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1、目录绪论1恒压变频供简介211恒压变频供水产生背景及国内现状21传统供水系统及特点21.3恒压变频供水系统的优点3.恒压变频供水系统的相关原理521恒压变频供水系统的理论框图22供水系统的基本特性52.3变频调速原理7.4 PID控制原理73.元件选择及功能单元设计13.变频器选择及系统总体介绍03.2系统主体电路113系统控制电路1434系统反馈电路18.5 系统总体电路图和使用说明14.系统软件设计21结束语28致谢29参考文献30附录31绪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
2、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。自从通用变频器问世以来。变频调速技术在各个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。在实际应用中发挥了很大的作用。以往的变频调速恒压供水设备。大都采用带有模拟量输入/模拟量输出的可编程控制器或PID调节器，PID算法编
3、程难度大,设备成本高，调试困难。随着电力电子技术的飞速发展,变频器的功能越来越强。可以充分利用变频器内置的各种功能,合理地设计变频调速恒压供水设备。变频调速恒压供水设备一般具有设备投资少,系统运行稳定可靠,占地面积小,节电节水,自动化程度高，操作控制方便等特点。因此,变频调速恒压供水设备在住宅小区及高层建筑生活消防供水系统中起着非常重要的作用。1. 恒压变频供简介1.恒压变频供水产生背景及国内现状众所周知,虽然我国拥有的总淡水量不少，但是人均拥有的淡水量却非常少。因此，长期以来,水的利用问题就一直困扰着我们。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
4、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。在恒压变频供水系统出现以前,我们曾经也使用过很多的供水系统，其中包括一台水泵恒速供水系统、恒速水泵加水塔的供水系统、恒速水泵加气压罐供水系统、恒速水泵加高位水箱的供水系统、变频调速供水系统。但是,我们可以看出这些系统无一例外自动化水平都非常低，不能根据用户用水量的变化而自动变化，从而导致水资源的严重浪费。而恒压变频供水系统就是在这种情况下产生的。恒压变频供水系统通过安装在系统中的压力传感器将系统压力信号与设定压力值作比较,再通过控制器调节变频器的输出,无级调节水泵转速。使系统水压无论流
5、量如何变化始终稳定在一定的范围内。这样供水系统所供应的水量就和用户的实际需求不断接近，最大程度上节约了水资源。目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合,结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性的变频恒压供水系统的水压闭环控制研究得不够。因此,有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能,使其能被更好的应用于生活、生产实践。1.2传统供水系统及特点在恒压变频供水系统这种能自动控制的只能公示系统出现以前，我们曾经也采用过其他的供水系统,而这些供水系统无一例外都是在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术比较落后，自动化程度低。在用水高峰期,
6、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。这其中包括:一台水泵恒速供水系统、恒速水泵加水塔的供水系统、恒速水泵加气压罐供水系统、恒速水泵加高位水箱的供水系统、变频调速供水系统等,我们下面简要介绍一下l、一台水泵恒速供水系统顾名思义，这种供水方式就是采用一台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
7、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、恒速水泵加水塔的供水系统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。供水压力比较稳定。但这种供水方式基建设备投资最大，占地面积也最大:水压不可调,不能兼顾近期与远期的需要；而且系统水压不能随系统所需流量和系统所需要压
8、力下降而下降,故还存在一些能量损失和二次污染问题。而且在使用过程中,如果该系统水塔的水位监控装置损坏的话,水泵不能进行自动的开、停,这样水泵的开、停,将完全由人操作,这时将会出现能量的严重浪费和供水质量的严重下降。3、恒速水泵加气压罐供水系统这种方式原理与水塔是相同的,只是水箱设在建筑物的顶层。高层建筑还可分层设立水箱。占地面积与设备投资都有所减少，但这对建筑物的造价与设计都有影响,同时水箱受建筑物的限制,容积不能过大,所以供水范围较小一些动物甚至人都可能进入水箱污染水质。水箱的水位监控装置也容易损坏，这样系统的开、停,将完全由人操作，使系统的供水质量下降能耗增加。4、恒速水泵加高位水箱的供水
