高楼恒压供水系统硬件的分析与设计

高层住宅变频调速恒压供水系统设计随着城市化进程的不断加速，高层住宅的数量也不断增加。

在高层住宅中，稳定可靠的供水系统对于居民的日常生活至关重要。

传统的供水系统往往难以满足高层住宅对水压和水量的需求，因此，设计一套高效的变频调速恒压供水系统显得尤为重要。

本文将重点阐述高层住宅变频调速恒压供水系统的设计原则和具体方案。

一、设计原则1.1 提供稳定的水压在高层住宅中，为了满足居民的生活用水需求，供水系统必须能够提供均衡稳定的水压。

通过采用变频调速恒压供水系统，可以根据居民用水量的变化实时调节水泵的运行速度，以保证供水系统能够稳定地提供恒定的水压。

1.2 节约能源传统的供水系统通常采用恒速运行的水泵，这样会导致水泵在低负载时能耗较高。

而变频调速恒压供水系统则可以根据实际需求智能地调节水泵的转速，使水泵的运行始终处于高效工作状态，从而有效降低能耗，实现节能目的。

1.3 保证可靠性高层住宅供水系统的可靠性对于居民的生活质量至关重要。

在设计变频调速恒压供水系统时，应该选择质量可靠的水泵和控制设备，并设置备用设备以应对突发情况。

二、具体方案2.1 变频调速器的选型变频调速器是实现高层住宅变频调速恒压供水系统的核心设备。

在选型时应注意以下几点：首先，应选择具有较高工作效率和稳定性能的变频调速器。

其次，应根据实际需求选择变频调速器的额定功率和转速范围。

另外，还应注意变频调速器的运行噪音和对供水系统的电磁干扰问题。

2.2 水泵的选型水泵是供水系统的核心组成部分。

在选型时应注意以下几点：首先，应选择质量可靠、效率较高的水泵，以保证长期稳定运行。

其次，应根据高层住宅的水压和水量需求选择合适的水泵型号和数量。

另外，还应考虑水泵的噪音和振动情况，避免对住户生活造成不便。

2.3 控制策略的设计控制策略的设计决定了供水系统的运行效果和稳定性。

在设计过程中应注意以下几点：首先，应充分调研高层住宅的居民用水特点和峰谷用水变化情况，以便合理地设计供水系统的供水策略。

楼宇变频恒压供水监控系统设计1、引言在供水系统中，恒压供水是指在供水网系中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。

