單片機控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)

1、本科畢業(yè)設(shè)計（論文）單片機控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) *燕 山 大 學(xué)2012年 6 月 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）單片機控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)學(xué)院（系）：里仁學(xué)院 專 業(yè)：* 學(xué)生 姓名： * 學(xué) 號：* 指導(dǎo)教師： * 答辯 日期：2012年6月17日 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué)院：電氣工程學(xué)院 系級教學(xué)單位：電氣工程 學(xué)號*學(xué)生姓名*專 業(yè)班 級08-2題目題目名稱單片機控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)題目性質(zhì)1.理工類：工程設(shè)計 （ ）；工程技術(shù)實驗研究型（ ）；理論研究型（ ）；計算機軟件型（ ）；綜合型（ ）。2.管理類（ ）；3.外語類（ ）；4.藝術(shù)類（ ）。題目類型1.畢業(yè)設(shè)計

2、（ ） 2.論文（ ）題目來源科研課題（ ） 生產(chǎn)實際（ ）自選題目（ ） 主要內(nèi)容1、學(xué)習(xí)電機的變頻調(diào)速原理2、了解恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計要求3、學(xué)習(xí)單片機編程4、設(shè)計軟件電路和硬件電路基本要求1. 熟悉掌握變頻調(diào)速的基本原理；2. 給出電路設(shè)計的具體方案；3. 繪制A0圖紙一張，論文一本。翻譯英文文獻一篇。參考資料1、何超交流變頻調(diào)速技術(shù)北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.8，2、 張迎新單片微型計算機原理、應(yīng)用及接口技術(shù)國防工業(yè)出版社，2003，3、恒壓供水控制相關(guān)文獻周 次14周58周912周1316周1718周應(yīng)完成的內(nèi)容查閱相關(guān)的中文資料，熟悉控制方法的工作原理，翻譯一篇英文資料工

3、作原理學(xué)習(xí)主電路的確定控制方案的確定，控制電路的設(shè)計系統(tǒng)軟硬件設(shè)計撰寫論文，答辯指導(dǎo)教師：*職稱：講師 2011年12月 30日系級教學(xué)單位審批： 年 月 日Abstract摘要隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，對城市供水的數(shù)量、質(zhì)量、穩(wěn)定性提出了越來越高的要求。建設(shè)節(jié)約型社會，合理開發(fā)、節(jié)約利用和有效保護水資源也是一項艱巨任務(wù)。因此，有利于節(jié)能節(jié)水的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)得到了更廣泛的應(yīng)用。本文論述了變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的調(diào)速原理及節(jié)能分析。描述了變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)方法。本文提出的系統(tǒng)設(shè)計方案是以ATMEL公司的AT89C51為

4、基礎(chǔ)，同時描述了包括變頻器和傳感器在內(nèi)的硬件控制系統(tǒng)和相應(yīng)的軟件控制系統(tǒng)。充分發(fā)揮了單片機成本低，易于使用的特點。 關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；恒壓供水；AT89C51單片機Abstract With the Progress development of social economic and the construct scale of city continuously enlarge，increasing of population and standard of living of people continuously improved，more and more demanding to

5、quantity，quality and stability of water supply bring for ward in city. Build a conservation-oriented society, rational development, utilization and effective protection of water resources conservation is a difficult task. Therefore, it is conducive to saving energy and Frequency Conversion Speed Adj

6、usting Water Supply System has been more widely used. This paper discusses the frequency conversion speed adjusting water supply system and energy-saving principle of speed control，and mainly describes the design and implementation approach of the frequency conversion speed adjusting water supply sy

7、stem. The proposed system design is based on the company's AT89C51 based ATMEL, also described including the transducer and sensor control system including hardware, software control systems and the corresponding. Give full play to the single chip low cost, ease of use.Keywords: frequency contro

8、l; constant pressure water supply;AT89C51 mcuII 目錄摘要AbstractII第1章 緒論11.1 變頻調(diào)速技術(shù)概況11.2 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)產(chǎn)生的背景及研究意義21.2.1 傳統(tǒng)供水方式21.2.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)主要特點31.2.3 變頻調(diào)速恒壓供水節(jié)能分析31.2.4 變頻供水系統(tǒng)應(yīng)用范圍71.3 研究意義71.4 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展81.5 本文主要研究內(nèi)容91.6 本章總結(jié)9第2章 單片機概述102.1 單片機簡介102.2 單片機的發(fā)展史112.3 單片機的發(fā)展趨勢122.4 AT89C51單片機簡介142.5 本章總結(jié)1

9、4第3章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的工作原理153.1 變頻調(diào)速的基本原理153.2 系統(tǒng)工作過程153.3 系統(tǒng)的參數(shù)選取及調(diào)速范圍163.4 本章總結(jié)17第4章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計184.1 主控單片機引腳說明194.2反饋壓力檢測電路194.3 輸出控制電路204.4 控制輸入電路214.5 系統(tǒng)電壓監(jiān)控及Watchdog電路224.6 本章總結(jié)23第5章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計255.1 單片機接口地址分配和控制端口功能255.2 軟件程序設(shè)計255.3 本章小結(jié)28結(jié)論29致謝30參考文獻31附錄133附錄237附錄343附錄448附錄554 第1章 緒論第1章 緒論

10、1.1 變頻調(diào)速技術(shù)概況 變頻技術(shù)是利用大功率半導(dǎo)體器件及其相應(yīng)的控制與保護電路來實現(xiàn)電能頻率參量的控制與變換，以實現(xiàn)電力的某些使用目的，并提高其使用質(zhì)量與效率的一種技術(shù)。變頻技術(shù)在經(jīng)歷了早期電子管、晶閘管整流器（60年代）和集成電路技術(shù)（70年代）幾個階段后，從80年代至今一直沿用基于電力電子技術(shù)的功率集成電路技術(shù)，并隨著技術(shù)的進步繼續(xù)發(fā)展1。而變頻調(diào)速技術(shù)就是在變頻的基礎(chǔ)上調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的技術(shù)，其基本原理是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系： n =60 f（1-s）p，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機轉(zhuǎn)差率、電機磁極對數(shù)）；通過改變電動機工作電源頻率實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的改變。

