畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）交流變頻恒壓供水控制器的設(shè)計(jì)

1、目 錄摘要ivabstractv第一章 前言1.1交流變頻恒壓供水控制器的研究背景及意義1.1.1課題提出的背景和意義1.1.2交流變頻技術(shù)的發(fā)展1.2變頻調(diào)速在恒壓供水中的應(yīng)用1.3恒壓供水器的基本組成1.4 本文的主要工作第二章 變頻調(diào)速技術(shù)概況2.1 變頻調(diào)試技術(shù)的原理2.2 了解國(guó)內(nèi)外交流變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展情況2.3 變頻器的控制方式2.4 變頻節(jié)能調(diào)速理論2.5 變頻調(diào)速系統(tǒng)的效率分析2.5.1 變頻器的效率與損耗2.5.2 變頻調(diào)速后電動(dòng)機(jī)效率的變化2.5.3 變頻器的pid組成部分2.6 變頻器的基本組成第三章 基于at89c51的變頻恒壓供水控制器的總體設(shè)計(jì)3.1 控制系統(tǒng)的

2、工作原理3.2 系統(tǒng)的控制原理3.3 控制器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.3.1 硬件總體說(shuō)明3.3.2 系統(tǒng)的顯示部分3.3.3按鍵接口電路的設(shè)計(jì)3.3.4 mc1413集成電路3.3.5 eeprom93c46在供水控制器中的應(yīng)用3.3.6 定時(shí)復(fù)位電路3.3.7 鎖存電路3.3.8 數(shù)模（d/a）和模數(shù)（a/d）轉(zhuǎn)換電路3.4軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.4.1獨(dú)立按鍵程序設(shè)計(jì)3.4.2 顯示子程序3.4.3系統(tǒng)的主程序流程圖3.5 系統(tǒng)抗干擾措施3.5.1 硬件抗干擾技術(shù)3.5.2 軟件抗干擾技術(shù)3.6 變頻恒壓供水控制器的性能特點(diǎn)第五章 結(jié)束語(yǔ)參考文獻(xiàn)附錄致 謝交流變頻恒壓供水控制器的設(shè)計(jì)摘要近年來(lái)，隨著城市

3、居民區(qū)的不斷擴(kuò)建與改造，樓房層數(shù)的不斷加高，我國(guó)居民用水難的問(wèn)題越來(lái)越突出，原有的自來(lái)水管網(wǎng)的壓力出現(xiàn)了不足，用水困難給生活帶來(lái)極大不便。為解決上述問(wèn)題，本文研制了交流變頻恒壓供水控制器。該控制器是以at89c51為核心，并與變頻器、壓力傳感器等器件有機(jī)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成了變頻恒壓供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以管網(wǎng)水壓為設(shè)定參數(shù)，通過(guò)控制變頻器的輸出頻率來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并根據(jù)用水量的大小由單片機(jī)控制水泵數(shù)量及變頻器對(duì)水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，即恒壓供水。針對(duì)供水系統(tǒng)難以為被控對(duì)象確定精確的數(shù)學(xué)模型、水壓精度要求不太高的特征，本文提出的是一種基于模糊pid的恒壓供水控制方案。并利用matl

4、ab對(duì)其模型進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果說(shuō)明了將模糊控制與pid控制相結(jié)合時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)曲線沒(méi)有超調(diào)，系統(tǒng)的建立時(shí)間比較短，抗干擾能力強(qiáng)，是一種魯棒性很強(qiáng)的控制器。此外， 為了方便遠(yuǎn)程監(jiān)控，我們還選用了北京亞控公司推出的組態(tài)軟件kingview6.00，來(lái)進(jìn)行變頻恒壓供水控制器實(shí)驗(yàn)裝置上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件組態(tài)工作?；趉ing view開發(fā)環(huán)境下的工程組態(tài)，界面友好、易于操作，圖形形象豐富.能以動(dòng)畫的形式實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。綜上所述 ，交流變頻調(diào)速恒壓供水是現(xiàn)代化城市和生活小區(qū)供水的發(fā)展方向。采用單片機(jī)控制的變頻供水系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)容易、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，是較理想的控制器。關(guān)鍵詞：恒壓供水系統(tǒng) 交流變頻

5、vvvf consant-pressure water-supply controllerabstractin recent years, with the continuously building and rebuilding of residential areas, the problem of our inhabitants using water is more and more serious, the old tap waters pressure appears deficient, the difficulty of using water bring the big in

6、convenience to the inhabitants daily life. in order to solve the above problem, this paper introduces a new style of vvvf constant-pressure water-supply controller. it can be used in water supply for daily life and use in case of fire and other case. the frequency-conversion pumps use cycling soft-s

7、tarting and timing cutting. the software adopts the dynamic digital filter skills. it has completed protective functions.in the light of that the excise mathematical model of water supply system is difficult to find and no more request for the control precision, this paper put forwards a fuzzy-pid d

8、esign for water supply under constant pressure. and also simulate the system with matlab, the simulation result shows that this compound control system has more significant robustness. moreover, the configuration monitor software- -king view is also introduced. the data acquisition and control schem

9、e are analyzed.sum up the above, the vvvf constant-pressure water supply controller is the development direction of modernization city and communitys water supply, and it has the characteristics such as stable working, easily realizing and low price etc. so it is more perfect controller.key words: w

10、ater supply system under constant pressure, fuzzy self-tuning pid king view第一章 前言1.1交流變頻恒壓供水控制器的研究背景及意義1.1.1課題提出的背景和意義近年來(lái)，隨著居民區(qū)的不斷擴(kuò)建與改造，樓房層數(shù)的不斷加高，我國(guó)居民用水難問(wèn)題越來(lái)越突出，特別是高層建筑居民，原有的自來(lái)水管網(wǎng)的壓力出現(xiàn)不足，大部分地區(qū)普遍存在著用水高峰期高層供不上水，高層居民經(jīng)常出現(xiàn)用水難問(wèn)題，給生活帶來(lái)極大不便,這種用水難問(wèn)題在大城市表現(xiàn)尤為突出。針對(duì)上述問(wèn)題，本文研制了變頻調(diào)速恒壓供水控制器，該控制器是以管網(wǎng)水壓為設(shè)定參數(shù)，通過(guò)控制變頻器的輸

11、出頻率從而自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)(piu)，使供水系統(tǒng)自動(dòng)恒穩(wěn)于設(shè)定的壓力值。即用水量增加時(shí)，頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量相應(yīng)增大，當(dāng)用水量超過(guò)一臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過(guò)控制器加泵:用水量減少時(shí)，頻率降低，水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量相應(yīng)減小。也就是根據(jù)用水量的大小，由供水控制器控制水泵數(shù)量以及變頻器對(duì)水泵的調(diào)速，來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水。同時(shí)達(dá)到供水效率的目的“用多少水，供多少水”。采用該供水系統(tǒng)不需建造高位水箱，水塔，水質(zhì)無(wú)二次污染，是一種理想的現(xiàn)代化建筑供水方案。此外，恒壓供水系統(tǒng)對(duì)于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的。例如在某些生產(chǎn)過(guò)程中，若自來(lái)水供水因故壓力不足或短時(shí)斷水，可能影響產(chǎn)

