摘 要

随着我国经济的跳跃式增长，城镇化的速度也在水涨船高，高楼大厦拔地而起，这意味住在高层的用户也随之不断增多，居民们对住宅的各项要求都更加严格，其中住宅的供水系统便是一个重要环节，供水系统的效果将直接影响居民的生活用水质量。传统的水泵水箱供水、气压供水等方式都或多或少存在效率低、能耗大、供水资源被污染等问题，因此具有突出优势的变频恒压供水方式被广泛用于高层住宅的供水系统中。

本文以10楼住宅为例，设计了变频恒压供水控制系统。该系统PLC、变频器、压力传感器、水泵机组等设备组成，能切换手动与自动两种模式。系统采用PLC结合变频器内部的PID控制，能根据压力传感器反馈的管网压力数值来自动调节水泵电机转速，最终达到恒压供水的目的。

论文分析了采用变频调速方式的节能原理，电机变频调速的原理以及PID控制的原理，然后对各硬件进行了选型分析，设计了系统的电气控制方案和PLC的软件控制程序。本系统不但保证了供水效率，还有着显著的节能效果。

关键词：变频调速；恒压供水；PLC；PID

Abstract

With the development of our economy, urbanization is popular, and the number of high-rise residential buildings is increasing. The residents have more strict requirements for residential buildings. The water supply system of residential buildings is an important link, and the effect of the water supply system will directly affect the quality of residents' living water. The traditional ways of water supply have some problems. They are inefficient, they may waste a lot of energy and they may pollute the water resources. Therefore, the variable frequency constant pressure water supply is widely used in the water supply of high-rise residential buildings.

Taking the 10th floor residence as an example, this paper designs a variable-frequency constant pressure water supply system with automatic and manual function switching, which is composed of PLC, frequency converter, pressure sensor, water pump unit and other equipment. The system adopts PLC and PID control inside the frequency converter, and can automatically adjust the rotation speed of the pump motor according to the pressure value fed back by the pressure sensor, so as to achieve the purpose of constant pressure water supply.

This paper analyzes the energy-saving principle of frequency control, the principle of motor frequency control and the principle of PID control, then analyzes the selection of hardware, designs the electrical control scheme of the system and the software control program of PLC. The system ensures the efficiency of water supply, and has significant energy-saving effect.

Keywords：frequency control；constant pressure water supply；PLC；PID

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景与意义 1

1.2 变频恒压供水系统研究现状 1

1.3 本设计的主要内容和目标 2

第2章 变频恒压供水系统的原理分析 3

2.1 节能原理分析 3

2.2 电机变频调速原理分析 4

2.3 PID控制原理 5

2.4 水泵变频恒压工作原理 6

2.5 本章小结 7

第3章 变频恒压供水系统硬件部分 8

3.1 变频恒压供水控制方案设计 8

3.2 系统硬件设备的选型 10

3.2.1水泵的参数计算与型号选择 10

3.2.2 变频器的选型 12

3.2.3 PLC的选型 16

3.2.4 压力传感器的选型 18

3.3 系统的主电路设计 19

3.4 系统的控制电路设计 20

3.5 变频器PID控制功能参数的设置 22

3.6 PLC的I/O端子分配 23

3.7本章小结 24

第4章 变频恒压供水系统软件部分 26

4.1 软件控制流程分析 26

4.2 PLC程序的设计与分析 28

4.3 本章小结 30

第5章 结论与展望 31

5.1 结论 31

5.2 展望 31

参考文献 32

致谢 33

第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

随着我国城镇化速度加快，越来越多的农村劳动力向城镇聚集，比较发达的城市建筑面积也变得越来越紧张，在某些国际化的大都市用寸土寸金来形容也毫不夸张，因此高楼层的住宅建筑也在不断出现。经济的发展同样引起了人们对生活质量的高要求，对环保更加重视，在生活用水方面，高层住户对水压、用水质量都有着更高要求。

高层建筑给水方式主要有以下几种：

1.水泵水箱供水：用到了高位水箱，这种方式对水箱的选材和管理都有较高的要求，否则容易使水质产生二次污染的问题；同时，水箱在顶楼还需要占据一定的面积，对建筑的承重也有额外的要求，提高了建筑成本；此种方式下的水泵始终保持在工频状态下的高效区运行，但是频繁启停水泵也会加大能耗，造成浪费。

2.气压供水：用到了气压罐，这种方式也有蓄水量小、调节容积小等缺点。生产气压罐会消耗不少的钢铁，成本较高，且供水压力波动也较大。