11、變頻調(diào)速技術(shù)已深入我們生活的每個角落，在國民經(jīng)濟和日常生活中占有重要地位:應(yīng)用面廣，是工業(yè)企業(yè)和日常生活中普遍需要的新技術(shù);是節(jié)約能源的高新技術(shù);是國際上技術(shù)更新?lián)Q代最快的領(lǐng)域;是高科技領(lǐng)域的綜合性技術(shù)。交流變頻調(diào)速技術(shù)，已成為國內(nèi)外公認(rèn)的最理想、最有發(fā)展前途的電機調(diào)速方式。經(jīng)測算，電機采用變頻調(diào)速技術(shù)運行后，一般可節(jié)電20%一40%，因此這項技術(shù)具有廣闊的使用前景，可被廣泛應(yīng)用于改造鍋爐、風(fēng)機、水泵、制冷機等設(shè)備的運行方式，以用來降低壓差損耗以及起停電機的電耗2。我國現(xiàn)有的100萬kw以上的大型電廠中，每套30萬kw的發(fā)電機一般都配備30-35臺輔機驅(qū)動用電動機。一個大型電廠，其輔機電動機多

12、達250臺左右?；鹆Πl(fā)電廠用電動機驅(qū)動的輔機主要是風(fēng)機水泵、給水泵、循環(huán)水泵、空壓機和磨煤機等，據(jù)初步調(diào)查，其中50%-60%的風(fēng)機、水泵可以改為調(diào)速運行。如果這些設(shè)備都實現(xiàn)變頻調(diào)速運行，按節(jié)電20%計算，年節(jié)電可達200億kW.h，相當(dāng)于裝機400萬kw容量的發(fā)電設(shè)備3。因此，應(yīng)用電力電子的交流變頻調(diào)速裝置以及相關(guān)高新技術(shù)來改造傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)，就可以獲得很好的社會效益和經(jīng)濟效益。近幾年來，隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動技術(shù)面臨著一場歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速、計算機數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。在這種環(huán)境下，電機交流變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展成為

13、當(dāng)今世界節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善環(huán)境以及推動技術(shù)進步的一種主要手段。1.2 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)產(chǎn)生的背景及研究意義 我國國民經(jīng)濟正處于迅猛發(fā)展時期，能源緊缺是制約我國經(jīng)濟發(fā)展的重要因素，節(jié)能節(jié)水是我國經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的基本國策。另外，隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，對城市供水的數(shù)量、質(zhì)量、經(jīng)濟、穩(wěn)定性提出了越來越高的要求4。供水質(zhì)量的好壞直接影響著人民的生活水平和企業(yè)的生產(chǎn)效率。要安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟可靠的管理好遍布全城的供水管網(wǎng)，一定要有一個滿足供水特點的、先進的自動化供水控制系統(tǒng)。但我國長期以來在城市供水、樓宇供水、工業(yè)生產(chǎn)供水

14、等方面技術(shù)一直比較落后，自動化程度低，效率低下。究其原因，主要是由于受供水設(shè)備和供水方式的限制。 1.2.1 傳統(tǒng)供水方式 1.恒速泵直接供水方式 這種供水方式，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶，有的甚至連蓄水池也沒有，直接從城市公用水網(wǎng)中抽水，嚴(yán)重影響城市公用管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。這種供水方式，水泵整日不停運轉(zhuǎn)，有的可能在夜間用水低谷時段停止運行。這種系統(tǒng)形式簡單、造價最低，但耗電、耗水嚴(yán)重，水壓不穩(wěn)，供水質(zhì)量極差。 2.水塔/水箱的供水方式 這種方式是水泵先向水塔或水箱供水，再由水塔或水箱向用戶供水。這種供水壓力比較恒定，且有貯水。但它是由位置高度形成的壓力來進行供水的，為此，需要建造水塔或?qū)?/p>

15、水箱置于建筑物的頂部5。即使如此，在大型建筑物種還常常不能滿足最不利供水點的供水要求，且難于滿足不斷增長的供水需求。同時，由于在建筑物頂部形成很大的負(fù)重，所以增加了結(jié)構(gòu)面積，也妨礙了美觀。另外這種供水方式的水質(zhì)容易受到污染，系統(tǒng)的開、停，將完全由人操作，這將會出現(xiàn)能量的嚴(yán)重浪費和供水質(zhì)量的嚴(yán)重下降。 3.氣壓供水方式 模糊控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的研究與設(shè)計這種方式是利用封閉的氣壓罐代替高位水塔/水箱蓄水，通過監(jiān)測罐內(nèi)壓力來控制泵的開、停。罐的占地面積與水塔水箱供水方式相比較小，而且可以放在地上，設(shè)備的成本比水塔水箱要低得多。而且氣壓罐是密封的，所以大大減少了水質(zhì)因異物進入而被污染的可能性，靈

16、活性大、建設(shè)快、不妨礙美觀，且可以通過改變壓力罐的壓力來滿足不斷增加的供水需求。但缺點是需要壓力罐，其體積大、投資大，又因其壓力變化快、運行效率低，因此電能消耗大，運行費用高6。綜上所述，傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)浪費了很多水力資源和電力資源，效率低下，且可靠性低，嚴(yán)重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。它們還有一個共同的致命缺點是自動化程度不高，跟不上時代發(fā)展的需求。所以開發(fā)一種新型的自動化程度高、可靠性高且節(jié)能效果好的供水系統(tǒng)迫在眉睫。1.2.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)主要特點 a. 節(jié)能，可以實現(xiàn)節(jié)電20%40%，能實現(xiàn)綠色省電。 b. 占地面積小，投資少，效率高。 c. 配置靈活，自動化程度高，功能齊全