12、品質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)使產(chǎn)品報(bào)廢和設(shè)備損壞。又如發(fā)生火災(zāi)時(shí)，若供水壓力不足或無(wú)水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。所以，某些用水區(qū)采用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。1.1.2交流變頻技術(shù)的發(fā)展交流變頻調(diào)速技術(shù)是集電子、自動(dòng)控制、微電子、電機(jī)學(xué)等技術(shù)組成的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。它以其優(yōu)異的調(diào)速性能、顯著的節(jié)能效果被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，是電氣傳動(dòng)的發(fā)展方向。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電力電子器件的理論研究和制造工藝水平的不斷提高，電力電子器件在容量、耐壓、特性和類型等方面得到了很大的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)已日臻完善。進(jìn)入90年代電力電子器件向著大容量、高頻率、響應(yīng)快、低損耗的方向發(fā)展。作

13、為應(yīng)用現(xiàn)代電力電子器件與微型計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合的交流變頻調(diào)速裝置，隨著產(chǎn)品的開發(fā)創(chuàng)新和推廣應(yīng)用，使得交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速領(lǐng)域發(fā)生一場(chǎng)巨大的技術(shù)革命。交流變頻調(diào)速裝置不僅僅可以大幅度節(jié)能，而且在改善機(jī)械性能、實(shí)現(xiàn)完善的自動(dòng)控制、環(huán)境保護(hù)等多方面都有顯著的效果?，F(xiàn)代樓宇自控中，采用變頻調(diào)速技術(shù)將會(huì)改善系統(tǒng)的品質(zhì)，并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。1.2變頻調(diào)速在恒壓供水中的應(yīng)用作為交流變頻調(diào)速裝置的一個(gè)代表，變頻器恒壓供水裝置技術(shù)已經(jīng)成熟，在市場(chǎng)上得到良好反映，從節(jié)能運(yùn)行到系統(tǒng)穩(wěn)定可靠得到社會(huì)認(rèn)可。該系統(tǒng)伴隨著控制器和變頻器的發(fā)展技術(shù)也不斷更新和發(fā)展。就控制器來(lái)說(shuō)，其發(fā)展經(jīng)歷了從繼電器邏輯，到單片機(jī)、plc,再

14、到專用控制器等幾步。從變頻器調(diào)速來(lái)說(shuō)，其發(fā)展經(jīng)歷了多段速度控制、模擬量給定控制到專用控制器。每一步發(fā)展都意味著更新更好的器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)方式。用戶用水的多少是經(jīng)常變動(dòng)的，因此供水不足或供水過(guò)剩的情況時(shí)有發(fā)生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少，壓力低;用水少而供水多，壓力大。保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時(shí)供水也多，用水少時(shí)供水也少，從而提高了供水的質(zhì)量。為了提高供水質(zhì)量，以變頻調(diào)速為核心的智能供水控制系統(tǒng)取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設(shè)備，起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可

15、延長(zhǎng)泵和閥門等東西的使用壽命還可以消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)。其穩(wěn)定安全的運(yùn)行性能、簡(jiǎn)單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力，最終達(dá)到高效率運(yùn)行的目的。綜上所述，變頻調(diào)速給水在建筑給水中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其主要原因是：1.變頻調(diào)速給水的供水壓力可調(diào)，可以方便地滿足各種供水壓力的需要。2.目前，變頻器技術(shù)己經(jīng)成熟，在市場(chǎng)上有很多國(guó)內(nèi)外品牌的變頻器，這為變頻調(diào)速提供了充分的技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。3.變頻調(diào)速恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果。1.3恒壓供水器的基本組成系統(tǒng)有變頻器、控制器、傳感器、水泵電機(jī)及相關(guān)電氣控制設(shè)備集成而成，是一種具有變頻調(diào)速和全自動(dòng)閉環(huán)控制功能的機(jī)電一

16、體化智能設(shè)備。它可同時(shí)對(duì)一臺(tái)或多臺(tái)三相380/220v、50/60hz異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速和閉環(huán)控制。 自動(dòng)恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采樣電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置與供水控制器構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動(dòng)調(diào)速整泵組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，完成供水壓力的循環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。 整個(gè)系統(tǒng)的具體工作流程為：系統(tǒng)通過(guò)安裝在出水總管上的壓力傳感器。將供水管網(wǎng)的非電量信號(hào)（動(dòng)態(tài)壓力）轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。輸入至供水控制器的輸入模塊，信號(hào)經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算處理后與設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，得出偏差值，再經(jīng)過(guò)pid處理得出最佳的運(yùn)行工作狀況參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)，由系統(tǒng)的輸出模

17、塊輸出變頻器的頻率設(shè)定值至變頻調(diào)速器，變頻調(diào)速器控制水泵的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)管網(wǎng)內(nèi)的實(shí)際壓力值趨向與設(shè)定壓力值，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的恒壓供水。對(duì)于多臺(tái)泵調(diào)速的方式，控制器控制泵站投運(yùn)水泵的臺(tái)數(shù)及變量泵的運(yùn)行工作狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)每臺(tái)水泵根據(jù)cpu指令實(shí)施軟啟動(dòng)、軟切換及變頻運(yùn)行。系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算判定目前是否已達(dá)到設(shè)定壓力，決定是否增加（投入）或較少（撤除）水泵。即：當(dāng)一臺(tái)水泵工作頻率達(dá)到最高頻率時(shí)，若管網(wǎng)水壓達(dá)不到預(yù)設(shè)水壓，則將此臺(tái)水泵切換到工頻運(yùn)行，變頻器將自動(dòng)啟動(dòng)下一臺(tái)水泵，控制其變頻運(yùn)行。此后，往復(fù)工作，直至滿足設(shè)定壓力要求為止。反之，若管網(wǎng)壓力大于預(yù)設(shè)壓力，控制器控制變頻器頻率降低，使變頻轉(zhuǎn)速降低當(dāng)頻率

18、低于下限時(shí)自動(dòng)切掉一臺(tái)工頻泵或此變頻泵，始終使管網(wǎng)水壓保持恒定。進(jìn)入消防運(yùn)行時(shí)，按下消防按鈕，以保證迅速切入工頻狀態(tài)?？傊?，系統(tǒng)可以根據(jù)用戶用水量的變化，自動(dòng)確定泵組的水泵的循環(huán)運(yùn)行，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及供水的質(zhì)量。1.4 本文的主要工作具體來(lái)講，本文的主要工作可以概括為以下幾點(diǎn):1.進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查了解用戶的需求，以及目前市場(chǎng)上流行的幾種變頻恒壓供水控制系統(tǒng)。2.進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)根據(jù)用戶需求和變頻恒壓供水控制器的基本原理對(duì)控制器進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，出系統(tǒng)整體框圖。3.系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)整體框圖對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬件電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)，選擇元器件，利用protel軟件繪制系統(tǒng)原理圖，并依據(jù)系統(tǒng)原理圖生成印刷電

