小區(qū)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)設(shè)計

1、湖南現(xiàn)代物流職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢畢 業(yè) 設(shè) 計論文題目 小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計專 業(yè)：物流工程自動化班 級： 02自動化方向?qū)W生姓名：蔣兆異指導(dǎo)老師： 鐘雙紅2011年11月29日目錄引言隨著近年來我國城市建設(shè)的發(fā)展，各生活小區(qū)，高校以及企業(yè)等水用戶對供水品質(zhì)的要求不斷提高，為滿足用戶的要求，就需要高效、節(jié)能的自動調(diào)節(jié)供水系統(tǒng)。目前，國內(nèi)大部分供水泵站采用的是傳統(tǒng)供水工藝，利用恒速水泵，手工操作，人工監(jiān)控、經(jīng)驗管理，管網(wǎng)供水量的變化靠大小水泵的搭配開停加上調(diào)節(jié)閥來滿足。這種傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)存在漏失多、耗能高，技術(shù)水平低，綜合效率低的缺點。針對上述問題，本文研制了變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)是以管網(wǎng)水壓為

2、設(shè)定參數(shù)，通過控制變頻器的輸出頻率從而自動調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使供水系統(tǒng)自動恒穩(wěn)于設(shè)定的壓力值。即用水量增加時，頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量相應(yīng)增大，當用水量超過一臺泵的供水量時，通過控制器加泵；用水量減少時，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)量以及變頻器對水泵的調(diào)速，來實現(xiàn)恒壓供水。同時達到供水效率的目的“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)過程中，若自來水供水因故壓力不足或短

3、時斷水，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴重時使產(chǎn)品報廢和設(shè)備損壞。又如發(fā)生火災(zāi)時，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟損失和人員傷亡。所以，某些用水區(qū)采用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟和社會意義。概論變頻調(diào)速恒壓供水的目的和意義眾所周知,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。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況，此時將會造成能

4、量的浪費，同時有可能使水管爆破和用水設(shè)備的損壞。供水廠希望通過對原有系統(tǒng)的技術(shù)改造，提高生產(chǎn)過程的自動化水平。并在此基礎(chǔ)之上配備相應(yīng)的系統(tǒng)管理軟件，改變傳統(tǒng)的落后管理方式，使管理工作規(guī)范化，提高水廠的業(yè)務(wù)管理水平。由于水廠原有的供水控制系統(tǒng)是一個完全依靠值班人員手動控制的系統(tǒng)，所以對該系統(tǒng)技術(shù)改造的要求是在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)進行，設(shè)計一套取水和供水的自動控制系統(tǒng)，克服由于采用單純手動控制系統(tǒng)進行控制帶來的控制不方便、控制系統(tǒng)對供水管網(wǎng)中壓力和水位變化反應(yīng)遲鈍的問題，降低能源消耗和資源浪費，提高設(shè)備的可維護性和運行的可靠性，以達到降低自來水的生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)管理水平的目的。在相當比較大規(guī)模的工業(yè)生

5、產(chǎn)供水系統(tǒng)，變頻調(diào)速恒壓供水有它自身的特點：1.供水量在短時間內(nèi)（一天時間內(nèi)）變化大，這種變化在幾個小時內(nèi)甚至是幾倍或上十倍。2.對供水壓力的要求比較嚴格，供水的壓力隨供水的流量的變化而變化，甚至少量的水消耗都需要一定的管道壓力。3.一般情況下，供水系統(tǒng)的水流量受到水消耗量的控制，而水流量又是通過供水水泵的輸出來提供的。；從上即可結(jié)論：以變頻器為主體構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)不僅能夠最大程度滿足需要，也提高整個系統(tǒng)的效率，延長系統(tǒng)壽命、節(jié)約能源、而且能夠構(gòu)成復(fù)雜的功能強大的供水系統(tǒng)。1變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)恒壓供水是指在供水網(wǎng)中用水量發(fā)生變化時出口壓力保持不變的供水方式。傳統(tǒng)的恒壓供水方式是采用水塔、高