17、，靈活可靠。 d. 運行合理，由于是軟啟和軟停，不但可以消除水錘效應(yīng)，而且電機軸上的平均扭矩和磨損減小，減小了維修量和維修費用，并且水泵的壽命大大提高。 e. 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。 f. 通過通信控制，可以實現(xiàn)五人職守，節(jié)約了人力物力。 1.2.3 變頻調(diào)速恒壓供水節(jié)能分析變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)最突出的特點就是節(jié)能。在該系統(tǒng)中，最主要的是對水泵的控制，在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，由離心泵組成的供水系統(tǒng)普遍存在，下面就以離心泵為例分析變頻調(diào)速節(jié)能的原理。1、 供水系統(tǒng)的特性和工作點 1揚程特性 以管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤幔砻髟谀骋晦D(zhuǎn)速

18、下，全揚程HT與流量Q間關(guān)系的曲線HT=f(Q)，稱為揚程特性曲線，如圖1-1中的曲線所示。揚程特性是反映用戶的用水需求狀況對全揚程的影響的。 2管阻特性 以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤?，表明閥門在某一開度下，全揚程HT與流量Q間關(guān)系的曲線HT=f(Q)，稱為管阻特性曲線。如圖1-1中的曲線所示，管阻特性是表明由管阻（閥門開度）來控制供水能力的特性曲線。 3供水系統(tǒng)的工作點 揚程特性曲線和管阻特性曲線的交點，稱為供水系統(tǒng)的工作點，如圖1-1中的N點在這一點，供水系統(tǒng)既滿足了揚程特性，也符合了管阻特性。供水系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)穩(wěn)定運行。 4供水功率 供水系統(tǒng)向用戶供水時所消耗的功率PG（KW）稱為供水

19、功率，供水功率與流量和揚程的乘積成正比：PG=CPHTQ（1-1）式中CP比例常數(shù)。 由圖1-1中可以看出：供水系統(tǒng)的額定功率與面積0ANG成正比7。 二、調(diào)節(jié)流量的方法與比較 在供水系統(tǒng)中，最根本的控制對象是流量。因此，要討論節(jié)能問題，必須從考察調(diào)節(jié)流量的方法入手。常見的方法有閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種。 1.閥門控制法 即通過關(guān)小或開大閥門來調(diào)節(jié)流量，而轉(zhuǎn)速則保持不變（通常為額定轉(zhuǎn)速）。閥門控制法的實質(zhì)是水泵本身的供水能力不變，而是通過改變水路中的阻力大小來強行改變流量，以適應(yīng)用戶對流量的需求。這時，管阻特性將隨閥門開度的改變而改變，但揚程特性則不變。 如圖1-2所示，設(shè)用戶所需流量QX為

20、額定流量的60%（即QX=60%QN），當(dāng)通過關(guān)小閥門來實現(xiàn)時，管阻特性將改變?yōu)榍€，而揚程特性仍為曲線，故供水系統(tǒng)的工作點移至E點，這時：流量減小為QE（=QX）；揚程增加為HE；由式（1-1）知，供水功率PG與面積0DEJ成正比。 2.轉(zhuǎn)速控制法 即通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門開度則保持不變（通常為最大開度）。轉(zhuǎn)速控制法的實質(zhì)是通過改變水泵的供水能力來適應(yīng)用戶對流量的需求。當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速改變時，揚程特性將隨之改變，而管阻特性則不變。仍以用戶所需流量等于60%QN為例，當(dāng)通過降低轉(zhuǎn)速使QX=60%QN時，揚程特性為曲線，管阻特性仍為為曲線，故工作點移至C點。這時，流量減小為QE（=QX

21、），揚程減小為HC，供水功率PC與面積0DCK成正比。圖1-2調(diào)節(jié)流量的方法與比較Figure1-1 Methodb and comparison of the regulation flow3兩種方法的比較 比較上述兩種調(diào)節(jié)流量的方法可以看出，在所需流量小于額定流量（QX100%QN）的情況下，轉(zhuǎn)速控制時的揚程比閥門控制時小得多，所以轉(zhuǎn)速控制方式所需的供水功率也比閥門控制方式小得多。兩者之差?P便是轉(zhuǎn)速控制方式節(jié)約的供水功率，它與面積KCEJ（圖中的陰影部分）成正比。這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的最基本的方面。 4從水泵的工作效率看節(jié)能 (1)工作效率的定義水泵的供水功率PG與軸功率PP

22、（輸入功率，即電動機的輸出功率）之比，即為水泵的工作效率，符號是P： P=PG/PP （1-2） (2)水泵工作效率的近似計算據(jù)有關(guān)資料介紹，水泵工作效率相對值*的近似計算公式如下： P*=C1（Q*/n*）C2(Q*/n*)2 (1-3)式中，P*、Q*、n*分別為效率、流量和轉(zhuǎn)速的相對值；C1、C2常數(shù)，由制造廠家提供，C1與C2之間，通常遵循如下規(guī)律:C1C2=1 (3)不同控制方式時的工作效率由式（1-3）可知，當(dāng)通過關(guān)小閥門來減小流量時，由于轉(zhuǎn)速不變，n*=1，比值Q*/n*=Q*，可見，隨著流量的減小，水泵工作的效率降低十分明顯。在轉(zhuǎn)速控制方式時，由于在閥門開度不變的情況下，流量Q