19、路板。4.電路板的調(diào)試選擇合適的元器件焊在印刷電路板上，用單片機(jī)語(yǔ)言c51編制相應(yīng)模塊的子程序(包括自整定pi。算法子程序)，利用wave仿真器逐一對(duì)各模塊進(jìn)行調(diào)試:5.供水控制器與pc上位機(jī)的通訊界面的設(shè)計(jì)利用組態(tài)軟件-組態(tài)王(king view)根據(jù)應(yīng)用的要求，來(lái)對(duì)上位機(jī)的監(jiān)控界面進(jìn)行設(shè)計(jì)。第二章 變頻調(diào)速技術(shù)概況2.1 變頻調(diào)試技術(shù)的原理變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系： ，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)）；通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式為： 從上式可見(jiàn)，改變供電頻率f、電動(dòng)

20、機(jī)的極對(duì)數(shù)p及轉(zhuǎn)差率s均可太到改變轉(zhuǎn)速的目的。從調(diào)速的本質(zhì)來(lái)看，不同的調(diào)速方式無(wú)非是改變交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速或不改變同步轉(zhuǎn)兩種。在生產(chǎn)機(jī)械中廣泛使用不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法有繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、斬波調(diào)速、串級(jí)調(diào)速以及應(yīng)用電磁轉(zhuǎn)差離合器、液力偶合器、油膜離合器等調(diào)速。改變同步轉(zhuǎn)速的有改變定子極對(duì)數(shù)的多速電動(dòng)機(jī)，改變定子電壓、頻率的變頻調(diào)速有能無(wú)換向電動(dòng)機(jī)調(diào)速等。 從調(diào)速時(shí)的能耗觀點(diǎn)來(lái)看，有高效調(diào)速方法與低效調(diào)速方法兩種：高效調(diào)速指時(shí)轉(zhuǎn)差率不變，因此無(wú)轉(zhuǎn)差損耗，如多速電動(dòng)機(jī)、變頻調(diào)速以及能將轉(zhuǎn)差損耗回收的調(diào)速方法（如串級(jí)調(diào)速等）。有轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方法屬低效調(diào)速，如轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法，能量

21、就損耗在轉(zhuǎn)子回路中；電磁離合器的調(diào)速方法，能量損耗在離合器線圈中；液力偶合器調(diào)速，能量損耗在液力偶合器的油中。一般來(lái)說(shuō)轉(zhuǎn)差損耗隨調(diào)速范圍擴(kuò)大而增加，如果調(diào)速范圍不大，能量損耗是很小的。2.2 了解國(guó)內(nèi)外交流變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展情況變頻器是20世紀(jì)中葉發(fā)展起來(lái)的一種交流調(diào)速設(shè)備，是為了解決傳統(tǒng)的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速困難，交變速設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜且效率和可靠性均不盡人意的缺點(diǎn)而出現(xiàn)的。由于其使交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍和調(diào)速性能均大為提升，因此交流電動(dòng)機(jī)逐漸代替直流電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，甚至包括交流伺服系統(tǒng)控制領(lǐng)域。隨著電力半導(dǎo)體的長(zhǎng)足發(fā)展，變頻器也隨之不斷進(jìn)步。如今變頻器已經(jīng)深入日常生活，隨處可見(jiàn)其服務(wù)的影子

22、。交流變頻器的主要調(diào)速對(duì)象是交流電感電動(dòng)機(jī)。變頻器在對(duì)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)實(shí)施調(diào)速的過(guò)程中，輸出電壓和輸出頻率的變化必須遵守一定的規(guī)則。這就是通常所說(shuō)變壓變頻（vvvf）的基本原則。2.3 變頻器的控制方式變頻器的發(fā)展已有數(shù)十年的歷史，在變頻器的發(fā)展過(guò)程中也曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)多種類型的變頻器，但目前成為市場(chǎng)主流的變頻器基本上有著圖21所示的基本結(jié)構(gòu)。圖21變頻器的基本結(jié)構(gòu)變頻調(diào)速的控制方式經(jīng)歷了v/f控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制的發(fā)展，前者屬于開環(huán)控制，后兩者屬于閉環(huán)控制，正在發(fā)展的是直接轉(zhuǎn)矩控制。1、v/f控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與定子電源頻率f和極對(duì)數(shù)有關(guān)，改變f 就可以平滑的調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速，但是頻率f的上升

23、或者下降可能會(huì)引起磁路飽和轉(zhuǎn)矩不足的現(xiàn)象，所以在改變f的同時(shí)，還需要調(diào)節(jié)定子的電壓，使氣隙磁通保持不變，電動(dòng)機(jī)的效率不下降，這就是v/f控制。v/f控制簡(jiǎn)單，通用性優(yōu)良。2、轉(zhuǎn)差頻率控制 由電機(jī)學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)可知，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩m與氣隙磁通、轉(zhuǎn)差頻率f2的關(guān)系為： (2-1)只要保持氣隙中磁通一定，控制轉(zhuǎn)差頻率f2就可以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制。3、矢量控制矢量控制是在交流電動(dòng)機(jī)上模擬直流電動(dòng)機(jī)控制轉(zhuǎn)矩的規(guī)律，將定子電流分解成相應(yīng)于直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流的量和勵(lì)磁電流的量，并分別進(jìn)行任意控制。矢量控制能夠?qū)D(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，獲得和直流電動(dòng)機(jī)一樣的優(yōu)良的調(diào)速性能。2.4 變頻節(jié)能調(diào)速理論1、

24、水泵工況點(diǎn)的確定以及變化 水泵工作點(diǎn)（工況點(diǎn)）是指水泵在確定的管路系統(tǒng)中，實(shí)際運(yùn)行時(shí)所具有的揚(yáng)程、流量以及相應(yīng)的效率、功率等參數(shù)。如果把某一水泵的性能曲線（即h-q曲線）和管路性能曲線畫在同一坐標(biāo)系中（圖2-2），則這兩條曲線的交點(diǎn)a,就是水泵的工作點(diǎn)。 工作點(diǎn)a是水泵運(yùn)行的理想工作點(diǎn)，實(shí)際運(yùn)行時(shí)水泵的工作點(diǎn)并非總是固定在a點(diǎn)。若把水泵的效率曲線-q也畫在同一坐標(biāo)系中，在圖2-2中可以找出a點(diǎn)的揚(yáng)程ha、流量qa以及效率ha。從圖2-2中可以看出，水泵在工作點(diǎn)a點(diǎn)提供的揚(yáng)程和管路所需的水頭相等，水泵抽送的流量等于管路所需的流量，從而達(dá)到能量和流量的平衡，這個(gè)平衡點(diǎn)是有條件的，平衡也是相對(duì)的。一