6、位水箱、氣壓罐等設(shè)施實現(xiàn)的。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟和廣泛使用，利用變頻器、PID調(diào)節(jié)器、單片機、PLC等器件的有機結(jié)合，構(gòu)成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，實現(xiàn)恒壓供水。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成及原理一般規(guī)定城市管網(wǎng)的水壓只保證6層以下樓房的用水，其余上部各層均需“提升”水壓才能滿足用水要求。以前大多采用傳統(tǒng)的水塔、高位水箱，或氣壓罐式的增壓設(shè)備，但它們都必須由水泵以高出實際用水高度的壓力來“提升”水量，其結(jié)果增大了水泵的軸功率和能量損耗。用變頻調(diào)速來實現(xiàn)恒壓供水，與用其他方式實現(xiàn)恒壓供水相比較，節(jié)能效果十分明顯，具有一系列優(yōu)點：起動平穩(wěn)，起動電流可以限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動時對電

7、網(wǎng)的沖擊；由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長泵和閥門等的使用壽命；可以消除啟動和停機時的水錘效應(yīng)；在鍋爐和其他燃燒重油的場合，恒壓供油可使油的燃燒更加充分，大大減少了對環(huán)境的污染。近年來，隨著城市居民區(qū)的不斷擴建與改造，樓房層數(shù)的不斷加高，我國居民用水難的問題越來越突出，原有的自來水管網(wǎng)的壓力出現(xiàn)了不足，用水困難給生活帶來極大不便。為解決上述問題，本文研制了交流變頻恒壓供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)控制部分是以AT89C51為核心,并與變頻器、壓力傳感器等器件有機結(jié)合起來，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)，通過控制變頻器的輸出頻率來自動調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速，并根據(jù)用水量的大小由單片機控制水

8、泵數(shù)量及變頻器對水泵的調(diào)速，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，即恒壓供水。恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用變頻器對水泵電動機進行變頻調(diào)速，組成供水壓力的閉環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的控制目標是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實際值進行比較，其差值輸入CPU即單片機芯片進行運算處理后，發(fā)出控制指令，改變水泵電動機的轉(zhuǎn)速和控制水泵電動機的投運臺數(shù)，從而使給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值。系統(tǒng)由變頻器、控制器、傳感器、水泵電機及相關(guān)電氣控制設(shè)備集成而成，是一種具有變頻調(diào)速和全自動閉環(huán)控制功能的機電一體化智能設(shè)備。系統(tǒng)構(gòu)成框圖為1-1。由上圖可以看到變頻恒壓供水控制系統(tǒng)通過測到的管網(wǎng)壓力，經(jīng)變

9、頻器的內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器運算后，調(diào)節(jié)輸出頻率，實現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓供水。變頻器的頻率超限信號（一般可作為管網(wǎng)壓力極限信號）可適時通知CPU進行變頻泵邏輯切換。為防止水錘現(xiàn)象的產(chǎn)生，泵的起停將聯(lián)動其出口閥門。系統(tǒng)工作原理如下：假設(shè)整個系統(tǒng)由三臺水泵，一臺變頻器，一臺控制器和一個壓用戶壓力傳感器變頻控制柜水池圖1-1變頻恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1-1 frequency constant pressure water system chart力傳感器及若干輔助部件構(gòu)成。各部分功能如下：安裝于供水管道上的壓力傳感器將檢測的管網(wǎng)壓力轉(zhuǎn)換成15伏的電信號，輸入至供水控制器的輸入模塊，信號經(jīng)單片機運算處理后與設(shè)

10、定的信號進行比較運算，得出偏差值，再經(jīng)過PID處理得出最佳的運行工況參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換成模擬信號，由系統(tǒng)的輸出模塊輸出變頻器的頻率設(shè)定值至變頻調(diào)速器，變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)管網(wǎng)的實際壓力，使之趨向于設(shè)定值，從而實現(xiàn)閉環(huán)控制的恒壓供水。對于多臺泵調(diào)速的方式，控制器控制泵站投運水泵的臺數(shù)及變泵量的運行工況，并實現(xiàn)對每臺水泵根據(jù)CPU指令實施軟啟動、軟切換及變頻運行。系統(tǒng)通過計算判定目前是否已經(jīng)達到設(shè)定壓力，決定是否增加或減少水泵。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。采用單片機控制的變頻供水系統(tǒng)具有實現(xiàn)容易、價格低廉等特點，是較理想的控制器。變頻恒壓供水系統(tǒng)的特點本

