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恒压供水毕业设计

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1 前 言.

系统概述

本课题主若是为了配合某一小区生活供水方案的技术改造而进行的。该小区原方案是楼顶高水位水箱供水。依照该小区改造要求，该小区要求投资少，节约能源，水质不遭二次污染，或遭二次污染少。

众所周知，随着城镇人口的不断增加，楼房愈来愈高，如何利用有效的水源保证高层建筑的正常供水已是迫在眉睫。传统的方式是利用高层水塔或高位水箱，但高层水塔占地面积大，建筑费用高，塔内污物不易清理，故此刻发达国家早已淘汰。高位水箱一样建于楼顶，它虽幸免了水塔占地面积大等问题，但又人为地增加了楼房的重量，使建筑设计及楼房造价提高，亦是不可多用的方案。人们对水的利用要求也愈来愈高，不仅对水的质量有了必然的要求，而且对水的压力、流量也有了更高的要求。但由于供水系统的宠大性、高程和距离产生的压差性、水阻变异性等诸多不确信因素，致使供水压力、流量等技术参数在用水顶峰和低峰转变较大，若是在供水系统中仍采纳过去的供水方式供水，就常可能显现顶峰期供水结尾压力不足、乃至高层用户无水，低峰期管网静水压力不足、低峰期管网静水压力过大而致使一些老化的管网崩裂漏水问题。

目前，工业和生活供水系统普遍采纳恒压供水方式。这种供水方式克服了传统供水系统占地面积大、水质易污染、基建投资多的缺点，且技术先进、水压恒定、操作方便、运行靠得住。随着微电子技术和电力电子技术的飞速进展，变频器的靠得住性不断提高，价钱又趋于低廉，许多泵类负载越多地由传统的固定转速拖动改成变频调速拖动。多数供水系统是以知足用户所需流量为操纵目标的，最近几年来，愈来愈普遍地采纳了变频调速的恒压供水系统。采纳变频调速操纵的优势：

1）压力、流量、水位等容易操纵；

2）可节约由阀门引发的管阻损失；

3）便于和上位微机联接；

4）容易实现反复多次的起动和停止。

变频恒压供水系统研究的意义

一样给水管网中的水压(自来水厂的一次供水压力)已很难知足用户的用水需求，除建筑低层可由市政管网直接供水外，其余高层用户或大型用水单位(如高校，企业)均须加压供水目前经常使用的加压方案，不管是水塔、高位水箱、仍是气压罐，都必需由水泵以高出用户实际所需水压的压力进行“提升”，从而造成能源的浪费。采纳水塔或高位水箱式供水.用户管网水压较稳固，具有必然的蓄水能力。但水塔(或水箱)的存在，增加了建筑物结构的繁重和建筑造价，同时造成了水质的二次污染，且高层最不利配水点水压不能知足用户需要。气压式供水实际上是把高位水箱移到了地面。它尽管可减少污染，并必然程度上排除“水锤”现象，但气压罐的有效容积有限，水泵电机启停十分频繁，管网压力波动较大;气压罐为钢制压力容器，还需利用胶囊隔膜或补气装置，运营费用高，潜在费用较高。

变频恒压供水系统以管网水压(或用户用水流量)为设定参数，通过微机操纵变频器的输出频率从而自动调剂水泵电机的转速，实现管网水压的闭环调剂(PID),使供水系统自动恒稳于设定的压力值:即用水量增加时，频率升高，水泵转速加速，供水量相应增大:用水量减少时，频率降低，水泵转速减慢，供水量亦相应减小，如此就保证了供水效率用户对水压和水量的要求，同时达到了提高供水品质和供水效率的目的，“用多少水，供多少水”;采纳该设备不需建造高位水箱，水塔，水质无二次污染，是一种理想的现代化建筑供水设备。新型的变频恒压供水与传统的水箱和气压供水方式相较，不论是设备的投资额，运行的经济性，仍是系统的稳固性，靠得住性，节能成效、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，这些优越性引发了几乎所有供水设备厂家的高度重视，争相研制、开发这一新技术产品，最近几年，随着交流变频调速技术的成熟和普及，变频恒压供水系统以其技术之先进，取得了飞速的进展。目前该产品正向着高靠得住性、全数字化、多品种系列化的方向进展。追求高度智能化、系列标准化是以后供水设备适应城镇建设成片开发、网络供水调试和整体计划要求的必然趋势。