23、*和轉(zhuǎn)速n*是成正比的，比值Q*/n*不變。就是說，采用轉(zhuǎn)速控制方式時，水泵的工作效率總是處于最佳狀態(tài)。所以，轉(zhuǎn)速控制方式與閥門控制方式相比，水泵的工作效率要大得多。這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的第二個方面。 5從電動機的效率看節(jié)能 在設(shè)計供水系統(tǒng)時，由于：對用戶的管路情況無法預(yù)測；管阻特性難以準(zhǔn)確計算；必須對用戶的需求留有足夠的余地。因此，在決定額定揚程和額定流量時，通常裕量較大。所以，在實際的運行過程中，即使在用水流量的高峰期，電動機也常常處于輕載狀態(tài)，其效率和功率因數(shù)都較低。采用了轉(zhuǎn)速控制方式后，可將排水閥完全打開而適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。由于電動機在低頻運行時，變頻器具有能夠根據(jù)負(fù)載輕重調(diào)整

24、輸入電壓的功能，從而提高了電動機的工作效率。這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的第三個方面。 綜上所述，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能顯而易見，所以要大力發(fā)展變頻調(diào)速技術(shù)。1.2.4 變頻供水系統(tǒng)應(yīng)用范圍 變頻恒壓供水系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應(yīng)用，按所使用的范圍大致分為三類：(1)小區(qū)供水(加壓泵站)變頻恒壓供水系統(tǒng) 這類變頻供水系統(tǒng)主要用于包括工廠、小區(qū)供水、高層建筑供水、鄉(xiāng)村加壓站，特點是變頻控制的電機功率小，一般在 135kw以下，控制系統(tǒng)簡單。由于這一范圍的用戶群十分龐大，所以是目前國內(nèi)研究和推廣最多的方式。 (2)國內(nèi)中小型供水廠變頻恒壓供水系統(tǒng) 這類變頻供水系統(tǒng)主要用于中小供水廠或大中城市的輔

25、助供水廠。這類變頻器電機功率在135kw320kw之間，電網(wǎng)電壓通常為220V或380V。受中小水廠規(guī)模和經(jīng)濟條件限制，目前主要采用國產(chǎn)通用的變頻恒壓供水變頻器。 (3)大型供水廠的變頻恒壓供水系統(tǒng) 這類變頻供水系統(tǒng)用于大中城市的主力供水廠，特點是功率大、機組多、多數(shù)采用高壓變頻系統(tǒng)。這類系統(tǒng)一般變頻器和控制器要求較高，多數(shù)采用了國外進口變頻器和控制系統(tǒng)。如利德福華的一些高壓供水變頻器1.3 研究意義 變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用和推廣，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中無非是解決兩大問題一是節(jié)能，二是改善生產(chǎn)過程。我國的產(chǎn)值能耗是世界上最高的國家之一。據(jù)統(tǒng)計，目前我國電機的總裝機容量己達4億千瓦，年耗電量約占全國用電量的

26、60%，但我國電機驅(qū)動系統(tǒng)的能源利用率卻非常低，基本上要比國外平均水平低20%，70%的電機只相當(dāng)于國際20世紀(jì)50年代的技術(shù)水平電機驅(qū)動系統(tǒng)能效比國外低20%左右，電能浪費十分嚴(yán)重。 眾所周知，水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分，在節(jié)水節(jié)能已成為時代特征的現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動化程度低。飲水工程對于每個人來說都是非常重要的，供水系統(tǒng)也在現(xiàn)代工業(yè)中無處不在。然而，作為飲水工程中最重要的供水這一環(huán)目前卻存在著很多問題，傳統(tǒng)供水方式己經(jīng)不能滿足當(dāng)前社會的發(fā)展和需求。 要解決生產(chǎn)過程中能耗高的問題，

27、除其它相關(guān)的技術(shù)問題需要改進外，變頻調(diào)速技術(shù)已成為節(jié)能及提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施，其重要性日益得到了國家的重視，在國內(nèi)推廣變調(diào)速技術(shù)有著非常重大的現(xiàn)實意義和巨大的經(jīng)濟價值及社會價值。變頻調(diào)速式供水系統(tǒng)具有節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資調(diào)節(jié)能力大、運行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟效益與社會效益。1.4 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展 變頻恒壓供水是在交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的，所以談變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展就是要看看交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展。交流變頻調(diào)速技術(shù)是建立在電力電子技術(shù)基礎(chǔ)之上的。電力電子器件最初是普通晶閘管，它主要是電流控制型開關(guān)器件。以小電流控制大功

28、率的變換，但其開關(guān)頻率低，只能導(dǎo)通不能自關(guān)斷。20世紀(jì)70年代電力電子器件開發(fā)的電力晶體管(GTR)和門極關(guān)斷(GTO)晶閘管，它是一種電流型自關(guān)斷的電力電子器件，可以方便的實現(xiàn)變頻、逆變和斬波，為變頻調(diào)速技術(shù)的開發(fā)、發(fā)展和普及奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)80年代，又進一步開發(fā)成功了絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)，它是一種電壓(場控)型自關(guān)斷的電力電子器件，具有在任意時刻用基極(柵極、門極)信號控制導(dǎo)通或關(guān)斷的功能從而使變頻調(diào)速技術(shù)又向前邁進了一步。電力電子器件發(fā)展逐步把控制、驅(qū)動、保護等功能集成化起來，出現(xiàn)了智能化功率集成電路(IGBT)。 模塊和智能功率模塊(IPM)，它們實現(xiàn)了開關(guān)頻率的高速化、

29、低導(dǎo)通電壓的高性能及功率集成電路的大規(guī)?；?，包括了邏輯控制、功率、保護、傳感及測量的電路功能，為交流變頻調(diào)速技術(shù)開辟了新的天地。電力電子技術(shù)的發(fā)展與后來的正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)（SPWM）的結(jié)合推動了變頻調(diào)速應(yīng)用于恒壓供水系統(tǒng)中。電力電子技術(shù)發(fā)展方向是：高電壓大容量化、高頻化、組件模塊化、小型化、智能化和低成本化。這無疑將推動交流變頻調(diào)速技術(shù)向新的方向發(fā)展。我國的交流變頻調(diào)速技術(shù)雖起步晚，但是已取得了巨大發(fā)展，變頻技術(shù)逐步應(yīng)用在各個領(lǐng)域，尤其在風(fēng)機、水泵方面，但同國外仍有一定的差距，我們還要大力發(fā)展自己的電力電子技術(shù)。國外交流變頻調(diào)速技術(shù)高速發(fā)展，隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高和全球性能源短缺，變頻