本文采用计算机(PC)、可编程控制器(PLC)、变频器组成变频恒压供水监控系统，通过变频调速实现恒压供水、满足节能降耗的要求。

而且有利于实现生产的自动化及远程监测。

用水量变化具有随机性，用水高峰时水压不足，低谷时又造成能量浪费。

变频恒压供水系统根据公共管网的压力变化，通过PLC 和变频器自动调节水泵的增减、水泵电机的运行方式及电机的转速。

实现恒压供水，既防止了能量空耗，义避免出现电机启动时冲击电流对设备的影响。

2、工作原理变频恒压供水系统采用一台变频器拖动两台大功率电动机，可在变频和工频两种方式下运行；一台低功率的电机，作为辅助泵电机。

启动方式：为避免启动时的冲击电流，电机采用变频启动方式，从变频器的输出端得到逐渐上升的频率和电压。

启动前变频器要复位。

变频调速：根据供水管网流最、压力变化自动控制变频器输出频率，从而调节电动机和水泵的转速，实现恒压供水。

如设备的输出电压和频率上升到工频仍不能满足供水要求时，PLC发出指令i号泵自动切换到工频电源运行，待I号泵完全退出变频运行，对变频器复位后。

2号泵投入变频运行。

多泵切换：根据恒压的需要，采取无主次切换。

即“先开先停”的原则接入和退出。

在PL C的程序中，通过设置变频泵的工作号和工频泵的台数。

由给定频率是否达到上限频率或下限频率来判断增泵或减泵。

在用水量较小的情况下，采用辅助泵工作。

为了避免一台泵长期工作，任一泵不能连续变频运行超过3小时。

当工频泵台数为零，有一台运行于变频状态时，启动计时器，当达到3小时时，变频泵的泵号改变，即切换到另一台泵上。

当有泵运行于工频状态，或辅助泵启动时，计时器停止计时并清零。

故障处理：能对水位下限，变频器、P L C故障等报警。

P L C故障，系统从自动转入手动方式。

3、PLC控制电路系统采用S7-200PLC作下位机。

太原科技大学毕业设计（论文）设计（论文）题目：高层楼宇消防恒压供水系统的设计姓名薄利明学院（系）电子信息工程学院专业电气工程及其自动化年级 07级指导教师齐向东2011年6月5日目录摘要 (III)关键词 (III)ABSTRACT (IV)KEYWORDS (IV)第1章变频恒压供水的背景和意义........................................ - 1 - 1.1目前高楼供水的模式 (1)1.1.1 恒速泵供水................................................... - 1 -1.1.2 高位水箱供水................................................. - 1 -1.1.3 气压罐供水................................................... - 2 -1.1.4 变频恒压供水................................................. - 2 - 1.2主要研究内容 (2)第2章设计原理......................................................... - 4 - 2.1基本原理. (4)2.2变频调速恒压供水系统的控制特性分析 (4)2.3变频调速时电动机的机械特性 (4)第3章变频调速恒压供水系统设计........................................ - 8 - 3.1方案的选择.. (8)3.2系统供水的工艺要求 (8)3.3工作原理 (8)3.4泵组状态转移原理 (9)3.5系统的控制原理 (10)第4章工艺流程....................................................... - 12 - 4.1系统控制框图.. (12)4.2工作流程图 (13)第5章硬件设计....................................................... - 15 -5.1可编程控制器（PLC） (15)5.1.1 概述........................................................ - 15 -5.1.2 PLC特点.................................................... - 15 -5.1.3 PLC的工作原理.............................................. - 15 -5.1.4 SEIMENS S7-200介绍........................................ - 16 - 5.2变频器的选择.. (21)5.3PID调节器 (21)5.3.1 PID控制及其调节规律........................................ - 21 -5.3.2 PID控制器各个部分的作用及其在控制中的调节规律.............. - 23 - 5.4软启动器的配置与选型 (26)5.5压力变送器 (26)第6章软件设计....................................................... - 28 - 6.1主电路图 (28)6.2控制电路 (29)6.4系统梯形图 (30)第7章总结........................................................... - 37 - 参考文献............................................................... - 39 - 致谢................................................................... - 40 - 附录I ................................................................. - 41 - 附录II ................................................................ - 48 -高层楼宇消防恒压供水系统的设计摘要随着社会的高速发展，城市的高层建筑越来越多，高层建筑的消防供水愈加显得重要。

高层建筑PLC控制的恒压供水系统的设计1 概论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。

1.1变频恒压供水产生的背景和意义众所周知，水是生产生活中不可缺少的重要组成部分，在节水节能已成为时代特征的现实条件下，我们这个水资源和电能短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低。

主要表现在用水高峰期，水的供给量常常低于需求量，出现水压降低供不应求的现象，而在用水低峰期，水的供给量常常高于需求量，出现水压升高供过于求的情况，此时将会造成能量的浪费，同时有可能使水管爆破和用水设备的损坏。

在恒压供水技术出现以前，出现过许多供水方式，以下就逐一分析。

1．一台恒速泵直接供水系统这种供水方式，水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户，有的甚至连蓄水池也没有，直接从城市公用水网中抽水，严重影响城市公用管网压力的稳定。

