1、 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 1 页 共 22 页 1 1 引言引言 1.1 1.1 本课题的意义本课题的意义 水作为一种能源，是生活中必不可少的，水作为一种可再生资源，同时也是非常脆 弱的，这时节约用水就显得非常重要。随着中国经济的飞速发展，大城市里房屋建筑的 高度也在迅速的增加，但随之也出现了许多问题，高层住宅供水难就是其中尤为突出的 问题。原因是通常，供水系统全天各时段用水量变化较大，如果不及时对供水水量及供 水压力进行调节，会使整个供水管网的压力处在波动状态，严重的还会引起管网失压或 爆管事故、恶化供水质量。 3 传统供水方式主要有：高水塔，高位水箱或增压设备等。它们在不同
2、程度上存在下列许 多问题：其设备一次投资费用高，而且必须使水塔高度高于最高层楼用水高度，用压力 来提升水量，其结果往往缩短了水泵的使用寿命，还容易造成水的二次污染，造成水电 资源的浪费。除此之外传统的供水系统还存在下列问题:1、用水负荷大幅度变化容易引 起管网压力的巨幅变化极易造成供水管网的破裂；2、加大了工人的劳动及增加了生产 设备维修费用；3、设备的频繁启动产生的大电流易使电网和设备均处于频繁的电流冲 击状态， 从而使电气设备和机械连接部件的寿命大幅度缩短。 10 在城市供水系统中, 泵 的驱动电机绝大部分是交流异步电动机, 其年耗电量约占系统生产成本的80%。目前国 内大部分供水企业仍采
3、用传统供水工艺, 即手工操作, 人工监控,经验管理。一般采用调 节阀门来满足和适应管网供水压力和需水量的变化，但是用户需水量随时间变化的非常 频繁。 9 随着国民经济的迅速发展，能源紧缺问题愈加严重，寻求解决高层建筑供水难 的办法迫在眉睫。 对于泵类和风扇负载而言， 其功耗与转轴速度的立方根呈正比。 当转轴速度降低10%时， 气流也减少10%，且能耗减少27%；如果速度降低20%，能耗可降低49%。在工业中应 用的离心泵、风扇和鼓风机中，通过使用单片机对电机进行变速控制，取代速度恒定的 电机方法，可以节能25%-40%。 5 以改善高层住宅用水难为目标，根据城市高层建筑供水系统的实际情况，本系
4、统采用基 于恒定管压力的 PID 算法对交流电机进行交流变频调速， 通过合理配置水泵的工况, 能 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 2 页 共 22 页 保证水泵工作在最佳的特性区, 满足小区需水量随季节、昼夜变化的需要, 同时达到良 好的节能效果, 系统无需专人监控, 就能达到稳定、自动、高效的供水品质。 4 所以研 究设计基于变频调速的恒压供水系统，对于提高人民的生活水平，同时降低能耗等方面 具有重要的现实意义。 1.2 本设计的基本研究方法 本设计的硬件电路部分包括压力传感器模块、AD 转换模块、单片机模块、变频器 模块、 显示报警部分和键盘操作部分。 在软件设计中使用单片机 AD89S51对本供水系统 进行程序编辑和对各硬件系统进行控制，实现所预期的要求。软件设计的功能为完成初 始化的子程序，如键盘命令子程序、显示子程序、PID 控制算法子程序、AD 之间的转 换子程序等。 本设计的具体工作原理为：如果要稳定水压 P，需要一个由单片机、变频器、压力 传感器等器件构成的闭环系统。该系统通过安装在水泵出口管上的压力传感器, 把出口 处的水压变为