30、器越來越廣泛地應(yīng)用在機械、紡織、供水、化工、造紙、冶金、食品等各個行業(yè)，并取得顯著的經(jīng)濟效益。尤其在水泵、風(fēng)機方面的應(yīng)用，取得了顯著的節(jié)能效果，近年來高電壓大電流的SCR、GTO、IGBT等器件的生產(chǎn)以及并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使高電壓、大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實。 1.5 本文主要研究內(nèi)容 本文主要論述了變頻調(diào)速的基本原理及單片機在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用。為了表述如何利用單片機完成對電機的變頻調(diào)速控制，實現(xiàn)變頻調(diào)速恒壓供水，本文提出了一個基于AT89C51單片機的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，并設(shè)計了該系統(tǒng)的硬件控制系統(tǒng)和軟件控制系統(tǒng)。9第2章 單片機概述1.6 本章總結(jié)本章主要介

31、紹了變頻調(diào)速供水系統(tǒng)的產(chǎn)生背景及研究意義，對比分析了傳統(tǒng)供水方式的弊病，突出了變頻恒牙供水系統(tǒng)的特點，并針對此系統(tǒng)最大的優(yōu)勢節(jié)能進行了詳細的說明。第2章 單片機概述2.1 單片機簡介 單片機是一種集成在電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。 單片機不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當(dāng)于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺

32、少了I/O設(shè)備。事實上，單片機是世界上數(shù)量最多的計算機?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機在工作。汽車上一般配備40多部單片機，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作的單片機的數(shù)量不僅遠超過PC機和其他計算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。 不同的單片機有著不同的硬件特征和軟件特征，即它們的技術(shù)特征均不盡相同，硬件特征取決于單片機芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用戶要使用某種單片機，必須了解該型產(chǎn)品是否 滿足需要的功能和應(yīng)用系統(tǒng)所要求的特性指標(biāo)。這

33、里的技術(shù)特征包括功能特性、控制特性和電氣特性等等，這些信息需要從生產(chǎn)廠商的技術(shù)手冊中得到。軟件特征是指指令系統(tǒng)特性和開發(fā)支持環(huán)境，指令特性即我們所說的單片機的尋址方式，數(shù)據(jù)處理和邏輯處理方式，輸入輸出特性及對電源的要求等等。開發(fā)支持的環(huán)境包括指令的兼容及可移植性，支持軟件(包含可支持開發(fā)應(yīng)用程序的軟件資源)及硬件資源。要利用某型號單片機開發(fā)自己的應(yīng)用系統(tǒng)，掌握其結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)特征是必須的。 單片機控制系統(tǒng)因其體積小，成本低，功能強大等特點，正逐漸取代以前利用復(fù)雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，其控制過程可以以軟件控制來實現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化。隨著控制范疇的不斷拓展，單片機的應(yīng)用領(lǐng)域也將越來越

34、廣泛，它已從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設(shè)計思想。是控制技術(shù)的一次革命。2.2 單片機的發(fā)展史 1974 年,美國仙童(Firchild)公司研制出世界第一臺單片微型機F8。該機有兩塊集成電路芯片組成,結(jié)構(gòu)奇特,具有與眾不同的指令系統(tǒng),深受民用電器和儀器儀表領(lǐng)域的歡迎和重視。從此,單片機開始迅速發(fā)展,應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴大?，F(xiàn)已成為微型計算機的重要分支,單片機的發(fā)展過程通?？梢苑譃橐幌聨讉€發(fā)展過程。 第一代單片機(1974-1976):這是單片機發(fā)展的起步階段。在這個時期生產(chǎn)的單片機特點是,制造工藝落后和集成度低,而且采用了雙片形。典型的代表產(chǎn)品有Fairchild公司的F8和Mostek387

35、公司的3870等。 第二代單片機(1976-1978):這是單片機的第二發(fā)展階段。這個時代生產(chǎn)的單片機隨然已能在單塊芯片內(nèi)集成CPU,并行口,定時器,RAM和ROM等功能部件,但性能低,品種少,應(yīng)用范圍也不是很廣,典型的產(chǎn)品有Inrel公司的MCS-48系列機。 第三代單片機(1979-1982):這是八位單片機成熟的階段.這一代單片機和前兩代相比,不僅存儲量和尋址范圍大,而且中斷源,并行I/O口和定時器/計數(shù)器個數(shù)都有了不同程度的增加,更有甚者是新集成了全雙工穿行通信接口電路。在指令系統(tǒng)方面,普遍增設(shè)了乘除法和比較指令。這一時期的單片機品種齊全,可滿足各種不同領(lǐng)域的需要。代表產(chǎn)品有Intel

36、公司的MCS-51系列機,Motorola公司的MC6801系列機,TI公司的TMS7000系列機,此外,Rockwell,NS,GI和松下等公司也先后生產(chǎn)了自己的單片機系列。第四代單片機(1983年以后):這是十六位單片機和八位高性能單片機并行發(fā)展的時代,十六位機的特點是,工藝先進,集成度高和內(nèi)部功能強,加法運算速度可達到1us以上,而且允許用戶采用面向工業(yè)控制的專用語言,如PL/MPLUS C和Forth語言等。代表產(chǎn)品有intel公司的MCS-96系列,TI公司的TMS9900,NEC公司的783××系列和NS公司的HPC16040等。 我國開始使用單片機是在1982