因此，研究变频恒压供水系统的意义在于提供一种经济、节能、稳固且高品质的供水方案。

本课题的研究内容及研究目标

本课题研究的要紧内容:研究变频恒压供水系统、自动进水系统和自动供水系统的软硬件设计和实现。硬件方面要紧研究多种芯片和外设的接口，包括:模数转换，数模转换，实不时钟，开关量输入，开关量输出。

本课题研究要求达到以下目标:

(1)实现24小时不中断变频恒压供水，供水压力可实时调整；

(2) 实时测量水管压力；

(3) 提供中文液晶显示。 本文提出的全自动变频供水装置是采纳了变频高速、微机闭环操纵系统。该装置实现了直接向管网供水，适应供水管网水量转变自动无级调变电机和水泵的转速，以调速由于无附加压力损失，因此是理想的高效调剂方式。它依照用水量的大小，自动实现单泵交替变频和多泵并联运行，保证各泵都在高效区工作。

系统的工作原理

其工作原理是：操纵器通过检测实际水压值，比较设定水压值和实际水压值的不同，按PID操纵规律运算后，输出操纵信号至变频器，变频器那么依照操纵器的输入信号调剂水泵电机的供电电压和频率。当用水量增加时，操纵器操纵变频器使电动机的电压和频率加大，水泵转速升高，出水量增加；当用水量减少时，操纵器操纵变频器使电动机的电压和频率降低，水泵转速下降，出水量减少。通过这种操纵方式，就能够够使自来水管道压力维持在设定值上。该系统具有结构简单，运行稳固，节约能源，同时也克服了传统操纵方式所具有的不足[1]。 2 单片机操纵器设计

如图2-1是一个典型的由8051单片机操纵的闭环调速恒压供水系统。系统由微机操纵器、交流变频调速器、水泵机组、供水管网和压力传感器等组成，操纵系统结构原理如图2-2所示。8051单片机在那个地址要紧起压力搜集、PID调剂器计算、功能判定处置、消防处置、逻辑切换、压力显示和声光报警等作用。

图2-1 供水系统组成原理

图2-2 供水操纵系统结构原理

系统要紧单元设计

系统单元设计要紧包括CPU单元、拨码盘接口电路、压力显示电路、反馈压力检测电路和相应的开关电路等。

(1) CPU大体单元设计。CPU大体单元要紧包括8051单片机、373锁存器、2732EPROM只读存储器、拨码盘接口（74LS240）、显示器接口（74LS273）和A/D、D/A转换器等，电路如图2-3所示。

依照图2-3所示的译码器接线可知：存储器EPROM地址范围是0000H~0FFFH；8421拨码盘接口（74LS240）地址是1000H；D/A转换器（0832）接口地址是2000H；设定压力显示接口（74LS273）地址是3000H；反馈压力显示接口（74LS273）地址是400CJ；A/D转换器（0809）通道地址是5000H~5907H。

图2-3 CPU大体单元连接电路

（2）拨码盘接口电路设计。该系统采纳两位8421BCD码拨码盘作为数字压力设定，设定范围为~（相当于水泵的扬程是0~99m）。电路接线如图2-4所示，系统工作时CPU能够通过接口电路74LS240将拨码盘的值读入内存。

读取程序如下：

MOV DPTR，#1000H ；DPTR指向拨码盘接口地址

MOVX A，@DPTR ；读取的BCD码值送A MOV 35， A ；A内容送35H单元

在该图接线中，拨码盘输出为两位BCD码反码，经74LS240反相后，恰好是BCD码的原玛。

图2-4

拨码盘接口电路

（3）压力显示电路。系统压力显示包括设定压力显示和反馈压力显示两种，各自采纳两位共阳极数码管（LA5012）显示器显示。系统工作时，CPU将待显示的压力BCD码通过输出接口（74LS273）送至BCD七段译码器74LS47后直接驱动LED，电路如图2-5所示。

图2-5 压力显示电路

设定和反馈压力BCD码若是别离寄存在内存46H和47H中，那么显示程序如下：

MOV DPTR， #3000H ；DPTR指向设定压力显示器接口地址 MOV A，46H ；紧缩式设定压力BCD码送A

MOVX @DPTR，A ；输出设定压力显示

MOV DPTR，#4000H ；DPTR指向反馈压力显示器接口地址

MOV A，47H ；紧缩式反馈压力BCD码送A

MOVX @DPTR，A ；输出反馈压力显示

（4）反馈压力检测电路。系统压力检测电路要紧由压力传感器（或压力变送器）、信号隔离器和0809A/D转换器等组成。加线性隔离的目的是避免系统的共模干扰侵入运算机，提高系统的靠得住性。压力检测电路如图2-6所示。反馈压力搜集程序如下：