25、旦當(dāng)水泵或管路性能中的一個(gè)或同時(shí)發(fā)生變化時(shí)，平衡就被打破，并且在新的條件下出現(xiàn)新的平衡。另外確定工作點(diǎn)一定要保證水圖2-2 水泵工作點(diǎn)的確定工作點(diǎn)的參數(shù)，反映水泵裝置的工作能力，是泵站設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理中一個(gè)重要問(wèn)題。交流電機(jī)轉(zhuǎn)速特性：n=60f(1-s)/p，其中n 為電機(jī)轉(zhuǎn)速，f為交流電頻率，s 為轉(zhuǎn)差率，p為極對(duì)數(shù)。 電機(jī)選定之后s 、p則為定值，電機(jī)轉(zhuǎn)速n和交流電頻率f 成正比，使用變頻器來(lái)改變交流電頻率，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)變頻無(wú)級(jí)調(diào)速。在變頻調(diào)速恒水位供水過(guò)程中，水泵工況點(diǎn)的變化如圖23所 圖23水泵工況點(diǎn)的變化當(dāng)p1、p2高于p0時(shí)，說(shuō)明管網(wǎng)系統(tǒng)用水量減少，管路阻力特性曲線a1、a2 向a

26、0方向變化，此時(shí)水泵轉(zhuǎn)速逐漸降低，管網(wǎng)口壓力也由p2、p1逐漸下降，當(dāng)p低于p0時(shí)，其工況點(diǎn)變化與上述相反即由a1逐漸向a0移動(dòng)，使管網(wǎng)系統(tǒng)供水始終保持恒定。流量與轉(zhuǎn)速成正比： 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比： 功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比： 而且變頻調(diào)速自身的能量損耗極低，在各種轉(zhuǎn)速下變頻器輸入功率幾乎等于電機(jī)軸功率，由此可知在使用變頻調(diào)速技術(shù)供水時(shí)，系統(tǒng)中流量變化與功率的關(guān)系： 變額額 采用出口閥控制流量的方式，電機(jī)在工頻運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)中流量變化與功率的關(guān)系：閥（.+.）額 其中，為功率 為轉(zhuǎn)速 為流量 根據(jù)2-4圖水泵變速恒壓工況分析：當(dāng)管網(wǎng)用水由q2、q1.向q0移動(dòng)時(shí)，通過(guò)改變水泵轉(zhuǎn)速使p0保持恒

27、定。由此可見(jiàn)從理論計(jì)算結(jié)果可以看到節(jié)能效果非常顯著，而且在實(shí)際運(yùn)行中小區(qū)變頻恒壓供水技術(shù)比傳統(tǒng)的加壓供水系統(tǒng)還有自動(dòng)控制恒壓、無(wú)污染等明顯優(yōu)勢(shì)。而且新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)能自動(dòng)地控制一至多臺(tái)主泵和一臺(tái)休眠泵的運(yùn)行。在管網(wǎng)用水量減少到單臺(tái)主泵流量的約1/6-1/8時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止主泵，啟動(dòng)小功率的休眠泵工作，保證系統(tǒng)小流量供水，解決小流量甚至零流量供水時(shí)大量電能的浪費(fèi)問(wèn)題，從運(yùn)行控制上進(jìn)一步節(jié)能。2.5 變頻調(diào)速系統(tǒng)的效率分析2.5.1 變頻器的效率與損耗變頻器效率是指其本身變換效率。就變頻器的兩種形式而言。交-交變頻器盡管效率較高，但調(diào)頻范圍受到限制，應(yīng)用受到限制，目前通用的變頻器主要是交

28、-直-交型，其工作原理是先把工頻交流電通過(guò)整流器變換成直流，然后用逆變器再變換成所需頻率的交流電。所以變頻器的損耗有三部分組成，整流損耗約占40%，逆變損耗約占50%，控制回路損耗占10%。其前兩項(xiàng)損耗是隨著變頻器的容量、負(fù)荷、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同而變化的，而控制回路損耗不隨變頻器容量、負(fù)荷而變化。變頻器采用大功率自關(guān)斷開關(guān)器件等現(xiàn)代電力電子技術(shù)，其整流損耗、逆變損耗等都比傳統(tǒng)電子技術(shù)中整流損耗力量小，根據(jù)文獻(xiàn)1提供資料，變頻器在額定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，其效率為86.4%96%，隨著變頻器功率增大而得到提高。 2.5.2 變頻調(diào)速后電動(dòng)機(jī)效率的變化變頻調(diào)速后，電動(dòng)機(jī)的各種損耗和效率均有所變化，根據(jù)電機(jī)學(xué)理論

29、，電動(dòng)機(jī)的損耗可分為鐵芯損耗(包括磁滯損耗和渦流損耗)、軸承摩擦損耗、風(fēng)阻損耗、定子繞組銅耗、轉(zhuǎn)子繞組銅耗、雜散損耗等幾種。鐵芯中的磁滯損耗表達(dá)式為: （3-1）說(shuō)明磁滯損耗pn與磁通的交變頻率f成正比，與磁通密度的幅值bm的次方成正比，對(duì)于一般硅鋼片，當(dāng)bm=0.81.6w/m2時(shí)，=2，由風(fēng)機(jī)和泵類理論，其流量q與所需電動(dòng)機(jī)軸功率p與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系為: qn; pn3; pq3變頻調(diào)速后，磁滯損耗減少速度比電動(dòng)機(jī)有功減少，速度慢，損耗所占比例有所提高。渦流損耗表達(dá)式為: peaf2;式中a=(bm)2d2/rw; bm磁通密度的幅值bm; d鐵心厚度; rw渦流回路等效電阻。軸承摩擦損耗:

30、pzf1.5風(fēng)阻損耗: pff3，定子繞組銅耗和轉(zhuǎn)子繞組銅耗其大小與電源頻率f沒(méi)有直接關(guān)系，但高次諧波及脈動(dòng)電流增加了電動(dòng)機(jī)的銅耗。雜散損耗及附加損耗:不論何種形式的變頻器，變頻后除基波外，都產(chǎn)生現(xiàn)諧波，這些附加的高次諧波，許多諧波的轉(zhuǎn)矩方向是與基波轉(zhuǎn)矩方向相反的，另外高次諧波也會(huì)增加渦流損耗。綜上所述，變頻調(diào)速后，電動(dòng)機(jī)的磁滯損耗、渦流損耗、軸承摩擦損耗、定轉(zhuǎn)子銅損及雜散損耗在功率中所占比例都有所增加，有關(guān)文獻(xiàn)指出，變頻調(diào)速后電動(dòng)機(jī)電流增加10%，溫升增加20%。2.5.3 變頻器的pid組成部分該給水設(shè)備系統(tǒng)采用2臺(tái)水泵，一用一備，由可編程控制器定時(shí)切換。若用水量大，變頻器也可以通過(guò)可編程

