【正文】 83。 15 輸出控制電路 16 控制輸入電路 17 系統(tǒng)電壓監(jiān)控及 Watchdog電路 17 5 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 18 單片機(jī)接口地址分配和控制端口功能 18 軟件程序設(shè)計(jì) 18 6 結(jié)論 21 參考文獻(xiàn) 21 致 謝 22 附錄 23 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 摘 要： 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，對(duì)城市供水的數(shù)量、質(zhì)量、穩(wěn)定性提出了越來(lái)越高的要求。 建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，合理開(kāi)發(fā)、節(jié)約利用和有效保護(hù)水資源 也 是一項(xiàng)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(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。 本文提出的 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)方案 是 以 ATMEL 公司的 AT89C51 為 基礎(chǔ) ， 同時(shí)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(jī)成本低，易于使用的特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞： 變頻調(diào)速；恒壓供水； AT89C51單片機(jī) 1 前 言 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(hù)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)電能頻率參量的控制與變換，以實(shí)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(gè)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(jìn)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(jī)轉(zhuǎn)速的技術(shù)，其基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系： n =60 f（ 1s）／ p，（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)工作電源頻率實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的改變。 變頻調(diào)速技術(shù)已深入我們 生活的每個(gè)角落，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(guó)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(guó)內(nèi)外公認(rèn)的最理想、最有發(fā)展前途的電機(jī)調(diào)速方式。經(jīng)測(cè)算，電機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)運(yùn)行后，一般可節(jié)電 20%一 40%，因此這項(xiàng)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(jī)、水泵、制冷機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行方式，以用來(lái)降低壓差損耗以及起停電機(jī)的電耗 [2]。我國(guó)現(xiàn)有的 100 萬(wàn) kw 以上的大型電廠(chǎng)中，每套 30 萬(wàn) kw 的發(fā)電 機(jī)一般都配備 3035 臺(tái)輔機(jī)驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)。一個(gè)大型電廠(chǎng)，其輔機(jī)電動(dòng)機(jī)多達(dá) 250 臺(tái)左右?；鹆Πl(fā)電廠(chǎng)用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔機(jī)主要是風(fēng)機(jī)水泵、給水泵、循環(huán)水泵、空壓機(jī)和磨煤機(jī)等，據(jù)初步調(diào)查，其中 50%60%的風(fēng)機(jī)、水泵可以改為調(diào)速運(yùn)行。如果這些設(shè)備都實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速運(yùn)行，按節(jié)電 20%計(jì)算，年節(jié)電可達(dá) 200 億 ，相當(dāng)于裝機(jī) 400 萬(wàn) kw 容量吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2 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(lái)改造傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)，就可以獲得很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。近幾年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅速 發(fā)展，電氣傳動(dòng)技術(shù)面臨著一場(chǎng)歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速、計(jì)算機(jī)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(shì)。在這種環(huán)境下，電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展成為當(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(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。 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(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)正處于迅猛發(fā)展時(shí)期，能源緊缺是制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，節(jié)能節(jié)水是我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的基本國(guó)策。另外，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，對(duì)城市供水的數(shù)量 、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定性提出了越來(lái)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(jì)可靠的管理好遍布全城的供水管網(wǎng)，一定要有一個(gè)滿(mǎn)足供水特點(diǎn)的、先進(jìn)的自動(dòng)化供水控制系統(tǒng)。