这种供水方式，水泵整日不停运转，有的可能在夜间用水低谷时段停止运行。

这种系统形式简单、造价最低，但耗电、耗水严重，水压不稳，供水质量极差。

2．恒速泵加水塔的供水方式这种方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水。

水塔的合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系统所需要压力。

水塔注满后水泵停止，水塔水位低于某一位置时再启动水泵。

水泵处于断续工作状态中。

这种供水方式，水泵工作在额定流量额定扬程的条件下，水泵处于高效区。

这种方式显然比前一种节电，其节电率与水塔容量、水泵额定流量、用水不均匀系数、水泵的开停时间比、开停频率等有关。

基于PLC的恒压供水系统的研究和设计**一、系统需求分析**恒压供水系统是为了满足用户在不同用水量下，均能维持恒定的供水压力而设计的。

系统需求主要包括：1. 恒定的供水压力，确保用户在任何时候都能获得稳定的供水。

2. 自动调节功能，根据用水量的变化自动调整水泵的转速或运行台数。

3. 安全可靠，确保系统在故障发生时能够及时切换备用设备，保障供水不中断。

4. 易于维护，系统的结构和控制逻辑应简单明了，方便后期维护和管理。

**二、PLC选型与配置**考虑到系统的需求，我们选用具有强大控制能力和稳定性能的PLC作为控制核心。

PLC的具体配置包括：1. CPU模块：选择运算速度快、内存容量大的模块，以满足复杂的控制逻辑和数据处理需求。

2. I/O模块：根据传感器和执行器的数量及类型，选择合适的I/O 模块。

3. 通信模块：确保PLC能够与其他设备进行通信，如触摸屏、上位机等。

**三、传感器与执行器**传感器用于监测供水系统的各种参数，如压力、流量等；执行器则负责执行PLC发出的控制命令，如调节水泵的转速或启停。

1. 传感器选择：选择高精度、高稳定性的压力传感器和流量传感器。

2. 执行器选择：选择能够精确控制水泵转速的变频器或能够切换水泵运行的接触器。

**四、恒压控制算法**恒压控制算法是系统的核心，我们采用PID算法进行恒压控制。

PID算法能够根据实时的压力反馈值与目标压力值之间的偏差，计算出相应的控制量，从而调整水泵的转速或运行台数，实现恒压供水。

**五、系统硬件设计**系统硬件设计包括电气控制柜的设计、传感器的安装位置选择、执行器的接线方式等。

1. 电气控制柜设计：合理布局PLC、I/O模块、电源等元器件，确保系统的稳定性和可靠性。

2. 传感器安装位置选择：选择能够准确反映供水压力的位置进行安装，如水泵出口、用户端等。

3. 执行器接线方式：根据执行器的类型和PLC的输出类型，选择合适的接线方式，确保控制命令能够准确传达给执行器。

本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：高楼恒压供水系统设计学院：明德学院专业：机械电子技术工程班级：机电11151学号：学生姓名：指导教师：2015年6 月2 日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。

毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。

特此声明。

论文（设计）作者签名：日期：目录摘要.............................................. ..... .. (I)A bstract..................................................... ............... (II)第一章绪论 (1)1.1 课题提出的目的及意义 (1)1.2 研究或设计的国内外现状和发展趋势 (2)现状 (2)1.2.2 发展趋势 (3)本课题的主要研究内容 (3)第二章变频恒压供水系统及控制方案确定 (4)2.1 变频器 (4)变频器的够成 (4)2.1.2 变频器的特点 (4)变频器的接线 (4)2.2 变频恒压供水系统的理论分析 (5)2.2.1 电动机的调速原理 (5)2.2.2 变频恒压供水系统的原理分析 (6)2.2.3 变频恒压供水系统的组成及原理图 (7)2.2.4 变频恒压供水系统控制流程 (9)2.2.5 水泵的切换条件 (10)水泵管径的计算与选型 (10)管径的确定 (10)局部水头的损失 (11)排水管道的沿程水头损失 (12)2.3.4 水泵的选型 (12)第三章主电路的设计及所用元器件 (15)功率的计算 (15)主电路分析设计及电路的保护 (15)系统控制电路分析及其设计 (16)压力传感器的接线图 (20)3.5 元器件的选型及元件表 (20)第四章恒压供水系统的软件设计 (21)软件的设计分析 (21)4.2 PLC程序设计 (22)控制系统主程序设计 (22)4.2.2 控制系统子程序设计 (25)4.3 PID控制器参数整定 (28)4.3.1 PID控制及其控制算法 (28)4.3.2 PID参数整定 (29)第五章系统的安装调试 (31)水泵的安装 (31)基础要求 (31)5.1.2 泵位置的要求及必要的减振 (31)5.2 接线的安装 (32)5.3 管道试压及联动试车 (32)5.3.1 管道试压 (32)5.3.2 联动试车 (32)5.4 系统调试 (33)信号调试 (33)5.4.2 程序调试 (33)第六章监控系统的设计 (34)6.1 组态软件简介 (34)6.2 监控系统的设计 (34)6.2.1 组态王的通信参数设置 (34)6.2.2 新建工程与组态变量 (35)6.2.3 组态画面及监控系统界面 (36)结束语 (39)致谢 (40)摘要随着社会主义市场经济的不断发展，人们对供水质量和系统的要求越来越高，加之提倡节能环保，因此利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术来设计高性能、高节能的恒压供水系统成为必然所趋。

