论文总字数：20435字

摘 要

为了满足城市住宅小区较高的供水要求，高层建筑恒压供水控制系统具有投资成本低、自动化程度高、系统维护简易、能耗低等特点。

本次设计通过分析生活中高层恒压供水系统的原理，组成其系统的结构，从而制定各种不同的控制方案，设计一个更符合实际需求的恒压供水控制系统。选用的是S7-200型PLC，并且通过STEP 7-MicroWIN-V4.0软件完成了对系统PLC控制程序的编程设计，该软件是由SIEMENS公司生产的，设计的程序包括水泵上的软起动程序、换泵程序、切换变频与工频状态的程序，还有供水系统的初始化程序、PID运算程序、故障检测报警程序等。

在供水系统的工作过程中，安装在出水管网上的压力传感器将压力信号实时反馈给系统，经过滤波放大器的作用，压力信号会转换成4-20mA电信号，PID会在信号传到变频器的端口时对其进行整定。为了得出最终的调节数据，信号经PID运算之后，就将其与设定好的相关压力值进行对比。除此之外，变频器的作用至关重要，为了对水泵转速进行控制，其先对电机电源频率进行调节，之后通过模拟量输出模块，输出控制信号到PLC，完成对水泵在变频与工频之间的切换，以及对工作水泵的增减，这就对系统的供水量进行了调节，从而使供水压力稳定在设定好的压力范围内，实现恒压供水。

设计过程中，对PID的参数进行整定之后，使用Matlab软件对设计的数据进行仿真，波形图反映了本次方案在实际运用中的大致可行性，从图中可以看出，选择该PID整定的参数方案，控制系统调节较快，振荡较小，且压力信号输出稳定，符合设计的要求。

关键词：恒压供水；变频调速；PLC；Matlab

Abstract

In order to meet the higher water supply requirements of urban residential quarters, the constant pressure water supply control system of high-rise buildings has the characteristics of low investment cost, high degree of automation, simple system maintenance and low energy consumption.

Through the analysis of the principle of high-rise constant pressure water supply system, the structure of the system is composed, so as to develop a variety of different control schemes, and design a constant pressure water supply control system more in line with the actual needs. S7-200 PLC is selected, and the PLC control program of the system is programmed and designed by step 7-microwin-v4.0 software. The software is produced by Siemens company. The designed program includes soft start program, pump changing program, program of switching frequency conversion and power frequency state, initialization program of water supply system, PID operation program, fault detection alarm program, etc.

In the working process of the water supply system, the pressure sensor installed in the outlet pipe network will feed back the pressure signal to the system in real time. Through the function of the filter amplifier, the pressure signal will be converted into 4-20mA electrical signal, and the PID will adjust the signal when it is sent to the port of the frequency converter. In order to get the final regulation data, after PID operation, the signal is compared with the set relevant pressure value. In addition, the role of the frequency converter is very important. In order to control the speed of the water pump, it first adjusts the frequency of the motor power supply, and then outputs the control signal to PLC through the analog output module to complete the switching between the frequency conversion and the power frequency of the water pump, as well as the increase or decrease of the working water pump, which adjusts the water supply of the system, So that the water supply pressure is stable in the set pressure range, to achieve constant pressure water supply.

In the design process, after the PID parameters are set, the MATLAB software is used to simulate the design data. The waveform reflects the general feasibility of the scheme in the actual application. It can be seen from the figure that the PID parameter setting scheme can adjust the control system faster, oscillate less, and the pressure signal output is stable, which meets the design requirements.

Key words: Constant pressure water supply; Variable frequency speed regulation; PLC；Matlab

目 录

摘 要 I

第一章 前言 4

1.1 选题研究的意义 4

1.2 国内外研究情况 4

1.3 系统的要求及设计思路 5

第二章 高层恒压供水系统整体设计方案 6

2.1 高层恒压供水系统的组成及其原理图 6

2.2 高层恒压供水系统的工作过程 8

2.3 水泵切换条件分析 8

第三章 高层恒压供水系统的硬件设计 9

3.1 系统主要设备的选型 9

3.1.1 PLC及其扩展模块的选择 9

3.2 系统主电路分析及其设计 10

3.3 系统控制电路分析及其设计 12

3.4 PLC的I/O端口分配及外围接线图 13

第四章 高层恒压供水系统的软件设计 16

4.1 系统的软件设计分析概要 16

4.2 PLC程序设计 17

4.2.1 PLC主程序设计 17

4.2.2 PLC子程序设计 20

第五章 PID控制器的参数计算 24

5.1 PID控制及其控制算法 24

5.2 计算PID的参数 25

5.3 Matlab仿真结果 26

结束语 28

致 谢 29

参考文献 30

附录 31

第一章 前言

1.1 选题研究的意义

当今社会的发展迅速，现在高层建筑越来越多，对建筑中的水电等设施就有了更高的要求，不仅如此，人民对生活用水的质量，以及日常所使用的供水系统也在不断提高要求。为了满足城市住宅小区较高的供水要求，就开始广泛应用基于PLC变频控制技术的高层恒压供水控制系统。

现在，我们生活的楼房住宅越来越高层化，楼层越来越高，而因为现阶段技术不够发达，所以一直以来我国在高楼住房供水上还不能完全满足居民生活用水的需求。在人们日常下班、放假居家的时候，此时是用水的高峰期，居民对于用水的需求可以说明显比平时更高，但是在用水的低峰期，供水量其实一般会高于需求的用水量，这时就需要适当的对其进行调整，避免能源使用过剩。

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