11、文研究的變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用生活水等多種場合的供水，該系統(tǒng)具有以下特點：1) 滯后性供水系統(tǒng)的控制對象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個過程控制量，同其他一些過程控制量(如：溫度、流量、濃度等)一樣，對控制作用的響應(yīng)具有滯后性。同時用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應(yīng)。2) 非線性用戶管網(wǎng)中因為有管阻、水錘等因素的影響，同時又由于水泵的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化不成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個非線性系統(tǒng)。3) 多變性變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)要具有廣泛的通用性，面向各種各樣的供水系統(tǒng)，而不同的供水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、用水量和揚程等方面存在著較大的差異，因此其控制對象的模型具有

12、很強的多變性。4) 時變性在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制包括定量泵的停止和運行)是時時發(fā)生的，同時定量泵的運行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確定性地發(fā)生變化，因此可以認為，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是時變的。5) 容錯性當出現(xiàn)意外的情況(如突然斷電、泵、變頻器或軟啟動器故障等)時，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況自動進行投切，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。在故障發(fā)生時，執(zhí)行專門的故障程序，保證在緊急情況下的仍能進行供水。6)可擴充性水泵的電氣控制柜，具有遠程和就地控制的功能和數(shù)據(jù)通訊接口，能與控制信號或控制軟件相連，能

13、對供水的相關(guān)數(shù)據(jù)進行實時傳送，以便顯示和監(jiān)控以及報表打印等。7) 節(jié)能性系統(tǒng)用變頻器進行調(diào)速，用調(diào)節(jié)泵和固定泵的組合進行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對每臺水泵進行軟啟動，啟動電流可從零到電機額定電流，減少了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊的同時減少了啟動慣性對設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)1) 工作原理在設(shè)備開始運行前, 首先應(yīng)建立相關(guān)設(shè)備在工作壓力下的動作參數(shù)等。當設(shè)備運轉(zhuǎn)時, 對供水管網(wǎng)的水壓及水壓率變化的信號,由壓力變送器不斷檢測并轉(zhuǎn)換成電信號傳輸?shù)阶冾l控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)將電信號和設(shè)定壓力值進行對比運算。 如果實際壓力比設(shè)定壓力低,然后將控制水泵加速運動；如果實際壓力

14、高于設(shè)定壓力，則會控制水泵減速運動；當達到設(shè)定壓力時，水泵將保持這一運動的頻率. 當一臺水泵工作頻率達到最高頻率時，若管網(wǎng)壓力仍達不到預(yù)設(shè)水壓，則將次臺泵切換到工頻運行，變頻器將自動啟動下一臺水泵，控制其變頻運行。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)壓力大于設(shè)定水壓，控制器控制變頻器頻率降低，當頻率低于下限時自動切掉一臺工頻泵或此變頻泵，始終使管網(wǎng)水壓保持恒定。工頻泵以最高頻率運行, 輔助泵供水也變?yōu)樽冾l恒壓供水方式, 進一步提高了工作效率,達到了節(jié)能的目的。2) 系統(tǒng)框圖圖1 系統(tǒng)框圖Fig.1 System constitution3) 系統(tǒng)特點高效節(jié)能. 根據(jù)需要設(shè)定的供水

15、壓力來變頻調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速；根據(jù)管網(wǎng)的供水量, 使水泵運行于最高效率模式。與普通的無塔給水設(shè)備相比,變頻供水節(jié)能效果達到20%。對電網(wǎng)沖擊小,保護功能完善。消除了水泵電機直接起動對電網(wǎng)的沖擊和干擾,設(shè)備控制系統(tǒng)具有減少短路,大壓力、超負荷運行停機, 散熱等的多種保護功能,大大提高了工作效率, 延長水泵使用壽命。人機連接面板操作靈活,設(shè)定參數(shù)方便。但建立靈敏的頻率下限、上升時間、減速時間、 水泵行業(yè)的時間等每一種操作參數(shù)仍有困難?？娠@示系統(tǒng)運行時間, 查找每一種故障原因。固定時間喚醒功能。因為系統(tǒng)投運水泵數(shù)量是根據(jù)管網(wǎng)用水量多少決定的，因此,當水量相當大的時候，一些小范圍內(nèi)的變化可能引起一些水泵長期