37、年，從那時到現(xiàn)在20多年的時間里，單片機領(lǐng)域發(fā)生了翻天覆地的變化。國內(nèi)的單片機發(fā)展在前幾年以51及其兼容系列為主。直到現(xiàn)在 51系列的芯片還在中國市場占有相當(dāng)大的比重。中國單片機市場經(jīng)過近三十年的發(fā)展，及在國家的支持下，也產(chǎn)生了一些非常優(yōu)秀的單片機設(shè)計生產(chǎn)廠家。 2.3 單片機的發(fā)展趨勢 計算機系統(tǒng)的發(fā)展已明顯地朝三個方向發(fā)展；這三個方向就是：巨型化，單片化，網(wǎng)絡(luò)化。以解決復(fù)雜系統(tǒng)計算和高速數(shù)據(jù)處理為主的工作仍然是巨型機在起作用，故而，巨型機在目前在朝高速及處理能力的方向努力。單片機在出現(xiàn)時，Intel公司就給其單片機取名為嵌入式微控制器（embedded microcontroller）。單

38、片機的最明顯的優(yōu)勢，就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中。這一點是巨型機和網(wǎng)絡(luò)不可能做到的。目前，用戶對單片機的需要越來越多，但要求也越來越高，在這個刺激下，單片機技術(shù)在很多方面都有了進步。 首先，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面，單片機已集成了越來越多的部件。這些部件包括一般常用的電路，例如：定時器，比較器，A/D轉(zhuǎn)換器，D /A轉(zhuǎn)換器，串行通信接口，Watchdog電路，LCD控制器等。 有的單片機為了構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)或形成局部網(wǎng)，內(nèi)部含有局部網(wǎng)絡(luò)控制模塊CAN。例如，Infineon公司的C 505C，C515C，C167CR，C167CS-32FM，81C90；Motorola公司的68HC08AZ 系列等。特別

39、是在單片機C167CS-32FM中，內(nèi)部還含有2個CAN。因此，這類單片機十分容易構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。特別是在控制，系統(tǒng)較為復(fù)雜時，構(gòu)成一個控制網(wǎng)絡(luò)十分有用。 其次，是功耗、封裝及電源電壓方面?，F(xiàn)在新的單片機的功耗越來越小，特別是很多單片機都設(shè)置了多種工作方式，這些工作方式包括等待、暫停、睡眠、空閑、節(jié)電等工作方式。Philips公司的單片機P87LPC762是一個很典型的例子，在空閑時，其功耗為1.5 mA，而在節(jié)電方式中，其功耗只有0.5mA。 現(xiàn)在單片機的封裝水平已大大提高，隨著貼片工藝的出現(xiàn)，單片機也大量采用了各種合符貼片工藝的封裝方式出現(xiàn)，以大量減少體積。 擴大電源電壓范圍以及在較低電壓下仍然

40、能工作是今天單片機發(fā)展的目標(biāo)之一。目前，一般單片機都可以在3.35.5V的條件下工作。而一些廠家，則生產(chǎn)出可以在2.26V的條件下工作的單片機。這些單片機有Fujitsu公司的MB8919189195，MB89121125A，MB89130系列等，應(yīng)該說該公司的F2MC-8L系列單片機絕大多數(shù)都滿足2.26V的工作電壓條件。而TI公司的MSP430X11X系列的工作電壓也是低達2.2V的。 最后是工藝方面。現(xiàn)在的單片機基本上采用CMOS技術(shù)，但已經(jīng)大多數(shù)采用了0.6m以上的光刻工藝，有個別的公司，如Motorola公司則已采用0.35m甚至是0.25m技術(shù)。這些技術(shù)的進步大大地提高了單片機的內(nèi)

41、部密度和可靠性。 綜上所述，單片機的發(fā)展趨勢主要有以下幾個特點： 1 低功耗 制作工藝全部CMOS化。這主要是出于對低功耗的要求，而且在單片機工作模式上，也有多種模式，如idel，sleep模式等。有的還使用雙晶振設(shè)計，在空閑時候關(guān)閉高速晶振，使用片內(nèi)或外部低速晶振。等機功耗非常低。 2 資源豐富 盡管單片機內(nèi)部已經(jīng)由最初的微處理器變?yōu)槲⒖刂破?，實現(xiàn)在單片化，但是出于成本和穩(wěn)定性的考慮，如A/D(模/數(shù)轉(zhuǎn)換器)、D/A(數(shù)/模轉(zhuǎn)換器)、PWM(脈沖產(chǎn)生器)以及LCD(液晶)驅(qū)動器等也集成到內(nèi)部，出于開發(fā)和調(diào)試的方便，大多支持ISP下載、片上調(diào)試、定時器/計數(shù)器、上電復(fù)位電路、甚至集成有單運放電

42、路。 有些高檔單片機，如一些32位的單片機，出于一些特殊市場，還在內(nèi)部集成有音頻解碼和合成，圖片和視頻解碼電路，DMA通道，MMC等。3 共性和個性 共性，是指單片機的共同特性，8051為代表的單片機架構(gòu)和指令對整個單片機領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠的影響，其他單片機或多或少都會受到其加構(gòu)的影響。因此國內(nèi)很多企業(yè)生產(chǎn)類似于51系列的增強型的單片機，這些芯片，保留了8051單片機的功能特性的同時，增強了其功能，比如采用流水線，單周期執(zhí)行周期等，使單片機運算速度提高十倍以上。 個性是指一些面向特殊領(lǐng)域、特殊設(shè)計的單片機，如用于特殊控制的簡單電路，有的單片機只有一個定時器，內(nèi)部集成上電復(fù)位電路，ROM只有1K的S

