组态王软件实现恒压变频供水控制系统Word文档格式.docx
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operational
cost
and
improve
efficiency
equipments.
The
usually
works
power
frequency.
The
water
supply
line
（water
volume
is
inversely
proportionality
pipe
line
pressure）canbedetectedbypressuretransmitterwithfrequency
frequency
pumping
order
realize
closed
loop
control
PID.
system
developed
AI-808
regulator
KINGVIEW6.53,
software
upper
computer,
applied
to
monitoring
this
design.
status
will
be
monitored
computer
with
picture,
real-time
curve,
historical
curve,
alarm
function.
Keywords:
KINGVIEW6.53；
AI-808regulator；
Constantpressurefrequency
conversion
II
目
录
1
绪
论
................................................................1
1.1
本课题研究的内容
...............................................1
1.2
设计的目的和意义
1.3
国内外相关技术发展概况
.........................................2
2
总体设计
.............................................................3
2.1
方案论证
........................................................3
2.2
设计思想
........................................................4
2.3
可行性分析
......................................................5
3
系统的硬件设计
.......................................................6
3.1
变频器的选型设计
................................................6
3.1.1
变频器选型
3.1.2
变频器介绍
3.1.3
三菱
S500
变频器的基本接线图
...............................7
3.2
调节器的选型设计
...............................................7
3.2.1
调节器的选型
..............................................7
3.2.2
人工智能工业调节器
.................................7
3.2.3
调节器配线及控制面板使用说明
..............................8
3.2.4
接线图及参数设置
...................................9
3.3
压力变送器的选型设计
..........................................10
3.3.1
压力变送器选型
...........................................10
3.3.2
DBYG
型硅扩散硅压力变送器介绍
............................10
4
系统的软件设计
......................................................11
4.1
系统通讯程序设计
..............................................11
4.1.1
调节器的通信协议
..................................11
4.1.2
组态王串口通讯程序设计
...................................16
4.2
监控程序设计
..................................................21
软件介绍
......................................21
上位机监控软件设计
.......................................23
1.实时监控
.................................................23
2.参数设置
3.历史曲线
.................................................24
4.实时报表窗口............................................24
5.历史报表窗口.............................................25
6．报警窗口................................................26
5
调试过程
............................................................26
III
5.1
监控程序调试
..................................................27
5.1.1
通讯调试
.................................................27
1.组态王通讯协议
...........................................27
2.设计通讯控制系统
.........................................27
5.1.2