16、運動帶來的嚴重磨損，而其他水泵很長一段時間的不使用又造成生銹。解決了這個問題,系統(tǒng)便能更方便使用。 對于同一電流容量的多臺水泵,由于泵的平均運行時間是相同的, 必須設(shè)定與工頻泵相同的時間參數(shù)。設(shè)定后,就有固定時間進行交替運行的水泵。變量泵連續(xù)工作時間一超過設(shè)定的時間值, 就會處于休息的狀態(tài), 則變頻器自動切換啟動休息時間最長的變量泵, 并停止原變量泵,保證每個水泵運行時間相等, 延長水泵使用壽命。水泵運行的時間可以自由設(shè)定。一旦變頻器出現(xiàn)故障,可以手動改變頻率,以保證供水不間斷。由于掉電引起的停機在來電系統(tǒng)也能夠自動開始運行。4) 適用范圍廣泛適用于居民區(qū)、賓館和其他公共建筑的生活用水、鍋爐、

17、泵站等各類工礦企業(yè)生產(chǎn)用水、消防用水、,鍋爐恒壓供水、石油管線增壓進出水系統(tǒng)、農(nóng)田灌溉等。新概念變頻恒壓供水系統(tǒng)變頻恒壓供水系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用多年. 本文介紹一種新型的自動控制并且操作方便經(jīng)濟的恒壓供水裝置，這種新的裝置能夠利用POD方便的監(jiān)測和控制水壓。關(guān)鍵詞：恒壓供水,變頻器, POD和PID控制,串行通信 1) 概述變頻恒壓供水裝置已經(jīng)發(fā)展成熟，在市場上也得到很好的反映。系統(tǒng)運行穩(wěn)定,從節(jié)約能源的角度得到了社會的認同。這一系統(tǒng)是繼控制器與變頻調(diào)速技術(shù)的不斷恢復(fù)和發(fā)展。談到控制器,從繼電器邏輯電路,單片集成電路,可編程控制器,專用控制器經(jīng)歷了幾個階段。速度調(diào)節(jié)由變頻器說,其發(fā)展經(jīng)歷了多段速度控制

18、, 模擬量控制分配的專用控制器。每一步發(fā)展都意味著用更好的組成取代傳統(tǒng)方式。隨著富士電機新一代人機接觸界面發(fā)展， 變頻恒壓供水裝置出現(xiàn)新的技術(shù)創(chuàng)新的機會，即POD，需控制器采用人機接觸面,通過RS-485通信口。完成PLC及專用控制器的功能,實現(xiàn)對系統(tǒng)更可靠,功能更先進，外圍元件少,造價便宜,維護方便的優(yōu)點。 2) 系統(tǒng)功能該供水裝置可用于生活,工業(yè)及消防供水。根據(jù)用水數(shù)量的大小, 通過安裝在管網(wǎng)中的壓力傳感器和變頻器反饋, 實現(xiàn)了全自動的PID控制,保持管網(wǎng)壓力的恒定?？刂瞥绦蛴蒔OD規(guī)定，這個供水裝置實現(xiàn)了以下幾種功能：(1) 運行的軟起動及固定時間的停機功能；(2) 手動/自動功能；(3