MOV DPTR，#5000H ；DPTR指向0809通道0地址

MOVX @DPTR，A ；启动该通道A/D转换

UP： MOV A，P1 ；读转换状态EOC

JNB ，UP ；EOC≠1未转换完，等待

MOVX A，@DPTR ；转换完，读回压力值

MOV 48H，A ；结果存入48H中

图2-6 压力检测电路

（5）输出操纵电路。系统在运行中按图2-2所示的结构将压力设定值和反馈值进行比较后再按PID算法进行计算，其计算结果u(k)经0832D/A转换后变成模拟操纵电压信号，再通过线形隔离作用于交流变频调速器。交频调速器按其操纵信号u(t)的大小来调剂水泵的速度，以达到恒压的目的。输出操纵电路如图2-7所示。 CPU访问0832D/A转换器的输出操纵程序如下：

MOV DPTR， #2000H ；DPTR指向0832地址

MOV A，25H ；取操纵信号u(k)送A

MOVX @DPTR，A ；输出该操纵信号

图2-7 输出操纵电路原理

（6）开关电路设计。系统在自动方式下运行时，CPU将不断地通过和位查询缓冲水箱是不是有水。当缓冲水箱无水时，为避免电机空转，需要自动停机，同时通过发出无水指示。当缓冲水箱的水位达到上限水位时，变成高电平，系统会自行启动，恢复供水。当=“0”时，处于生活供水方式，系统通过闭环调速维持恒压供水。当检测到=“1”时，将自动进入消防状态，在消防期间CPU将使===“1”，三个固态继电器全数接通，接触器1C、2C和3C均吸合，大泵、小泵和消防泵全速工作。当自来水管网压力大于设定压力时，u(k)为负值，现在系统会自动停机，处于节能状态，同时发出满压指示。

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恒压供水的毕业设计

恒压供水的毕业设计

摘 要

自从变频器的问世以来，变频调速技术在各领域得到了广泛的应用。变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平从90年代开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统实现水泵电机无极调速，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，最合理的节能型供水系统。在实际应用中得到了很大的发展。随着电力电子技术的飞速发展，变频器的功能也越来越强。充分利用变频器内置的各种功能，对合理涉及变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面有着非常重要的意义

本课题是选用一拖一，也就是一台变频器控制一台水泵的控制方式；所用设备主要有西门子公司生产的S7-200（CPU224）的PLC、变频器、交流接触器电机泵、压力传感器、超声波传感器、管道、触摸屏和导线若干它们组成一个闭环回路。各器件组成部分的原理，西门子S7-200PLC的各个接线的。本回路中，当水压和液面达到指定值后，通过压力传感器和超声波传感器反应，并由变频器控制电泵机来达到恒压控制和恒定液面控制。

关键词：PLC 变频器 一拖一 恒压控制 恒定液面控制

目 录

第一章 绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

1.1课题研究的背景„„„„„„„„„„„„„„„„„„

1.2供水系统发展过程„„„„„„„„„„„„„„„„..

第二章 PlC的概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.

2.1可编程控制器的定义„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

2.2 PLC的发展和应用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

2.3 西门子S7-200 PLC概述„„„„„„„„„„„„„„„„„

2.4 本课题的主要研究内容„„„„„„„„„„„„„„„„„.

第三章 变频恒压供水系统的理论分析„„„„„„„„„„„„„„„

恒压无塔供水系统(毕业设计完整版)

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河南理工大学毕业论文(设计)说明书

1 摘 要

随社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高；再加上目前能源紧缺，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然趋势。

本设计是针对居民生活用水而设计的。由变频器、PLC、PID调节器和组成控制系统，调节水泵的输出流量。电动机泵组由三台水泵并联而成，由变频器或工频电网供电，根据供水系统出口水压和流量来控制变频器电动机泵组的速度和切换，使系统运行在最合理状态，保证按需供水。

本文介绍了采用PLC控制的变频调速供水系统，由PLC进行逻辑控制，由变频器进行压力凋节。在经过PID运算，通过PLC控制变频与工频切换，实现闭环自动调节恒压变量供水。运行结果表明，该系统具有压力稳定，结构简单，工作可靠等特点。

关键词：变频调速 ；PID调节；PLC 河南理工大学毕业论文(设计)说明书

2 ABSTRACT

With the rapid development of social economy； it demands the

better of water supply' s quality and reliability of water supply system.