曲线绘制的调试
5.2
系统运行参数调试
..............................................28
结
.................................................................29
结束语
................................................................29
参考文献
..............................................................30
致谢
................................................................31
附录Ⅰ
系统硬件接线图
.................................................32
附录Ⅱ
程序界面
.......................................................33
附录Ⅲ
实物图
.........................................................36
IV
论
本课题研究的内容
本课题设计一个恒压变频供水控制系统。
系统使用
智能仪表作为控制系
统的调节器，三菱
变频器控制转速的电机作执行器，压力传感器做压力
信号
采集构成一个闭环的
控制系统。
被控对象是管网，被控参数是管网水压。
整个
系统的运行状态由上位机组态王软件的监控程序进行监控。
监控程序通过与
调节器通讯读取系统运行参数，并将系统当前运行状态绘制成实时曲线显示在上位
机的监控界面。
同时监控程序还可以对
调节器的参数进行设置，以对系统的
运行状态进行调整。
设计的目的和意义
在水利用过程中，供水设备是其必不可少的工具。
一般规定城市管网的水压只
保证6层以下楼房的用水，其余上部各层均须提升水压才能满足用水要求。
传统的方
法是水塔、高位水箱或气压罐式增压设备，其设备一次投资费用高，并且必须由水
泵高于实际用水高度的压力来提升水量，其结果往往增大了水泵的轴功率和能量损
耗，在使用这些传统的供水方式，还容易造成水的二次污染。
使用传统的供水方式，
用户用水的多少是经常变动的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。
而用水
和供水的平衡集中反映在供水的压力上，即用水多但同时供水少，则压力低；
用水
少而供水多，则压力大。
保持供水压力的恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时用水也多，
用水少时用水也少，从而提高了供水的质量。
恒压供水是指在供水网中用水量发生
变化的时候，出口压力保持不变的供水方式。
供水网系出口压力值是根据用户需求
确定的，所以恒压变频供水可以达到节约资源，提高供水质量的要求。
恒压供水系统对于某些工业或特殊用户也是非常重要的。
例如在某些生产过程
中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响产品质量，严重时使产品报
废和设备损坏。
又如发生火灾时，若供水压力不足或或无水供应，不能迅速灭火，
可能引起重大经济损失和人员伤亡。
所以某些用水区采用恒压供水系统，具有较大
的经济和社会意义。
国内外相关技术发展概况
变频调速恒压供水技术以其节能、安全、供水高品质等优点，得到了广泛应用
。
恒压供水调速系统可依据用水量的变化（实际上为供水管网的压力变化）自动调节
系统的运行参数，保持水恒定以满足用水要求，是当今先进、合理的节能型供水系
统，在短短的几年内、调速恒压供水系统经历了一个逐步完善的发展过程，早期的
单泵调速恒压系统逐渐为多泵系统所代替，投资更为节省，运行效率提高，成为主
导产品。
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，使我国供水行
业的技术装备水平从
90
年代初开始经历了一次飞跃。
恒压供水调速系统实现水泵电
机无级调速，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
1
持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、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，对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，
保证产品质量等方面很有潜力。
总体设计
方案论证
恒压变频供水是较为理想和先进的。
首先恒压变频供水保证出水压力不变，根
据用水量大小进行变频供水，既节约电能，又保证水泵软启动（对电网电压冲击不
大），延长了水泵寿命。
目前,就恒压变频给水而言，归结起来可采用以下几种方法:
（1）压力变送器、单片机与变频器形成控制回路。
压力变送器检测管网中的压
力，通过控制系统的
A/D
转换电路传给单片机，单片机根据管网压力来控制变频器
的输出，来控制水泵的转速，以达到控制供水流量的目的。
这种控制方式控制器体积小，成本底，可以用于一些特殊场合，比如说现场空
间小，并且需求量大的场合。
但是它的缺点也是显而易见的，单片机抗干扰能力差，
系统稳定性不高，程序修改麻烦，所以现在使用单片机做控制器的恒压变频给水系
统普及性很低。
（2）压力变送器、PLC
控制器与变频器形成控制回路。
压力变送器检测管网中
的压力，通过
模块传给
PLC
控制器，PLC
控制器根据管网中的压力来控制变频
器的输出，来控制水泵的转速，达到控制供水流量的目的，同时使用组态软件对系
统参数进行实时监控。
目前这种方式主要应用于集中供水。
对于一、二层是商业群
房，群房上建有多幢住宅的建筑，目前较多采用此种供水方案。
一般设计有地下生
活水池一座，集中恒压变频供水，不设屋顶水箱。
主水泵一般有三台，二开一备自
动切换，副泵为一般为一小流量泵，夜间用水量小时主泵自动切换到副泵，以维持
系统压力基本不变。
这种方式是目前国内外普遍采用的方法。
该系统供水采用变频泵循环方式，以
“先开先关”的顺序关泵，工作泵与备用泵不固定死。
这样，既保证供水系统有备
用泵，又保证系统泵有相同的运行时间，有效地防止因为备用泵长期不用发生锈死
现象，提高了设备的综合利用率，降低了维护费用。
同时它的控制参数可调，可引
入
调节方式，反应快，并且