31、接口向可編程控制器發(fā)出信號(hào)，由可編程控制器控制兩臺(tái)泵同時(shí)工作，一臺(tái)變頻運(yùn)行，一臺(tái)工頻運(yùn)行。傳感器反饋的水壓信號(hào)直接送入變頻器自帶的pid調(diào)節(jié)器輸入口i、5g，而壓力設(shè)定既可以使用變頻器的鍵盤以數(shù)字量的形式設(shè)定，也可以采用一只電位器以模擬量的形式送入vr、v1。這樣通過(guò)變頻器的控制面板，在變頻器的pid選項(xiàng)中選擇合適的pid參數(shù)，并經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試校正，設(shè)備就可以正常運(yùn)行了。 由于pid運(yùn)算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對(duì)可編程控制器存貯容量的要求和對(duì)pid算法的編程，而且pid參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了生產(chǎn)效率。由于變頻器內(nèi)部自帶的pid調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓

32、的調(diào)節(jié)十分平滑，穩(wěn)定。同時(shí)，為了保證水壓反饋信號(hào)值的準(zhǔn)確、不失值，可對(duì)該信號(hào)設(shè)置濾波時(shí)間常數(shù)，同時(shí)還可對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡(jiǎn)單、方便。2.6 變頻器的基本組成(1)系統(tǒng)主控環(huán)節(jié)系統(tǒng)整體的控制信號(hào)，包括壓力設(shè)定信號(hào)，工頻和變頻故障信號(hào)處理，水位故障檢測(cè)處理均由主控plc或主控人機(jī)設(shè)定，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行信號(hào)進(jìn)行綜合，尤其是當(dāng)出現(xiàn)故障狀態(tài)的系統(tǒng)處理操作，是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部分。(2)變頻器內(nèi)部控制環(huán)節(jié)變頻器內(nèi)部控制，主要是指變頻器內(nèi)部pid功能模塊，內(nèi)部pid功能使現(xiàn)場(chǎng)工程師設(shè)置和調(diào)試方便，相對(duì)于原來(lái)的硬件pid板控制，省去了硬件維護(hù)需要，節(jié)省了成本。主控環(huán)節(jié)的壓力設(shè)定信號(hào)與系統(tǒng)

33、壓力信號(hào)反饋形成閉環(huán)以維持管網(wǎng)恒定壓力。pid的特性可由參數(shù)選擇。圖2-5 變頻器pid閉環(huán)控制圖(3)電機(jī)控制環(huán)節(jié)當(dāng)管網(wǎng)壓力的變化要求增加或減少工作水泵時(shí)，通過(guò)供水附件基板的中間繼電器，控制各個(gè)電機(jī)交流接觸器?；遢敵龆丝诘臓顟B(tài)決定外部各個(gè)水泵的運(yùn)行狀態(tài)。 (4)執(zhí)行環(huán)節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)為各水泵。第三章 基于at89c51的變頻恒壓供水控制器的總體設(shè)計(jì)3.1 控制系統(tǒng)的工作原理供水管網(wǎng)中的流量和壓力是隨著用戶用水量的改變而不斷變化的，而改變泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速就可以提高供水壓力或較少供水壓力。所以，為了保持出口供水壓力恒定就必須根據(jù)用水量的大小不斷改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。三相交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為： （2-1）由流體

34、力學(xué)知：管網(wǎng)壓力,流量和功率的關(guān)系為，而功率與水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速成三次方的正比關(guān)系。不同功率（轉(zhuǎn)速）下水泵的特性曲線上的不同點(diǎn)，其管阻是不同的。因?yàn)橛泄剑菏街?，為管阻系?shù)，對(duì)某恒定管阻，為常數(shù)，不同管族時(shí)的曲線，同一曲線上的不同點(diǎn)，其功率是不同的。設(shè)定壓力值為,初始用水量為，工作點(diǎn)位檢,可假定用戶需要用水量為，打開閥門（可定打開時(shí)間）,管阻將突然變化，點(diǎn)將沿n1線下降，在未下降至之前，壓力傳感器已將檢測(cè)到的下降電壓轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸往pid控制器，經(jīng)比較處理后，輸出一個(gè)令變頻器頻率升高的信號(hào)，從而水泵轉(zhuǎn)速升高，工作點(diǎn)不會(huì)積降低至a1,而是沿著b曲線升至a4,達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)。實(shí)際上，用水量是不會(huì)突變的，管

35、阻不會(huì)一下下降很多。由管阻變化時(shí)間和系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間決定。為了保持電機(jī)在調(diào)速時(shí)最大轉(zhuǎn)矩不變，需要維持磁通恒定，這就要求定子供電電壓也作相應(yīng)的調(diào)節(jié)，而vvvf變頻器可以滿足這個(gè)要求。根據(jù)上述分析和用戶要求設(shè)定供水系統(tǒng)壓力，并在供水出口處設(shè)置壓力傳感器，隨時(shí)檢測(cè)用戶用水情況，然后將檢測(cè)的壓力與設(shè)定壓力相比較，經(jīng)控制器運(yùn)算，輸出通過(guò)變頻器改變泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，使輸出壓力始終保持在恒定壓力。其閉環(huán)控制原理如圖2-1所示。 圖3-1 變頻恒壓供水系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖3.2 系統(tǒng)的控制原理 該變頻恒壓供水控制器以單片極為核心，在水泵的出水管道上安裝一個(gè)壓力傳感器，用于檢測(cè)管道壓力，并把出口壓力變成05v或420m

36、a的模擬信號(hào)，送到單片機(jī)系統(tǒng)的a/d轉(zhuǎn)換變成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。單片機(jī)經(jīng)運(yùn)算后與設(shè)定的壓力進(jìn)行比較，得出偏差值，再經(jīng)pid調(diào)節(jié)得出控制參數(shù)，經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換變成05v或010v的模擬信號(hào)，送入變頻器中，以控制器輸出頻率的大小。以此改變水泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制管道壓力的目的。當(dāng)實(shí)際管道壓力小于給定壓力時(shí)，變頻器輸出頻率升高，電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，管道壓力升高；反之，頻率降低，電機(jī)轉(zhuǎn)速減小，管道壓力降低。最終達(dá)到恒壓。3.3 控制器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.3.1 硬件總體說(shuō)明整個(gè)系統(tǒng)電控部分以at89c51為核心芯片，這種芯片內(nèi)置有4k的eprom,具有控制信號(hào)采集、處理、輸出的功能。因?yàn)橄?/p>

37、統(tǒng)要求控制線較多，如果采用8031外置eprom程序控制結(jié)構(gòu)，則會(huì)造成控制線不夠；而at89c51卻可以利用p0、p2口作為控制總線，大大簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)，并可以直接控制鍵盤參數(shù)輸入。led數(shù)據(jù)顯示，方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)，使整個(gè)系統(tǒng)的通用性和智能化得到了很大地提高。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖32所示，圖3-2 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖3.3.2 系統(tǒng)的顯示部分 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，led顯示常用兩種方法：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)led都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的i/o接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機(jī)只要把顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它啦，直到顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再