19、) 消防功能,保持最大水壓； (4) 水位聯(lián)網(wǎng)功能,根據(jù)水位開關(guān),決定是否開啟設(shè)備； (5) 變頻器電機保護功能；(6) 分時功能,夜間用水量少自動設(shè)置低壓, 供應(yīng)高峰時設(shè)置高壓狀態(tài)；(7) 水需求量周期分析等功能, 自動描繪管網(wǎng)24小時內(nèi)壓力變化曲線，方便調(diào)試；(8) 不需要電鈕開關(guān),計量器具, 所有壓力及變頻器參數(shù)通過計算機監(jiān)視和設(shè)定。3) 系統(tǒng)框圖 這一設(shè)備的變頻器, POD和低壓電器,包括壓力表, 電力節(jié)點水位計等。 系統(tǒng)電氣示意圖如圖2。 其構(gòu)成如下：用富士電機標準產(chǎn)品. (1) 變頻器： FRN15P11S-4C1 ( 15kW風機水泵專用) (2) 低壓電器：富士專用開放K1 ：

20、 SA33B/30A30A K2 ： SA63B/60A60A富士接觸器C1-C4的： SC-E1 30A (3) 人機接觸界面：富士UG221H-LC4 5.7英寸單色藍屏4) 系統(tǒng)分析本系統(tǒng)充分利用人機接觸界面POD和變頻器通訊的特點, 無須PLC及專用設(shè)備。(1) 變頻器分析：富士G11/P11系列新增許多功能,實現(xiàn)完美控制與匹配(2) PID功能：將實際管網(wǎng)壓力回饋到變頻器模擬量輸入口處，實現(xiàn)閉環(huán)恒壓控制; (3) 串行通訊功能：圖2 系統(tǒng)示意圖Fig.2 System constitution帶RS-485通信功能 可以和POD進行直接與上位機溝通(4) 自由設(shè)定功能： 可以由X1-

21、X8 8輸入端輸入和將Y1-Y4 4輸出端設(shè)定為自由定義端,解決了POD沒有輸出端口的問題。 (5) 人機接觸界面(6) UG220H-LC4功能強大,價格便宜; 有三個通訊口和一個打印機連接口. 可同時連接PLC和設(shè)置一個萬年歷; (7) 宣傳介紹可能對公司的調(diào)查,圖表,標志和聯(lián)絡(luò)方法等進行了介紹;(8) 電流動作圖： 根據(jù)圖表的各種電氣部分制作相應(yīng)的動畫圖,顯示變頻器的起停,接觸器吸合/分離和電動機起停等; (9) 監(jiān)控畫面：可顯示變頻運行頻率,電壓,電流等參數(shù)，顯示管網(wǎng)設(shè)定壓力和實際壓力; (10) 系統(tǒng)維護：可以建立相應(yīng)的使用手冊, 以便介紹系統(tǒng)各部分的注意事項及維護。5) 單片機介紹

22、單片機自20世紀70年代問世以來，以其極高的性能價格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣、發(fā)展很快。而51單片機是各單片機中最為典型和最有代表性的一種。 本次設(shè)計以AT89S51芯片為核心，輔以必要的外圍電路，設(shè)計了一個簡易的電子時鐘，它由5V直流電源供電。在硬件方面，除了CPU外，使用四個七段LED數(shù)碼管來進行顯示，LED采用的是動態(tài)掃描顯示，使用74LS14芯片進行驅(qū)動。通過LED能夠比較準確顯示時、分。兩個簡單的按鍵實現(xiàn)對時間的調(diào)整。軟件方面采用匯編語言編程。整個電子鐘系統(tǒng)能完成時間的顯示，調(diào)時，定時鬧鐘，復(fù)位等功能。 通過這次設(shè)計讓我更深入了解單片機基本電路、如何控制和定時器和中斷編程的

23、基本方法，從而鍛煉了我學(xué)習、設(shè)計和開發(fā)軟、硬件的能力單片機是把主要計算機功能部件都集成在一塊芯片上的微型計算機。它是一種集計數(shù)和多中接口于一體的微控制器，被廣泛應(yīng)用在智能產(chǎn)品和工業(yè)自動化上，而51單片機是個單片機中最為典型和最有代表性的一種。 本課題選擇89S51為核心控制元件，設(shè)計了一個日常生活中用到的電子音樂門鈴系統(tǒng)。當功能按鍵按下，音樂響起，發(fā)光二極管隨著音樂的節(jié)拍進行閃爍，LED顯示相應(yīng)的定時器初值。音樂演奏過程中再次按下按鍵無效，只有當音樂段結(jié)束再次按下才有效。如果是電子音樂門鈴在響，按下復(fù)位按鍵就終止，顯示初始狀態(tài)。經(jīng)過實踐證明，本系統(tǒng)運行穩(wěn)定，具有一定的實用價值。本系統(tǒng)設(shè)計以AT