9、系统这种方式是利用封闭的气压罐代替高位水箱蓄水,通过监测罐内压力来控制泵的开、停。罐的占地面积与水塔水箱供水方式相比较小，而且可以放在地上,设备的成本比水塔要低得多。而且气压罐是密封的，所以大大减少了水质因异物进入而被污染的可能性。但气压罐供水方式也存在着许多缺点,在介绍完变频调速供水方式后,再将两者作比较。、变频调速供水系统这种系统的原理是通过安装在系统中的压力传感器将系统压力信号与设定压力值作比较，再通过控制器调节变频器的输出,无级调节水泵转速。使系统水压无论流量如何变化始终稳定在一定的范围内。变频调速水泵调速控制方式有三种：水泵出口恒压控制、水泵出口变压控制、给水系统最不利点恒压控制。1
10、3恒压变频供水系统的优点与传统的供水系统相比,恒压变频供水系统有以下几方面的优点:(1)高效节能 因为变频恒压供水系统能够自动控制运行,水泵不必总是工作在最大功率的状态,所以恒压变频供水系统能够节约电能和水资源，节能量通常在0%-40。而且单台水泵流量越小，节约能量越多。（2)供水压力恒定 恒压变频供水系统使系统供水压力相对稳定,压力变化范围较小，流量可在大范围内连续变化。可以保证用户任何时候的用水压力，不会出现在用水高峰期出现用水量短缺而不能正常使用的情况。(3）安全行较好 供水系统实行闭环供水,用户的水全部由管道直接供给，取消了水塔、天面水池、气压罐等设施，避免了用水的“二次污染”,使用户
11、用水更清洁，同时也节省了开支。（）自动运行方便管理 小区变频恒压供水系统具备了过流、过压、欠压、欠相、短路保护、瞬时停电保护、过载、失速保护、液位保护、主泵定时轮换控制、密码设定等功能,功能完善，全自动控制,自动运行。(5）延长设备寿命 在使用恒压变频供水系统之前,为了满足用户用水的需求，电机在不能自动控制运行的情况下,机泵的转速往往是长期维持额定转速运行状态,不但是水资源产生大量的浪费，而且机械磨损也非常高，经常出现机泵故障,在使用了恒压变频供水系统之后,机泵能够自动运行,减少了磨损率和故障。变频器的无级调速运行,实现了机泵软启动，避免了电机开停时的大电流对电机线圈和电网的冲击。2.恒压变频
12、供水系统的相关原理21恒压变频供水系统的理论框图恒压变频供水系统的控制对象是供水系统出口的水流量，它是一个在时刻变化着的非线性量。要使水流量时刻满足用户的要求,就必须得有检测装置来检测管网的压力，然后反馈给系统，再通过系统调节来使其不断向目标靠近。我们从上面的描述中可以看到,恒压变频供水系统是一个闭环系统。 图1恒压变频供水系统的原理框图从上图中我们可以看到，压力检测装置一直在检测供水系统的水压。当管网压力低于设定压力值时,通过压力传感器返回值和设定压力值的比较，我们就可以得到正的压力差,然后系统将差值转换,计算出变频器输出所需增加的频率,将增量和变频器当前的输出值相加，得到新的输出频率。这样
13、输出频率变大使水泵机组转速增大，从而使管网供水压力提高,若还没达到要求，系统将再次重复刚才的过程，直到实际供水压力和设定压力相等为止。当运行过程中管网供水压力高于设定压力时，情况刚好相反，变频器的输出频率将会降低,水泵机组的转速减小,管网的供水压力因此会随之减小,直到调节的结果是供水要求压力相等为止。从图我们也可以看出整个供水系统的设计要包括水泵，变频器， 压力传感器等。2.2供水系统的基本特性恒压变频供水技术能够实现水泵的软起动，使水泵的使用寿命延长,在调节水泵流量时可以节约可观的能量。它非常适用于现代楼宇高层的加压供水。其中水泵的特性在整个供水系统中的作用很重要。水泵的输出特性既决定于水泵
14、的种类，也随供水管网系统的阻力特性曲线不同而不同。离心式水泵的特性公式如下 (2-)在上述公式中是水泵的功率，是介质常数,和分别代表水泵的扬程和流量,而则代表水泵的效率。当水泵的转速发生变化时，它的扬程、流量以及功率也随之变化即 （2-) （2-3）从上式中我们不难看出流量和水泵的转速一次方成正比,而功率和水泵转速的三次方成正比，管网装置特性可根据闸阀全开时测得的各种数据由式 (2-) 求得。其中为水泵的进出口水位高度差(m), 其大小与流量无关。为供水管路阻力系数。管网特性曲线与泵特性曲线之交点即为泵的正常使用工况点。如下图所示: 图2扬程、流量关系图由图及公式（-1)我们可以得到,水泵流量Q越大,扬程H越小。由于在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量的大小主要取决于用户的用水情况,因此，扬程特性所反映的是扬程与用户用水流量之间的关系。而管阻特性是以水泵的转速不变为前提,表明阀门在某一开度下,扬程与流量之间的关系。管阻特性反映了水泵的能量用来克服水泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律。由图可知，在同一阀门开度下，扬程越大,流量也越大。由于阀门开度的改变，实际上是改变了在某一扬程下，供水系统向用户的供水能力。因此,管阻特性所反映的是扬程与供水流量之间的关系H=f(）。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点，如图1中