38、發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機(jī)中cpu的開銷小。可以提供單獨(dú)鎖存的i/o接口電路很多，我們這里用到的是常用的串并轉(zhuǎn)換電路74hc164,來(lái)與at89c51單片機(jī)和共陰極數(shù)碼管led組成靜態(tài)顯示電路。 本恒壓供水系統(tǒng)的顯示部分就是采用at89c51單片機(jī)與74hc164的靜態(tài)顯示接口電路。采用4片74hc164分別驅(qū)動(dòng)4片led,led的顯示方式為靜態(tài)顯示方式，at89c51的串行口工作方式0，既移位寄存器方式。把a(bǔ)t89c51的rxd作為數(shù)據(jù)輸出線，txd作為移位時(shí)鐘脈沖。74hc164為ttl單向8位移位寄存器，可實(shí)現(xiàn)穿行輸入，并行輸入。其中a、b（第1、2腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，2

39、個(gè)引腳按邏輯與運(yùn)算規(guī)律輸入信號(hào)有一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)刻并接。t（第8腳）為時(shí)鐘輸入端，可連接到串行口的txd端，每一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿加到t端時(shí)，移位寄存器移一位；8個(gè)時(shí)鐘脈沖過(guò)后，8位二進(jìn)制數(shù)全部移入74hc164中。r（第9腳）為復(fù)位端，當(dāng)r=0時(shí)，移位寄存器各位復(fù)0，只有當(dāng)r=1時(shí)，時(shí)鐘脈沖才起作用。q1q8(第36和1013引腳)并行輸出端分別接led顯示器的hga各段對(duì)應(yīng)的引腳上，在給出了8個(gè)脈沖后。最先進(jìn)入74hc164的第一個(gè)數(shù)據(jù)到達(dá)了最高位，然后再來(lái)一個(gè)脈沖，第一個(gè)脈沖就會(huì)從最高位移出。從圖23的電路圖中我們可以看到，4片74hc164首尾相串，而時(shí)鐘端則接在一起，這樣，當(dāng)輸入8個(gè)脈

40、沖時(shí)，從單片機(jī)rxd端輸出的數(shù)據(jù)就進(jìn)入到了第一片74hc164中了，而當(dāng)?shù)诙€(gè)8個(gè)脈沖到來(lái)后，這個(gè)數(shù)據(jù)就進(jìn)入了第二片74hc164，而新的數(shù)據(jù)則進(jìn)入了第一片74hc164，這樣，當(dāng)?shù)诹鶄€(gè)8個(gè)脈沖完成后，首次送出的數(shù)據(jù)被送到了最左邊的74hc164中，其他數(shù)據(jù)依次出現(xiàn)在第一、二、三片74hc164中。這樣就完成了led的顯示功能。3.3.3按鍵接口電路的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用獨(dú)立式按鍵，獨(dú)立式按鍵的各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵都有一個(gè)輸入線，各按鍵的狀態(tài)互不影響，cpu需對(duì)按鍵狀態(tài)分別檢測(cè)，只適用于按鍵數(shù)量較少的場(chǎng)合。獨(dú)立按鍵與單片機(jī)接口電路如圖23所示。圖3-3 按鍵與單片機(jī)接口電路 在此電路中，按鍵輸

41、入部分采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時(shí)，i/o口線有確定的電平。 在掃描時(shí)，先讀取p0口的低四位，若某電平為低電平，應(yīng)先延時(shí)10ms,然后再讀取該位，如果讀的值仍為低電平，可確認(rèn)此鍵已按下，然后調(diào)用該鍵的鍵處理子程序，各鍵的優(yōu)先級(jí)別由軟件安排。3.3.4 mc1413集成電路mc1413為七達(dá)林頓結(jié)構(gòu)非門，具有集成度高、性能可靠、靜態(tài)功耗電流低矮、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，其工作電壓范圍318v，輸出電流200ma，由于輸入阻抗高，故輸入電流在1ua以下，最高時(shí)鐘頻率可達(dá)10 hz。利用mc1413和繼電器組形成簡(jiǎn)單的“01”裝置，來(lái)控制水泵電機(jī)的起停和報(bào)警信號(hào)。3.3.5 eeprom93

42、c46在供水控制器中的應(yīng)用93c46提供1024位串行eeprom，它有省空間的8腳pdip、8腳jeoe和eiajsoic封裝形式，其8腳pdip封裝如圖24所示。 93c46是一個(gè)有128字節(jié)的串行eeprom，可以是8位或16位的存儲(chǔ)模式。當(dāng)6管腳與8管腳（vcc）相連時(shí)，內(nèi)部組態(tài)為64*16位的存儲(chǔ)模式。當(dāng)6管腳與5管腳（gnd）相連時(shí)，內(nèi)部組態(tài)為128*8位。用來(lái)保存開機(jī)設(shè)定時(shí)的原始參數(shù)，這樣當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)，設(shè)定的數(shù)據(jù)能永久保存，再開機(jī)上電時(shí)無(wú)需再重新設(shè)定參數(shù)，既可以運(yùn)行與掉電的狀態(tài)。如果我們不使用plug and play方式，那么從12h到7fh地址空間可以用來(lái)儲(chǔ)存用戶自己的數(shù)據(jù)，

43、用戶可以在12-7f里寫入任何數(shù)據(jù)。3.3.6 定時(shí)復(fù)位電路圖34 eeprom93c46圖35 定時(shí)復(fù)位電路采用ne555組成的硬件定時(shí)復(fù)位電路，可以有效防止程序死機(jī)現(xiàn)象，提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。（如圖25所示）復(fù)位電路每一秒鐘向at89c51的reset端發(fā)出復(fù)位信號(hào)。根據(jù)程序的需要，通過(guò)at89c51的p0.4可以隨時(shí)控制復(fù)位電路的啟動(dòng)和停止，當(dāng)p0.4=0時(shí)ne555的2引腳為低電平，停止復(fù)位；當(dāng)p0.4=1時(shí)ne555的2引腳為高電平，起動(dòng)復(fù)位。3.3.7 鎖存電路74ls273用于對(duì)繼電器輸出狀態(tài)硬件鎖存，以防止輸出狀態(tài)被干擾。（如圖26所示）同時(shí)在74ls273的clear管腳外

44、接了rc電路，用于開機(jī)上電時(shí)清零74ls273的輸出端，可以防止繼電器的誤動(dòng)作，對(duì)變頻器起到保護(hù)作用。圖36 鎖存電路74ls273圖3-7 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路tlc08313.3.8 數(shù)模（d/a）和模數(shù)（a/d）轉(zhuǎn)換電路由于系統(tǒng)要求的響應(yīng)速度并不快，因此系統(tǒng)a/ d輸入采用8位串行tlc0831逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器（如圖3-7所示），這樣一來(lái)可以節(jié)省at89c51的i/o口，并可降低成本。d/a輸出電路采用了光藕隔離式d/a輸出，并采用了lm358雙運(yùn)放組成d/a輸出及驅(qū)動(dòng)電路，具體d/a電路如圖3-8所示。圖3-8 光耦隔離式da輸出p3.3定時(shí)輸出占空比與頻率相對(duì)應(yīng)的pwm調(diào)試信號(hào),通過(guò)二極運(yùn)