24、89S51芯片為核心控制元件，輔以必要的外圍電路，設(shè)計了一個具備復(fù)讀與重放功能的復(fù)讀機，它由5V直流電源供電。本系統(tǒng)在普通放音器的基礎(chǔ)上加上一個復(fù)讀鍵來進行控制?？刂乒δ馨ò聪聫?fù)讀鍵控制電路通過A/D轉(zhuǎn)換芯片采集語音信號存入單片機中，按復(fù)讀鍵進行復(fù)讀放音，再按放音鍵開始正常放音。AD采樣電路采用ADC0809來實現(xiàn)，DA轉(zhuǎn)換電路采用DAC0832來實現(xiàn)，并后置功率放大器來驅(qū)動揚聲器工作。本論文主要介紹了復(fù)讀機的軟、硬件部分的設(shè)計，以及在設(shè)計、調(diào)試過程中遇到的問題及解決方案。PLC 簡介可編程控制器是60年代末在美國首先出現(xiàn)的，當時叫可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic

25、 Controller），目的是用來取代繼電器。以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能?？删幊绦蚩刂破魇蔷C合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種新型的、通用的自動控制裝置。因其具有一系列其他工業(yè)控制系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點，近年來在工業(yè)自動化、機電一體化、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造等方面應(yīng)用越來越廣泛，成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一?？删幊绦虻倪壿嬁刂破鳎≒LC），是由Richard E.Morley 于1968年發(fā)明的，如今已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)、運輸、化學(xué)等工業(yè)中。當時的PLC以軟式連線邏輯或所謂的繼電器梯形邏輯（RLL）代替HARDWIRED邏輯，程序的語言看起來象HARDWIRED邏輯，因此配置

26、時間從6個月降到了6天。雖然現(xiàn)在的PC控制已經(jīng)開始得到應(yīng)用，但由于PLC的高性能高效率和低價位以及高可靠性，使它仍然廣泛應(yīng)用于大多數(shù)工業(yè)控制中。而且，根據(jù)在PLC市場或Richard E.Morley的一項研究，一個每年1500萬件PLC硬件營業(yè)額超過80億美圓預(yù)言被證實，雖然計算機硬件的價格正穩(wěn)定的下降。PLC的發(fā)明者，Richard E.Morley，認為PLC市場是一個40億的行業(yè)。雖然PLC被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，但是基于PLC控制系統(tǒng)的的程序設(shè)計仍然非常依賴反復(fù)試驗。PLC軟件設(shè)計和軟件工程一樣面臨著軟件危機。Morley較多的強調(diào)了這個反面。“如果房子像軟件項目一樣建造，一只啄木

27、鳥就能破壞整個文明”。尤其，在PLC程序設(shè)計過程中的實際問題是消除軟件錯誤并且降低舊的梯形邏輯程序的維修費。雖然PLC的硬件成本正在連續(xù)下降，降低梯形邏輯的掃描時間仍然是工業(yè)應(yīng)用中面臨的一個問題，以便低成本的PLC能被使用。通常，在產(chǎn)生PLC過程中的生產(chǎn)力比其他領(lǐng)域低，例如，VLSI設(shè)計，有高效率的計算機輔助設(shè)計工具?，F(xiàn)有的軟件工程方法學(xué)對基于PLC的軟件設(shè)計不一定適用，因為PLC語言需要同時考慮硬件和軟件。所以現(xiàn)在的軟件工程方法學(xué)對建立PLC的軟件設(shè)計不是必然可用的。在許多工業(yè)設(shè)計應(yīng)用中，超過50%的人力被預(yù)定為測試和檢查PLC程序錯誤。另外，當今的基于PLC的控制系統(tǒng)沒有被正確的用于支持日