43、OP-8的單片機，價格在1元人民幣以下。 總之，單片機的發(fā)展將進一步多元化，單片機產(chǎn)品將更加豐富，單片機的盡用場合將進一步細化。單片機將更易用、性能更加穩(wěn)定、價格更低，而主流仍然是8位機。2.4 AT89C51單片機簡介 本文設(shè)計的系統(tǒng)主要采用AT89C51作為控制。AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機。片內(nèi)帶有4KB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和128B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器。該器件采用ATMEL公司的高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于芯片中組合有多功能8位CPU和閃爍存儲器，ATMEL的AT89C51是一

44、種功能強大、性價比高的微控制器，廣泛應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 AT89C51單片機的主要特性有：與MCS-51兼容，4KB可編程閃爍存儲器，1000次的擦寫循環(huán)周期，10年數(shù)據(jù)保留時間，0Hz-24MHz全靜態(tài)工作，三級程序存儲器鎖定， 128×8位內(nèi)部RAM，32可編程I/O線，兩個16位定時器/計數(shù)器，5個中斷源，可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式以及片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。2.5 本章總結(jié)本章對單片機的“昨天”、“今天”和“明天”做了大體上的闡述，著重對本次設(shè)計中使用到的AT89C51單片機進行了介紹。15第3章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的工作原理第3章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的工作原

45、理 在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，是通過變頻調(diào)速來改變水泵的轉(zhuǎn)速從而改變水泵工作點來達到調(diào)節(jié)供水壓力的目的。反應(yīng)水泵運行工程的水泵工作點也稱為水泵工況點，是指水泵在確定的管路系統(tǒng)中，實際運行時所具有的揚程、流量以及相應(yīng)的效率、功率等參數(shù)。在調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速的過程中，水泵工況點的調(diào)節(jié)是一個十分關(guān)鍵的問題。如果水泵工況點偏離設(shè)計工作點較遠，不僅會引起水泵運行效率降低、功率升高或者發(fā)生嚴(yán)重的氣穴現(xiàn)象，還可能導(dǎo)致管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定而影響正常的供水。水泵在實際運行時的工作點取決于水泵性能、管路水力損失以及所需實際揚程，這三種因素任一項發(fā)生變化，水泵的運行工況都會發(fā)生變化因此水泵工況點的確定和工況調(diào)節(jié)與這三者密切相關(guān)

46、。3.1 變頻調(diào)速的基本原理 系統(tǒng)中的水泵機組應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)。即通過改變電動機定子電源效率來改變電動機轉(zhuǎn)速可以相應(yīng)的改變水泵轉(zhuǎn)速及工況，使其流量與揚程適應(yīng)管網(wǎng)用水量的變化，保持管網(wǎng)最不利點壓力恒定，達到節(jié)能效果。 由異步電動機的轉(zhuǎn)速公式 (3-1) 式中，n為電動機轉(zhuǎn)速；為電動機定子的供電頻率；s為轉(zhuǎn)差率；np為電動機定子繞組極對數(shù)；n1為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速。由式(3-1)可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時，基本上正比于，所以改變供電電源頻率即可調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速。這種調(diào)速方法可以獲得很大的調(diào)速圍，很好的調(diào)速平滑性和相對穩(wěn)定性。第3章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的工作原理3.2 系統(tǒng)工作過程 根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)

47、的實際狀況，白天一般只需開動一臺水泵，就能滿足生產(chǎn)生活需要，小機工頻運行作恒速泵使用，大機變頻運行作變量泵；晚上用水低峰時，只需開動一臺大機就能滿足供水需要，因此可以采用一大一小搭配進行設(shè)計，即把水泵1（220KW）和水泵2（160KW）為一組，變頻調(diào)速控制系統(tǒng)可以根據(jù)運行時間的長短來調(diào)整選擇不同的機組運行。系統(tǒng)工作原理結(jié)構(gòu)見圖3-1。 圖3-1 供水控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖 Figure 3-1 The structure diagram for the principle of Water Supply Control System 分析控制系統(tǒng)機組（水泵1、2機組）工作過程，可分為以下三個工作

48、狀態(tài)：（1）水泵2變頻啟動；（2）水泵1變頻運行，水泵2工頻運行；（3）水泵1單獨變頻運行，一般情況下，水泵電機都處于這三種工作狀態(tài)中，當(dāng)管網(wǎng)壓力突變時，三種工作狀態(tài)就要發(fā)生相應(yīng)變換，因此這三種工作狀態(tài)對應(yīng)著三個切換過程。 1.切換過程 水泵2變頻啟動，頻率達到50Hz，水泵1變頻運行，水泵2工頻運行。系統(tǒng)開始工作時，管網(wǎng)水壓低于設(shè)定壓力下限P。按下相應(yīng)的按鈕，選擇機組運行， KM2得電，水泵2先接至變頻器輸出端，接著接通變頻器FWD端。變頻器對拖動水泵2的電動機采用軟啟動，水泵2啟動，運行一段時間后，隨著運行頻率的增加，當(dāng)變頻器輸出頻率增至工頻f0可編程控制器發(fā)出指令，接通變頻器BX端，變頻

49、器FWD端斷開，KM2失電，水泵2自變頻器輸出端斷開，KM1得電，水泵2切換至工頻運行，水泵2自變頻器輸出端斷開，KM1得電水泵2切換至工頻運行。水泵2工頻運行后，開啟水泵2閥門，水泵2工作在工頻狀態(tài)。接著KM3得電，水泵1接至變頻器輸出端，接通變頻器FWD端，變頻器BX端斷開，水泵1開始軟啟動，運行一段時間后，開啟水泵1閥門，水泵1電機工作在變頻狀態(tài)。從而實現(xiàn)水泵2由變頻切換至工頻電網(wǎng)運行，水泵1接入變頻器并啟動運行，在系統(tǒng)調(diào)節(jié)下變頻器輸出頻率不斷增加，直到管網(wǎng)水壓達到設(shè)定值（PiPPm）為止。 2.切換過程 由水泵1變頻運行，水泵2工頻運行轉(zhuǎn)變?yōu)樗?單獨變頻運行狀態(tài)。當(dāng)晚上用水量大量減少