Meanwhile energy resources are seriously lack. So it is inevitable

tendency to design water supply system which has high function and

saves on energy well， with help of advanced technique of automation，

control and communication. At the same time this system can adapt

西科大毕业设计--基于PLC的变频恒压供水系统的设计

西科大毕业设计--基于PLC的变频恒压供水系统的设计

1 摘 要

姚明退役后，由于身高太高，生活很不方便，四处寻医而不得解。一天偶遇一位高僧。高僧说，他有一副秘方，吃完可以将他身高降到一米8。姚明听后大喜，说:“太好了，我打算给奥尼尔带一副过去，请问高僧，这药叫什么啊？”高僧答曰：“矮油！”

随着我国社会的发展和进步，住房制度改革的不断深入，人们生活水平的不断提高，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，也直接体现了供水管理水平的高低。传统供水厂，特别是中小供水厂所普遍采用的恒速泵加压供水方式存在效率较低、可靠性不高、自动化程度低等缺点，难以满足当前经济生活的需要。随着人们对供水质量和供水系统可靠性要求的不断提高，需要利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，要求设计出高性能、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。

本论文分析变频恒压供水的原理及系统的组成结构，提出不同的控制方案，通过研究和比较，本论文采用变频器和PLC实现恒压供水和数据传输，然后用数字PID对系统中的恒压控制进行设计，最后，对系统的软硬件设计进行了详细的介绍。本论文中的变频恒压供水已在国内许多实际的控制系统中得到应用，并取得稳定可靠的运行效果和良好的节能效果。

关键词：恒压供水 变频调速 PLC 自动化设计

Title Based on PLC frequency constant pressure water supply system design

2 Abstract

With the development of China's social life, the deepening of housing reform, the

continuous improvement of living standards, rapid development of urban construction,

恒压供水系统分析与设计

恒压供水系统分析与设计

恒压供水系统分析与设计

1.前言

通常以往的水泵控制采用传统的电力拖动方式，这种方案会造成能源的浪费，而利用PLC、变频器、软启动器等器件构成的智能变频控制系统，可以实现恒压供水的节能目的。

2.恒压供水系统工作及结构

恒压供水系统原理主要采用变频器控制泵的转速，并由PLC自动控制软启动器调整泵的运行台数，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能的目的。变频调速恒壓供水系统构成如下所示，由可编程控制器、变频器、软启动器、水泵电机组、压力传感器构成。

图2-1. 变频调速恒压供水系统结构框图

3.系统硬件设计

3.1 系统主控电路设计

图3-1. 系统主控电路

恒压供水主电路如图所示。考虑到PLC的输出功率和用电安全，PLC输出控制继电器KM先控制交流中间继电器KA，再由KA控制电路的通断。

3.2 PLC的选型及接线图

经分析，选用西门子S7-200系列PLC， 参照西门子S7-200的产品目录，选用主机为CPU226（8DI/6DO）一台，加上扩展模块EM221（16*DO），扩展模块EM223（8*DI/DO），扩展模块EM223（16*DI/DO）。PLC的接线图见下图。

图3-2. PLC接线图

3.3 变频器及软启动器配置

ACS510系列变频器是瑞士ABB公司的主导产品，它具有体积小巧，性能强大，调试轻松等特点。在依次启动多台电动机时，变频软启动存在很严重的危害，对变频器和电机都是有害的。为此本设计中使用软启动器启动大功率水泵电机。

4.系统软件设计与分析

为了实现整个系统的恒压运行，为此必须控制变频器的频率以及七台泵的顺序投入与切除，使得供水量的变化与用户用水量的变化基本保持同步，以此保证水网水压的恒定，同时还要保证系统的安全性与可靠性。

系统主程序流程图如下：

图4-1 主程序流程图

启动自动变频运行方式时，首先起动一台主水泵为变频运行方式。在控制的过程中，变频器根据压力反馈信号，通过PID运算自动调整变频器输出频率，改变电动机转速，达到管网恒压的目的。在达到压力下限的情况下，说明系统供水压力小，为能满足用户的需求，通过软启动器顺序的启动水泵，使供水达到要求。在达到压力上限的情况下，说明系统供过于求，再通过接触器顺序的切除工频运行的水泵。在这期间，变频器总是带动一台变频泵始终在运行。在投入夜间泵时，先切除掉所有的白天泵，再用变频器启动夜间泵即可满足供水需求。