但我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)在城市供水、樓宇供水、工業(yè)生產(chǎn)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動(dòng)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。 傳統(tǒng)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(hù)，有的甚至連蓄水池也沒(méi)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(yùn)轉(zhuǎn)，有的可能在夜間用水低谷時(shí)段停止運(yùn)行。這種系統(tǒng)形式簡(jiǎn)單、造價(jià)最低，但耗電、耗水嚴(yán)重，水壓不穩(wěn)，供水質(zhì)量極差。 /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(hù)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(lái)進(jìn)行供水的，為此，需要建造水塔或?qū)⑺渲糜诮ㄖ锏捻敳?[5]。即使如此，在大型建筑物種還常常不能滿(mǎn)足最不利供水點(diǎn)的供水要求，且難于滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的供水需求。同時(shí)，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(guān)。另外這種供水方式的水質(zhì)容易受到污染，系統(tǒng)的開(kāi)、停，將完全由人操作，這將會(huì)出現(xiàn)能量的嚴(yán)重浪費(fèi)和供水質(zhì)量的嚴(yán)重下降。 模糊控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)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(guò)監(jiān)測(cè)罐內(nèi)壓力來(lái)控制泵的開(kāi)、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(jìn)入而被污染的可能性，靈活性大、建設(shè)快、不妨礙美觀(guān)，且可以通過(guò)改變壓力罐的壓力來(lái)滿(mǎn)足不斷吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3 增加的供 水需求。但缺點(diǎn)是需要壓力罐，其體積大、投資大，又因其壓力變化快、運(yùn)行效率低，因此電能消耗大，運(yùn)行費(fèi)用高 [6]。 綜上所述，傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)浪費(fèi)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(gè)共同的致命缺點(diǎn)是自動(dòng)化程度不高，跟不上時(shí)代發(fā)展的需求。所以開(kāi)發(fā)一種新型的自動(dòng)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。 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(diǎn)就是節(jié)能。在該系統(tǒng)中，最主要的是對(duì)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。 一、供水系統(tǒng)的特性和工作點(diǎn) 1． 揚(yáng)程特性 以管路中的閥門(mén)開(kāi)度不變?yōu)榍疤?，表明在某一轉(zhuǎn)速下，全揚(yáng)程 HT與流量 Q 間關(guān)系的曲線(xiàn) HT=f(Q)，稱(chēng)為揚(yáng)程特性曲線(xiàn)，如圖 11 中的曲線(xiàn) ① 所示。揚(yáng)程特性是反映用戶(hù)的用水需求狀況對(duì)全揚(yáng)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(mén)在某一開(kāi)度下，全揚(yáng)程 HT與流量 Q 間關(guān)系的曲線(xiàn) HT=f(Q)，稱(chēng)為管阻特性曲線(xiàn)。如圖 11 中的曲線(xiàn) ② 所示，管阻特性是表明由管阻（閥門(mén)開(kāi)度）來(lái)控制供水能力的特 性曲線(xiàn)。 3． 供水系統(tǒng)的工作點(diǎn) 揚(yáng)程特性曲線(xiàn)和管阻特性曲線(xiàn)的交點(diǎn)，稱(chēng)為供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如圖 11 中的 N 點(diǎn)在這一點(diǎn)，供水系統(tǒng)既滿(mǎn)足了揚(yáng)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(yùn)行。 4． 供水功率 供水系統(tǒng)向用戶(hù)供水時(shí)所消耗的功率 PG（ KW） 稱(chēng)為供水功率，供水功率與流量和揚(yáng)程的乘積成正比： PG=CPHTQ（ 11） 式中 CP—— 比例常數(shù)。 由圖 11 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(duì)象是流量。因此，要討論節(jié)能問(wèn)題 ，必須從考察調(diào)節(jié)流量的方法入手。常見(jiàn)的方法有閥門(mén)控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種。 圖 11 供水系統(tǒng)的基本特性 Figure11 Basic characteristics of watersupply system 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 即通過(guò)關(guān)小或開(kāi)大閥門(mén)來(lái)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(mén)控制法的實(shí)質(zhì)是水泵本身的供水能力不變，而是通過(guò)改變水路中的阻力大小來(lái)強(qiáng)行改變流量，以適應(yīng)用戶(hù)對(duì)流量的需求。這時(shí)，管阻特性將隨閥門(mén)開(kāi)度的改變而改變，但揚(yáng)程特性則不變。 如圖 12 所示，設(shè)用戶(hù)所需流量 QX為額定流量的 60%（ 即 QX=60%QN） ，當(dāng)通過(guò)關(guān)小閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)，管阻特性將改變?yōu)榍€(xiàn) ③ ，而揚(yáng)程特性仍為曲線(xiàn) ① ，故供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)移至 E 點(diǎn) ，這時(shí)：流量減小為 QE（ =QX） ；揚(yáng)程增加為 HE；由式 （ 11） 知