45、算放大器后,在lm358的第7引腳輸出與頻率相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。在輸出端調(diào)節(jié)電位器可以調(diào)整輸出電壓的大小，兩放大器之間的rc電路起到濾波的作用。3.4軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)恒壓供水控制器對(duì)生活供水、消防供水系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，要求軟件具有高可靠性、高穩(wěn)定性、高抗干擾能力，檢測(cè)信號(hào)準(zhǔn)確，有良好的動(dòng)靜態(tài)性能，該軟件按結(jié)構(gòu)化流水設(shè)計(jì)，分為若干功能模塊，采用c51語(yǔ)言編寫，并利用wave仿真器同時(shí)結(jié)合硬件電路對(duì)其3來(lái)進(jìn)行測(cè)試。該控制系統(tǒng)的軟件主要由以下的子程序構(gòu)成。3.4.1獨(dú)立按鍵程序設(shè)計(jì)鍵盤的設(shè)計(jì)要求是：能檢測(cè)是否有鍵按下，并判斷是哪個(gè)鍵：鍵按下或松開操作都應(yīng)等到鍵抖動(dòng)消失后再執(zhí)行;有兩個(gè)鍵或者更多鍵同時(shí)按下時(shí)，都

46、不執(zhí)行。鍵盤程序難點(diǎn)在于，在軟件中必須妥善解決鍵盤掃描、去抖動(dòng)、多鍵同時(shí)按下等問(wèn)題。1.按鍵連擊的處理連擊食指操作者按下某一鍵但沒(méi)有釋放該鍵，則該鍵對(duì)應(yīng)的功能將反復(fù)被執(zhí)行，好像操作者在連續(xù)操作該鍵一樣。由于單片機(jī)的速度較快，這種情況很容易發(fā)生。連擊在很多情況下是不允許的，它使操作者很難準(zhǔn)確地進(jìn)行操作。解決連擊的關(guān)鍵是一次按鍵只讓它相應(yīng)一次，該間不釋放那就不執(zhí)行第二次。2.軟件去抖動(dòng)處理按鍵的觸點(diǎn)在閉合和斷開時(shí)均會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這是觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不妥善處理，將會(huì)引起按鍵命令的錯(cuò)誤執(zhí)行或重復(fù)執(zhí)行。我們采用軟件延時(shí)的方法來(lái)避開抖動(dòng)階段，在延時(shí)開始和結(jié)束時(shí)讀取線狀態(tài)，如果一致，則判斷有鍵按下

47、。延時(shí)時(shí)間為10ms。3.4.2 顯示子程序其功能是顯示系統(tǒng)的倒計(jì)時(shí)數(shù)，以及各功能參數(shù)。利用查詢方式編制的部分顯示子程序如附錄1所示。其中，timer(100)為延時(shí)1s子程序。該程序的功能是：在數(shù)碼管上依次顯示cc20，cc19cc00（也就是顯示開機(jī)倒計(jì)時(shí)數(shù)），時(shí)間間隔為1s。3.4.3系統(tǒng)的主程序流程圖圖39主程序流程圖3.5 系統(tǒng)抗干擾措施因系統(tǒng)工作的電源環(huán)境比較惡劣，同時(shí)變頻器也輻射電磁波，因此需采用多種抗干擾措施，是系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性得到保證。3.5.1 硬件抗干擾技術(shù)干擾是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)故障的主要原因之一。工業(yè)應(yīng)用環(huán)境干擾紛雜。因此采用抗干擾措施也能有效抑制干擾源，阻斷干擾傳輸渠道

48、。只要合理布置與選擇有關(guān)參數(shù)，適當(dāng)?shù)挠布垢蓴_措施就能抑制系統(tǒng)的絕大部分干擾。常用的硬件抗干擾措施有:濾波技術(shù)、去藕技術(shù)、隔離技術(shù)及接地技術(shù)。其中光電隔離技術(shù)是指：是有光電藕合器來(lái)完成的，以光為媒介傳輸信號(hào)的器件，其輸入端配置發(fā)光源，輸出端配置受光器。因而輸入和輸出在電氣上是完全隔離的。此外，它還能起到很好的安全保障作用。由于光電耦合器是以光為媒介進(jìn)行間接耦合，所以具有較高的電氣割禮和抗干擾能力。本控制系統(tǒng)中我們用到的抗干擾技術(shù)有：（1）采用效率高、抗干擾能力強(qiáng)的開關(guān)電源供電；（2）輸入輸出均經(jīng)光電隔離，不與cpu電源共地;（3）印刷電路板的設(shè)計(jì)采用特定規(guī)則，并覆蓋屏蔽層；（4）控制信號(hào)連接采

49、用屏蔽線，屏蔽層良好接地；傳輸線采用雙絞線，對(duì)對(duì)線電阻、電壓產(chǎn)生的干擾有很強(qiáng)的抑制作用；（5）在繼電器輸入斷增加了續(xù)流二極管，增加了硬件鎖定及電源濾波電路。3.5.2 軟件抗干擾技術(shù)竄入單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中的干擾，其頻譜往往很寬，而且具有隨機(jī)性，采用硬件抗干擾措施，只能抑制某個(gè)頻率段的干擾，仍有一些干擾會(huì)侵入系統(tǒng)，因此，因此還需要采用軟件抗干擾措施。疊加在系統(tǒng)被測(cè)模擬輸入信號(hào)上的噪聲干擾回導(dǎo)致系統(tǒng)較大的測(cè)量誤差，可以通過(guò)軟件濾波來(lái)抑制干擾量，是程序自恢復(fù)。此外，當(dāng)系統(tǒng)受到干擾后，往往使可編程的輸出端口狀態(tài)發(fā)生變化，因此可以通過(guò)反復(fù)向這些端口定期重寫控制字和輸出狀態(tài)字，來(lái)維持既定的輸出端口狀態(tài)不變，

50、如果竄入系統(tǒng)的干擾作用于cpu部位時(shí)，其后果更加嚴(yán)重，將使系統(tǒng)失控，最典型的故障是破壞程序計(jì)數(shù)器pc的狀態(tài)，導(dǎo)致程序從一個(gè)區(qū)域跳到另一個(gè)區(qū)域，或者程序在地址空間內(nèi)亂飛，或者陷入死循環(huán)。工業(yè)應(yīng)用中，因pc受干擾而引起程序失控的后果是十分嚴(yán)重的。本系統(tǒng)采用的定時(shí)復(fù)位軟件設(shè)計(jì)方案，可以消除程序運(yùn)行時(shí)的死機(jī)現(xiàn)象。3.6 變頻恒壓供水控制器的性能特點(diǎn)1.高效節(jié)能優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié)能運(yùn)行。由電機(jī)學(xué)公式可知，系統(tǒng)電機(jī)功耗與電機(jī)轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系，在壓力不變時(shí)，水泵出水量與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。本設(shè)計(jì)采用恒壓量工作方式，當(dāng)用水量減小時(shí)，系統(tǒng)保持管網(wǎng)恒壓，通過(guò)降低水泵轉(zhuǎn)速來(lái)減少供水量，好電量按立方