50、時，水壓增加，水泵1電機在變頻器作用下，變頻器輸出頻率下降，電機轉(zhuǎn)速下降，水泵輸出流量減少，當(dāng)變頻器輸出頻率下降到指定值fmin，電機轉(zhuǎn)速下降到指定值，水管水壓高于設(shè)定水壓上限Pk時（f=fmin，PPk），在系統(tǒng)控制下，水泵2電機在工頻斷開，2水泵1繼續(xù)在變頻器拖動下變頻運行。 3.切換過程 由水泵1變頻運行轉(zhuǎn)變?yōu)樗?變頻停止，水泵2變頻運行狀態(tài)。當(dāng)早晨用水量再次增加時，水泵1電動機工作在調(diào)速運行狀態(tài)，當(dāng)變頻器輸出頻率增至工頻fi（即50Hz），水管水壓低于設(shè)定水壓上限Pi時（水泵1電機f=fi，PPi），接通變頻器BX端，變頻器FWD斷開，KM3斷開，水泵1電機自變頻器輸出端斷開；KM2

51、得電，水泵1電機接至變頻器輸出端；接通變頻器FWD端，于此同時變頻器BX端斷開。水泵1電機開始軟啟動。控制系統(tǒng)又回到初始工作狀態(tài)，開始新一輪循環(huán)。3.3 系統(tǒng)的參數(shù)選取及調(diào)速范圍 合理選取壓力控制參數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)低能耗恒壓供水，這個目的的實現(xiàn)關(guān)鍵就在于恒壓控制參數(shù)的選取，通常管網(wǎng)壓力控制點的選擇有兩個：一個就是管網(wǎng)最不利點壓力恒壓控制。另一個就是泵出口壓力恒壓控制。 變頻器在投入運行后的調(diào)試是保證系統(tǒng)達到最佳運行狀態(tài)的必要手段。變頻器根據(jù)負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣性的大小，在啟動和停止電機時所需的時間就不同，設(shè)定時間過短會導(dǎo)致變頻器在加速時過電流，在減速時過電壓保護；設(shè)定時間過長會導(dǎo)致變頻器在調(diào)速運行時使系統(tǒng)

52、變得調(diào)節(jié)緩慢，反應(yīng)遲滯，應(yīng)變應(yīng)變能力差，系統(tǒng)易處于短期不穩(wěn)定狀態(tài)中。為了變頻器不跳閘保護，現(xiàn)場使用當(dāng)中的許多變頻器加減速時間的設(shè)置過長，它所帶來的問題很容易被設(shè)備外表的正常覆蓋，但是變頻器達不到最佳運行狀態(tài)，所以現(xiàn)場使用時要根據(jù)所驅(qū)動的負(fù)載性質(zhì)不同，測試出負(fù)載的允許最短加減速時間，進行設(shè)定。對于水泵電機，加減速時間的選擇在0.2-20秒之間。考察水泵的效率曲線，水泵轉(zhuǎn)速的工況調(diào)節(jié)必須限制在一定范圍之內(nèi)，也就是不要使變頻器效率降得過低，避免水泵在低效率段運行。水泵的調(diào)速范圍由水泵本身特性和用戶所需揚程規(guī)定，當(dāng)選定某型號的水泵時即可確定此水泵的最大調(diào)速范圍在根據(jù)用戶的揚程確定具體降低調(diào)速范圍，在實

53、際配泵時揚程設(shè)定在高效區(qū)，水泵的調(diào)速范圍將進一步變小，其頻率變化范圍在40Hz以上，也就是說轉(zhuǎn)速下降在20%以內(nèi)。在此范圍內(nèi)，電動機的負(fù)載率在50%-100內(nèi)變化，電動機的效率基本上都在高效區(qū)。3.4 本章總結(jié)本章對變頻調(diào)速的基本原理進行了闡述，分析說明了系統(tǒng)中工頻泵、變頻泵的三個切換過程，系統(tǒng)是如何工作的及調(diào)速范圍的選取。第4章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計 如前所述，本文設(shè)計的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)主要采用Atmel 公司的AT89C51 單片機作為控制CPU (因為該單片機片內(nèi)具有4KB 可編程閃爍存儲器)其系統(tǒng)構(gòu)成如圖4-1所示17第4章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計 圖4-1 系統(tǒng)

54、構(gòu)成原理圖 Figure 4-1 System structure diagram 系統(tǒng)的工作原理是: 控制器通過檢測實際水壓值, 比較設(shè)定水壓值和實際水壓值的差別, 按PID 控制規(guī)律運算后,輸出控制信號至變頻器, 變頻器則根據(jù)控制器的輸入信號調(diào)節(jié)水泵電機的供電電壓和頻率。當(dāng)用水量增加時, 控制器控制變頻器使電動機的電壓和頻率加大, 水泵轉(zhuǎn)速升高, 出水量增加; 當(dāng)用水量減少時, 控制器控制變頻器使電動機的電壓和頻率降低, 水泵轉(zhuǎn)速下降, 出水量減少。通過這種控制方式, 就可以使自來水管道壓力保持在設(shè)定值上。 如前所述，系統(tǒng)的核心控制CPU為AT89C51單片機，為確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行, 采用MAX813 作為系統(tǒng)的電壓監(jiān)控及Watchdog 電路; 壓力變送器送來的420mA 的壓力信號經(jīng)IC7 轉(zhuǎn)換為05V 的電壓信號; 由A/ D 轉(zhuǎn)換電路ADC0809將壓力傳感器的檢測水壓值和設(shè)定電位器的設(shè)定值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量, 供單片機使用; D/ A 轉(zhuǎn)換電路采用DAC0832 , 將單片機輸入的控制量轉(zhuǎn)換為420mA 電流環(huán), 控制變頻器的輸出頻率。變頻器采用常