控制器的抗干扰能力强，系统稳定性高。
但是
与组态软件的成本太高，整个系统性价比不高，不适合小型用户使用。
（3）压力变送器、AI-808
人工智能工业调节器与变频器形成控制回路。
压力
变送器将检测的网管压力传给智能仪表，智能仪表根据系统当前的参数换算出相应
的输出值，将输出值输入变频器，以控制水泵的转速，达到控制管网水流量的目的，
同时在上位机使用组态王软件设计的监控软件对系统进行实时监控。
使用
调
节器做控制器有一个显著的特点，在系统设计时，由于
调节器具有先进的智
能调节算法，所以不需要设计
算法，并且
调节器本身具有
A/D、D/A
转
2
换模块，不需要系统再设计单独的
转换电路或设备。
在系统运行时只需要
对智能仪表的参数进行修改就可以对系统进行控制。
同时
调节器具有完善的
通讯功能，可以与上位机进行通讯，因此可在上位机中通过软件对智能仪表的参数
进行修改，还可对系统进行实时监控。
使用组态王设计上位机监控软件可以大大的
减少系统设计成本，并且其灵活性也大于使用组态软件设计的监控软件。
通过以上方案的对比分析，第三种方案除了系统成本优于其他方案，其灵活性、
系统的简洁性也优于其他方案，因此本课题使用第三种方案设计系统。
设计思想
按照课题要求，本系统使用压力变送器检测供水管线中的压力，调节水泵电机
的运转频率来实现
水泵电机的运转频率由变频器输出，频率的高低
由
调节器控制。
压力变送器的电流信号通过转换变成电压信号后传入
AI-
808
调节器，AI-808
调节器根据当前的输入值与给定值的关系，按照系统的参数值，
输出相应的调节值给变频器，变频器再根据输入值输出相应的频率来控制水泵电机
的转速。
调节器与上位机监控软件进行通信，在上位机显示当前管网水
压、给定水压、输出值曲线以及
调节器的系统参数，同时还可以在上位机进
行历史曲线查询，系统参数修改等操作。
在系统工作过程中，压力传感器将主管网水压变换为
4mA~20mA
的电流信号，通
过串联一个
250Ω
电阻，将电流信号转换为
1V~5V
的电压信号。
将电压信号传入
调节器根据输入信号换算出水压高低，在仪表上显示出来；
调节器也根据输入值与当前系统给定值的关系，按照系统调节参数运算
出相应的输出信号。
如果输入值大于给定值，AI-808
调节器将减小输出信号值；
如
果输入值小于给定值，AI-808
调节器将增加输出信号值。
调节器在调节输出信号的大小的同时，也通过
RS232
串口与上位机进行
通信，将
调节器采集的数据以及系统参数传到上位机监控软件，同时也接受
上位机传来的参数修改指令，使用户可以在上位机监控系统运行状态。
系统总体结
构如图
所示。
调节器变频器供水泵
压力变
送器
图
系统总体结构图
管网
可行性分析
本课题设计要求在短时间内完成，并且由于条件与资金有限，不能大量的采购
新设备来完成系统设计。
按上述系统设计要求，系统需要
PC
机一台、AI-808
器一台、变频器一部、供水泵一台、压力变送器一个以及若干管道和通信线。
系统
调节器需要与上位机通讯，所以还得另加一块
串口通信模块。
而这
些设备除
串口通信模块以外，其它的都能使用实验室的设备解决，并且上位
3
机的监控软件使用组态王软件进行设计，这样就在很大的程度上减少了系统的设计
成本。
调节器不需要进行编程，而且使用组态王软件设计监控程序技术成熟，
降低了整个系统设计的技术要求，相应的也减少了系统设计的周期。
总之，系统的设计在时间、经费、材料和技术方面满足了课题的要求，能够在
规定条件下完成课题的设计。
系统的硬件设计
变频器的选型设计
变频器选型
课题的设计要求变频器支持
4~20mA
的电流来设定频率，对其它的参数要求不高。
目前三菱
变频器应用广泛，功能全面，价格低廉，并且支持
4-20mA
电流输入
来设定频率，符合课题设计的要求，并且三菱
变频器具有数字式拨盘，设定简
单快捷，操作方便，因此本课题的变频器选用三菱
变频器。
变频器介绍
变频器是把工频电源（50Hz
或
60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电机的
变速运行的设备。
变频器实际上就是一个逆变器。
它首先是将交流电变为直流电，
然后用电子元件对直流电进行开关变为交流电。
一般功率较大的变频器用可控硅，
并设一个可调频率的装置，使频率在一定范围内可调，用来控制电机的转数，使转
数在一定的范围内可调。
变频器广泛用于交流电机的调速中。
变频调速技术是现代
电力传动技术重要发展的方向，随着电力电子技术的发展，交流变频技术从理论到
实际逐渐走向成熟。
变频器不仅调速平滑，范围大，效率高，启动电流小，运行平
稳，而且节能效果明显。
因此，交流变频调速已逐渐取代了过去的传统滑差调速、
变极调速、直流调速等调速系统，越来越广泛的应用于冶金、纺织、印染、烟机生
产线及楼宇、供水等领域。
一般分为整流电路、平波电路、控制电路、逆变电路等
几大部分。
其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，
平波电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。
4
变频器
变频器的基本接线图
U
V
W
三菱S500
输入电流
－5（公共端）
电机
M
接地
DC4-20mA
+
4（DC4-20mA）
变频器基本接线图
调节器的选型设计
调节器的选型
现在市场上的调节器产品种类繁多，产品良莠不齐。
在经过大量的实地考察和
实验测试，最终选择了厦门宇电自动化科技有限公司生产的
型人工智能工业
调节器作为主调节器使用。
型调节器的主要技术特征；
0.2
级精度，带手/自
动控制功能，模糊控制算法，多分度输入，多种控制输出（在此选择
输出）
和多种报警输出。
更重要的是厦门宇电自动化科技有限公司还提供
年的免费维修，
这保证了使用
调节器的系统能够得到很好维修服务，解除了用户的后顾之优。
人工智能工业调节器
本系统采用的
调节器支持各种热电偶、热电阻、线性电压、电流、电阻
及辐射温度计等，并具备扩充输入插座安装特殊输入规格，并可自定义特殊输入的
非线性校正表格。
除主输入外的第二路输入用于外给定或阀门信号反馈功能，可组
成串级或比值调节器等复杂调节系统。
智能调节器具有先进的控制算法,并能在调节中自动学习和记忆被控对
象的部分特征以使效果最优化。
其具有无超调、高精度、参数确定简单，对复杂对
5
象也能获得较好控制效果等特点。
其整体调节效果比一般的
算法更明显。
这一
点在系统调试中得到验证，起初选用
升级会员 