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。

摘要变频调速恒压供水系统具有运行稳定可靠，占地面积小，节电节水，自动化程度高，操作控制方便等特点，这对于企业节能降耗、提高经济效益和保障设备安全、稳定运行具有现实意义。

系统由四台主水泵，一台 MM430型变频器，一台S7-200系列中的CPU224型PLC和EM235型扩展模快、一个YTZ一150型电位器式远传压力表及若干辅助部件组成。

各部分功能如下：安装于供水管道上的远传压力表将管网水压力转换成4--20mA的电信号；变频器用于调节水泵转速以调节流量；PLC用于逻辑切换。

当用水量变化时，通过调节各水泵在工频与变频运行，以此进行合理调配电机，调速供水。

这样避免水泵频繁起动，同时减少系统能量消耗。

此外，系统还配备了外围辅助电路，以保障自动控制系统出现故障时可通过人工调节方式维持系统运行，保证连续生产。

控制电路具有完善的保护和报警功能，如短路、过载、水池缺水保护和报警等。

远传压力表将采集到的用户管网压力信号传送到PLC中，PLC经PID运算再将信号传送给变频器，以控制水泵的转速和管网水压，以维持管网压力恒定。

系统采用一台变频器控制4台电动机的起动、运行与调速，自动完成泵组软启动及无冲击切换，使水压平稳过渡。

系统采用循环控制功能，可使各泵进行轮流工作，延长了设备的使用寿命。

该系统能够对供水过程进行自动控制，能够有效地降低能耗，保证了供水系统维持在最佳运行状况，提高了生产管理水平。

系统可靠性高、经济性强关键词PLC；PID；变频调速；恒压供水AbstractThe constant pressure water supply system with frequency-speed control has the features of high stability，less floor space，electricity and water-saving,high automatization and easy operation,which provides a practical platform toreduce enterprises'consumption of energy，and which also provides a significant method to increase the economic benefit and a way to ensure the safe operation and stability of the equipments．The system consists of 3 major feed pumps，one set of auxiliary feed pump，one set of type MICROMASlER430 transducer,one set of type S7-200 CUP224 PLC and type EM235 extensive module,one set of YTZ-150 potentiometric long-distance pressure sensor．The function of respective component is as follows：the long—distance pressure gauge installed onthe water supply pipeline converts the pressure on the pipeline into 4-20mA electrical signals,the transducer is in charge of regulating the revs of the water pump to control the water flux，the PLC unit is responsible for the logical switches of the pumps．The whole pipeline network is equipped with all air pressure tank to ensure that the water supply pressurization system has certain capacity to store energy．when the flux increases，the timing pump will regulate the pump's rotate speed. The long-distance pressure sensor collects the pressure signals from the pipeline network,and transfers the signal to PLC．PLC transmits the signals to the transducer via the PID operation to control the pump’S rotate speed and water pressure,thus keeping the pressure of the pipeline in balance．