28、益增多的對制造系統(tǒng)的靈活性和重新配置的需求。另外，一個更進一步的問題：推進系統(tǒng)的設(shè)計方法學(xué)的需要，是大規(guī)模的逐漸增加的軟件復(fù)雜性14。提出PLC概念的是美國通用汽車公司。PLC的基本設(shè)計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，控制器的硬件是標準的、通用的。根據(jù)實際應(yīng)用對象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲器內(nèi),使控制器和被控對象連接方便。70年代中期以后，PLC已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時的PLC已不再是僅有邏輯(Logic)判斷功能，還同時具有

29、數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。國際電工委員會(IEC)頒布的可編程控制器標準草案中對可編程控制器作了如下的定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的設(shè)計。 可編程控制器是面向用戶的專用工業(yè)控制計算機，具有許多明顯的特點。 1) 可靠性高，抗干擾能力強； 2) 編程直觀、簡單； 3) 適應(yīng)性好； 4) 功能完善，接口功

30、能強。S7-200PLC是德國西門子公司生產(chǎn)的一種小型PLC，其許多功能達到大、中型PLC的水平，而價格和小型PLC的一樣，因此，它一經(jīng)推出，即受到了廣泛的關(guān)注。特別是S7-200 CPU22*系列PLC（它是CPU21*系列的替代品），由于它具有許多功能模塊和人機界面（HMI）可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡(luò)。同時它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計時更加簡單，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)。S7系列還有S7-300和S7-400系列，它們分別為中大型PLC，完全可以替代西門子早期的S5系列PLC，S7系列PLC的編程使用STEP7

31、語言編程。考慮到西門子公司的產(chǎn)品在中國應(yīng)用非常廣泛，其功能比較全面和典型，具有一定的代表性。硬件系統(tǒng)基本組成S7-200PLC硬件系統(tǒng)的配置方式采用整體式加積木式，即主機中包含一定數(shù)量的輸入/輸出點，同時還可以擴展I/O模塊和各種功能模塊。一個完整的系統(tǒng)組成：1) 基本單元 基本單元有時又稱做CPU模塊，也有的稱之為主機或本機。它包括CPU、存儲器、基本輸入/輸出點和電源等，它是PLC的主要部分。實際上它就是一個完整的控制系統(tǒng)，可以單獨完成一定的控制任務(wù)。2) 擴展單元 主機I/O點數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時，用戶可以根據(jù)需要擴展各種I/O模塊，所能連接的擴展單元的數(shù)量和實際能使用的I/O點

32、數(shù)是由多種因素共同決定的。3) 特殊功能模塊 當需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時，需要擴展功能模塊。它們是完成某種特殊控制任務(wù)的一些裝置。4) 相關(guān)設(shè)備 相關(guān)設(shè)備是為充分和方便地利用系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)和使用的一些設(shè)備，主要有編程設(shè)備、人機操作界面和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。5) 工業(yè)軟件 工業(yè)軟件是為更好的管理和使用這些設(shè)備而開發(fā)的與之相配套的程序，它主要由標準工具、工程工具、運行軟件和人機接口軟件等幾大類構(gòu)成。CPU的主要特點和技術(shù)規(guī)范S7-200PLC的電源電壓有（20.4-28.8）VDC和（85-264）VAC兩種，主機上還集成了24V直流電源，可以直接用于連接傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，它的輸出類型

33、有晶體管（DC）、繼電器（DC/AC）兩種輸出方式。它可以用普通輸入端子捕捉比CPU掃描周期更快的脈沖信號，實現(xiàn)高速計數(shù)。2路最大可達20kHz的高頻脈沖輸出，可用以驅(qū)動步進電機和伺服電機以實現(xiàn)準確定位的任務(wù)?？梢杂媚K上的電位器來改變它對應(yīng)的特殊寄存器中的數(shù)值，可以實時的更改程序運行中的一些參數(shù)，如定時器/計數(shù)器的設(shè)定值、過程量的控制 參數(shù)等。實時時鐘可用于對信息加注時間標記，記錄機器運行時間或?qū)^程進行時間控制。存儲系統(tǒng)S7-200系列PLC的存儲系統(tǒng)有RAM和EEPROM兩種 存儲器的構(gòu)成，CPU模塊內(nèi)部配備一定容量的RAM和EEPROM，同時，CPU模塊支持可選的EEPROM存儲器卡。

