160 段；实现两路的 12 位 D/A 转换；硬件I2C 串行总线接口实现存储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度，而采用的DMA 模块。
MSP430 系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。
另外，MSP430 系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。
当系统处于省电的低功耗状态时，中断唤醒只需5μs 。
●方便高效的开发环境MSP430 系列有 OTP 型、 FLASH 型和 ROM 型三种类型的器件，这些器件的开发手段不同。
对于 OTP 型和 ROM 型的器件是使用仿真器开发成功之后烧写或掩膜芯片；对于 FLASH 型则有十分方便的开发调试环境，因为器件片内有 JTAG 调试接口，还有可电擦写的 FLASH 存储器，因此采用先下载程序到 FLASH 内，再在器件内通过软件控制程序的运行，由 JTAG 接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。
这种方式只需要一台 PC 机和一个 JTAG 调试器，而不需要仿真器和编程器。
开发语言有汇编语言和 C 语言。
三.自动恒压变频供水器设计1. 工作原理：变频调速恒压供水与水塔或楼顶的高位水箱供水相比，具有投资省、节约能源、水质遭二次污染的机会少等优点，越来越多的城市和生活小区已经或正打算采用变频调速恒压供水。
变频调速恒压供水系统构成（如图1）：图一：变频调速恒压供水系统构成Frequency conversion velocity modulation constant pressure water supply system其工作原理是：控制器通过检测实际水压值，比较设定水压值和实际水压值的差别，控制器按规律运算后，输出控制信号至变频器，变频器则根据控制器的输入信号调节水泵电机的供电电压和频率。
2.1.2 核心板电路分析核心板电路主要包括CPU（MSP430F5438）、电源电路、时钟电路、LCD液晶显示、按键部分、串口下载电路、复位电路。
2.1.3 IPM变频驱动水泵电路分析通过MSP430F5438单片机数出脉冲改变水泵的驱动电压大小及频率，从而改变水泵的转速，实现对水压和流量的控制。
IPM驱动电路原理图如下：IPM驱动电路原理图IPM drive circuit principle diagram2.1.4 AD采集水压电路分析本设计采用ADS1118转换芯片，当水压大小发声变化时，信号采集部分根据水压大小输出相应电压变化到单片机，单片机通过内部AD对信号进行运算，调节输出水压的大小。
AD转换部分原理图如下：AD采集水压电路AD collection hydraulic circuit2.1.5 压力及流量检测电路分析压力及流量检测传感器采集水压和流量的变化，转换成相应的电压变化和脉冲频率变化，然后送到单片机进行处理。
压力及流量检测电路如下：压力及流量检测电路Pressure and flow detection circuit2.2软件设计2.2.2编程思想：①分析电路功能，明白各个模块电路的作用；②程序模块化调试，这是保证调理清楚的必要手段；③组合模块程序，分析各个模块的关联及影响；④整机调试，测试整体功能的实现，分析存在的问题并解决；⑤程序调试完成。
四．结束语采用MsP430系列单片机作为主控制器来实现供水系统的自动恒压，自动调节水压使供水系统压力稳定，同时，使用MSP430系列单片机提高了系统的控制可靠性和抗干扰性。
在节约成本的同时，也进一步保证了系统安全稳定的运行。
该系统融合了单片机控制技术、反馈控制技术和电机调节技术等，在自来水公司供水控制系统中有一定的使用与推广价值。
五.附程序清单：/* LCD: PSB Select Parallel transmit mode by 100Ωto VCC On PCB board* P3.0------RS* P3.4------EN* P3.5------RW* P11.0------RST* P8 ------Data**/#include"msp430x54xA.h"//#include"BoardConfigure.h"#include"public.h"#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*******************************************************************//* *//*检查LCD忙状态 *//*lcd_busy为1时，忙，等待。