The transducer of the system is responsible for the start-up，operation and timing of the 4 engines，which automatically completes the pump unit soft start and an impact-free switch is achieved to ensure the smooth transition of the water pressure．The system also introduces a cyclic control function to stop and rest the pumps engines by turns；the transducer in real-time．The changes ofthe voltage and frequency cause the changes of the rotate speed of the Pump engines to control the water output．By this way,the automatic regulation of pressure on the pipeline network Can be achieved to keep pipeline pressure stable and dose to the given value．Key Words：PLC：variable frequency speed control PID control；constant pressure watersupply目录摘要 0第一章绪论 (3)1.1 传统供水方式 (3)1.2变频调速恒压供水的意义 (4)1.3 变频调速恒压供水控制系统的主要特点： (4)第二章：变频调速恒压供水系统的整体设计方案 (6)2.1 变频调速恒压供水系统的构成及原理 (6)3.1 水泵及其电动机的选择 (10)3.2 变频器的选取 (10)3.3 可编程序控制器选型 (13)3.4 远传压力表的选用 (14)第四章电路设计 (15)4.1 主电路图 (15)4.3 PLC的外部接线图及其I／O分配表 (18)4.4 缺水保护电路 (18)第五章变频调速恒压供水系统的软件部分设计 (20)5.1 系统软件设计方法 (20)5.2 系统程序功能图 (20)5.3 系统程序自动控制过程表 (22)5.4 PID在系统程序中的应用 (27)5.5 系统程序梯形图设计 (27)致谢 (29)参考文献 (30)附录一梯形图附录二译文附录三英文原文第一章绪论1.1 传统供水方式对于高层住宅的给水系统设计，传统的供水一般采恒速泵直接供水、高位水箱供水和气压罐供水三种方式。

第一章绪论1.1 关于高楼恒压供水恒压供水是指用户段不管用水量的大小, 总保持管网水压基本恒定, 这样既可满足各部位的用户对水的需求, 又不使电动机空转造成电能的浪费。

高楼恒压供水通常是采用固定在建筑物上的给水塔或楼顶高位水箱，以自来水局部加压的形式供水，这种气压供水可以取代任何高度的水塔或楼顶高位水箱，水质亦不易污染，占地面积亦小。

建筑给排水是与人民生活、生产活动、卫生安全有密切关系的学科。

在日常常生活中，如果供水系统的水压不稳定，会导致不良后果。

例如对居民用水而言，水压过高，会导致管路泄露和水源流失严重；水压过低，用户用水会导致供水不足。

对于消防用水而言，水压不稳定，会影响灭火质量。

因此，保持供水压力的稳定是很有必要的。

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。

随着微机技术及变频技术的发展，设备简单、投资少、可靠性高、抗干扰能力强的控制系统将是高楼恒压供水系统研究的方向。

1.2 PLC的概述1.2.1 PLC的简介国际电工委员会（IEC）于1987年对PLC定义如下: PLC是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置,是带有存储器,可以编制程序的控制器。

它能够存储和执行指令,进行逻辑运算,顺序控制,定时,计数和算术等操作,并通过数字式和模拟式的输入输出,控制各种类型的机械和生产过程。

PLC及其有关的外围设备,都应按易于与工业控制系统形式一体,易于拓展其功能的原则设计。

事实上,PL C就是以嵌入式CPU为核心,配以输入,输出等模块,可以方便的用于工业控制领域的装置。

PLC与机器人,计算机帮助设计与制造一起作为现代工业的三大支柱。

1.2.2 PLC的基本结构PLC实质上是一种工业控制用的专用计算机，PLC系统与微型计算机结构基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。

(1)通用型PLC的硬件结构通用型PLC的硬件基本结构如图1.1所示，它是一种通用的可编程控制器，主要由中央处理单元CPU、存储器、输入/输出（I/O）模块及电源组成。