34、超級電容和電池模塊用于長時間保存數(shù)據(jù)，用戶數(shù)據(jù)可通過主機的超級電容存儲若干天；電池模塊可選，可使數(shù)據(jù)的存儲時間延長到200天結(jié)束語：變頻供水系統(tǒng)與原來系統(tǒng)相比上升了一個層次 ,從功能和成本來說,是一種巨大的進步，盡快使人機接觸界面給水設(shè)備變?yōu)楝F(xiàn)實。變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點性能優(yōu)點1) 高效節(jié)能優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實現(xiàn)最大限度的節(jié)能運行。由電機學(xué)公式可知，系統(tǒng)電機功耗與電機轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系，在壓力不變時，水泵出水量與電機轉(zhuǎn)速成正比。系統(tǒng)中采用恒壓工作方式，當用水量減少時，系統(tǒng)保持管網(wǎng)恒壓，通過降低水泵轉(zhuǎn)速來減少供水量，耗電量按立方特性降低。根據(jù)實際用水情況設(shè)定管網(wǎng)壓力，自動控制水泵出水量，減少

35、了水的跑、漏現(xiàn)象。2) 設(shè)備投資省、占地面積小變頻恒壓供水與其他供水方式比較，由于主要設(shè)備只是控制柜及水泵，省去了大量的設(shè)備占地面積，從而大幅度節(jié)省了土建投資，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)備的價格優(yōu)勢就越顯著。3) 設(shè)備運行合理、可靠性高、配置靈活采用閉環(huán)調(diào)節(jié)控制技術(shù)，達到了恒壓供水，避免了由于超壓供水造成的電能浪費。變頻器采用軟啟動工作方式，消除了直接啟動對電網(wǎng)的沖擊和干擾，徹底避免了水泵啟動時大電流和水壓突增的情況，減少對供電電網(wǎng)的沖擊，降低了電機及電氣元件的故障率。由于系統(tǒng)本身檢測及保護功能完備，延長機泵和閥門管網(wǎng)的使用壽命。由于是軟起和全停，電機軸上的平均扭矩和磨

36、損減少，減少了維修量和維修費用，并且水泵的壽命大大提高。模擬和數(shù)字信號全部采用光隔離，全面提高電磁兼容性。13144) 自我保護功能完善系統(tǒng)性能可靠，而且對輸入電源欠壓、過壓、缺相，對水泵電機的過電流、短路均有保護功能。如某臺泵出現(xiàn)故障，主動向上位機發(fā)出報警信息，同時啟動備用泵，以維持供水平衡。萬一自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，用戶可以直接操作手動系統(tǒng)以保護供水。5) 操作維護簡便按鍵操作，數(shù)字顯示，非專業(yè)人員也可以方便的操作本系統(tǒng)，專業(yè)人員可以根據(jù)本說明方便的對設(shè)備進行性能測試和簡單維護。6) 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。恒壓供水設(shè)備的應(yīng)用場合1) 居民樓、住宅樓、村鎮(zhèn)的集中生活供水系統(tǒng)2) 高層建筑、賓館、飯店等生活供水系統(tǒng)3) 綜合市場、寫字樓、商務(wù)樓宇的生活供水系統(tǒng)4) 自來水廠、供水加壓泵站5) 工礦企業(yè)的生產(chǎn)、生活用水、恒壓流量供水工藝流程等技術(shù)經(jīng)濟分析本設(shè)計在滿足各項性能指標的前提下，不僅考慮到系統(tǒng)的實用性，還要努力降低成本，使其經(jīng)濟使用。實踐表明，元件的質(zhì)量對系統(tǒng)對系統(tǒng)的影響很大，應(yīng)選擇正品元器件。使用前還要進行必要的篩選，所以本設(shè)計采用的元件都為正品。本設(shè)計采用ATMEL公司的AT89C52單片機控制變頻器來實現(xiàn)對水泵電機的轉(zhuǎn)速控制，所用的芯片價格便宜