51、特性降低，根據(jù)實(shí)際用水情況設(shè)定管網(wǎng)壓力，自動(dòng)控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象。2.設(shè)備投資省、站地面積小本系統(tǒng)與其它供水方式比較，由于主要設(shè)備是控制柜及水泵，省去了大量的設(shè)備占地面積，從而大幅度節(jié)省領(lǐng)土建投資，而且就設(shè)備本身而言，供水量越大。采用變頻恒壓供水設(shè)備的價(jià)格優(yōu)勢(shì)就越顯著。3.設(shè)備運(yùn)行合理、可靠性高、配置靈活采用閉環(huán)調(diào)節(jié)控制技術(shù)，達(dá)到了恒壓供水，避免了由于超壓供水造成的電能浪費(fèi)。變頻器采用軟起動(dòng)工作方式，消除了直接起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊和干擾，徹底避免了水泵啟動(dòng)時(shí)大電流和水壓突增的情況，減少對(duì)供電電網(wǎng)的沖擊，降低了電機(jī)及電氣元件的故障率。由于系統(tǒng)自身檢測(cè)及保護(hù)功能完備，延長(zhǎng)機(jī)泵和閥門管網(wǎng)

52、的使用壽命。改設(shè)備可控制1-3臺(tái)泵。從而使變頻容量得以降低。由于是軟起和軟停，電機(jī)軸上的平均扭矩和磨損減少，減少了維修量和維修費(fèi)用，并且水泵的壽命大大提高。模擬和數(shù)字信號(hào)全部采用光隔離，全面提高電磁兼容性。4.自我保護(hù)功能完善該系統(tǒng)性能可靠。而且對(duì)輸入電源欠壓、過(guò)壓、缺相，對(duì)水泵電機(jī)的過(guò)電流、短路均有保護(hù)功能。如某臺(tái)泵出現(xiàn)故障，主動(dòng)向上位機(jī)發(fā)出報(bào)警信息，同時(shí)起動(dòng)備用泵，以維持供水平衡。萬(wàn)一自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，用戶可以直接操作手動(dòng)系統(tǒng)，以保護(hù)供水。5.操作維護(hù)簡(jiǎn)便按鍵操作，數(shù)字顯示，非專業(yè)人員也可以方便地操作本裝置，專業(yè)人員可以本說(shuō)明書為指南，方便地對(duì)設(shè)備進(jìn)行性能測(cè)試和簡(jiǎn)單維護(hù)。6.聯(lián)網(wǎng)功能采用全

53、中文工控組態(tài)軟件-king view，實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)站點(diǎn)，如電機(jī)的電壓、電流、工作頻率、管網(wǎng)電壓及流量等。并且能夠累積每個(gè)站點(diǎn)的用電量，累積每臺(tái)泵的出水量，同時(shí)提供各種形式的打印報(bào)表，以便分析統(tǒng)計(jì)。7.減少污染由于變頻恒壓調(diào)速直接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染，防止了很多傳染疾病的傳染源頭。第五章 結(jié)束語(yǔ)變頻調(diào)速恒壓供水是現(xiàn)代化城市和生活小區(qū)供水的發(fā)展方向，采用單片機(jī)控制的變頻供水系統(tǒng)具有工作可靠、實(shí)現(xiàn)容易、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，是較理想的控制器。本論文的研究主要完成了以下內(nèi)容:通過(guò)對(duì)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的工作原理和控制原理的分析，用單片機(jī)語(yǔ)言c51結(jié)合硬件電路，設(shè)計(jì)出以at89c51為核心

54、的恒壓供水控制器。并將模糊自整定p工d算法應(yīng)用到變頻恒壓供水控制器甲，使得用戶在使用時(shí)更加方便快捷。同時(shí)，還用組態(tài)軟件-king view對(duì)上位機(jī)監(jiān)控界面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。該監(jiān)控系統(tǒng)界面友好、易于操作，圖形象豐富，能以動(dòng)畫的形式實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。雖然研究工作取得了一些成果，但由于本人的時(shí)間和能力有限，所以目前還有很多不足之處，有待進(jìn)一步的完善與發(fā)現(xiàn):在日常生活中，深夜的用水量很小，采用單純變頻調(diào)速供水設(shè)備容易使水泵頻繁啟停，影響水泵的壽命。針對(duì)這種情況，我們可以考慮再在原有供水設(shè)備的基礎(chǔ)上，附加一個(gè)小氣壓罐和一臺(tái)穩(wěn)壓水泵組成一個(gè)副系統(tǒng)。這樣在用水量很小時(shí)，主系統(tǒng)(由變

55、頻器控制的主供水泵)自動(dòng)切斷，而由副系統(tǒng)供水從而防止了主供水泵的頻繁啟動(dòng)。我們還可以進(jìn)一步考慮將變頻恒壓供水用于船舶供水方面，由于在船舶系統(tǒng)中，使用環(huán)境較為惡劣，適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)和抗干擾措施是必不可少的。此外，本文設(shè)計(jì)的上位機(jī)監(jiān)控界面圖形比較單一，功能還有待于進(jìn)一步的完善。參考文獻(xiàn)1李長(zhǎng)軍，變頻調(diào)速在恒壓供水的應(yīng)用，煤礦機(jī)械，2004，第11期p122-1242王松等，變頻器內(nèi)置p工d功能在恒壓供水設(shè)備中的應(yīng)用，廣州匯尼克機(jī)電設(shè)備有限公司 ，2002年3秦海洋，專用變頻器在恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，通用機(jī)械，2004，第10期p37-384組態(tài)王用戶手冊(cè)，北京亞控科技發(fā)展有限公司，2003年5李旭霞

56、等，工業(yè)自動(dòng)化通用組態(tài)軟件“組態(tài)王”的功能分析及應(yīng)用，儀器儀表用戶 ，2001, 8 (04)p29-316朱有輝，變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于恒壓供水，電氣時(shí)代，2004, 10期p89-927蔣嵐，住宅小區(qū)變頻調(diào)速供水方式淺談，大眾科技，2004, 09期p56-578王柏林、李訓(xùn)銘，變頻調(diào)速泵供水系統(tǒng)分析，河海大學(xué)學(xué)報(bào)，23 (2), 19p1041069李素玲，劉軍營(yíng)，恒壓供水自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，中國(guó)給水排水，2004,p74-7610全自動(dòng)變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，西北輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1997, 15 (4)p747811解宏基、任光，一種多功能變頻恒壓供水單片機(jī)控制系統(tǒng)，自動(dòng)化博覽，1999,(6 ) p101212劉美俊，基于at89c51