【正文】 目 錄 中文摘要 ............................................................................................................................... 1 中文摘要 ............................................................................................................................... 2 1 緒論 ................................................................................................................................... 3 課題 研究 的目的與 意義 .......................................................................................... 3 國內(nèi)外發(fā)展 的 狀況 .................................................................................................. 3 變頻供水系統(tǒng)應(yīng)用范圍 .......................................................................................... 5 恒壓供水 的 實現(xiàn) ...................................................................................................... 5 2 變頻調(diào)速系統(tǒng)能耗分析 ................................................................................................... 7 供水系統(tǒng)分析 .......................................................................................................... 7 變頻調(diào)速恒壓供水工況與能耗機理分析 .............................................................. 8 3 系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 與 設(shè)備選型 ..................................................................................................... 11 系統(tǒng) 總體設(shè)計 ........................................................................................................ 11 變頻調(diào)速 ................................................................................................................ 11 單片機 .................................................................................................................... 16 控制算法 ................................................................................................................ 17 4 系統(tǒng) 硬件設(shè)計 ................................................................................................................. 20 系統(tǒng)工作過程說明 ................................................................................................ 20 變頻器部分 硬件設(shè)計 ............................................................................................ 21 單片 機部分 硬件設(shè)計 ............................................................................................ 23 5 系統(tǒng) 軟件 設(shè)計 ................................................................................................................. 29 主 程序流程 ............................................................................................................ 29 繼電器動作控制流程 ............................................................................................ 30 PID 控制流程 ......................................................................................................... 31 結(jié)論 ..................................................................................................................................... 33 致謝 ..................................................................................................................................... 34 參考文獻 ............................................................................................................................. 35 附錄 1 .................................................................................................................................. 36 附錄 2 .................................................................................................................................. 37 1 單片機恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 摘 要 ： 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是一項艱巨任務(wù)。根據(jù) 居民 用水時間集中，用水量變化較大的特點， 因此 居民 原供水系 統(tǒng)存在了耗能高，可靠性低，水資源浪費嚴重，管網(wǎng)系統(tǒng)待完善的問題。提出利用壓力反饋， PID 控制 ，配以變頻器、單片機、壓力傳感器等，根據(jù)管網(wǎng)的壓力，通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速， 從而 使管網(wǎng)中的壓力始終保持在合適的范圍。從而解決因樓層太高而導(dǎo)致壓力不足及小流量時能耗大的問題。 另外水泵耗電功率與電機轉(zhuǎn)速的三次方成正比關(guān)系，所以水泵調(diào)速運行的節(jié)能 效果非常明顯，平均耗電量較通常供水方式節(jié)省近四成。結(jié)合使用可編程控制器，可實現(xiàn)主泵變頻，副泵軟啟動，具有短路保護、過流保護功能，工作穩(wěn)定可靠，電機的使用壽命 大大延長 。 關(guān)鍵字： 恒壓變頻供水， 單片機 ，差壓供水，自動控制 2 1 緒 論 課題 研究 的目的與 意義 隨著高層建筑層數(shù)的不斷加高，高層居民經(jīng)常出現(xiàn)用水難問 題。該設(shè)計針對上述問題，要求研制變頻調(diào)速恒壓供水控制器，該控制器是基于單片機為核心，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) (PID)，使供水系統(tǒng)自動穩(wěn)定于設(shè)定的壓力值。 傳統(tǒng)的蓄水加壓辦法 有：高位水箱、氣壓給水 以及 無水箱供水 等三種 方式。高位水箱給水的方式，靠水的勢能向用戶提供一定壓力的生活用水和生產(chǎn)用水。這種辦法顯然比較落后，一是投資大，二是不利與維護和抗震。將增加房屋強度設(shè)計要求，增加成本。而且采用高位水箱最重要的是將產(chǎn)生二次污染。 1982 年以后開始 出現(xiàn)氣壓供水設(shè)備，雖比前者有所改進，但仍有很多不足之處，如占地面積大，水罐和泵房投資高，電機頻繁啟動，耗電量大且供水壓力不穩(wěn)。[1]究竟采用何種供水方式效果更好呢？根據(jù)流體力學(xué)的原理，水泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比，而電機軸上消耗的功率與轉(zhuǎn)速的平方成正比。由此可見，采用交流變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)即可做到用水量和供水量的統(tǒng)一，又極大地降低了電耗。近幾年隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和微型計算機的推廣應(yīng)用，上述想法已成為現(xiàn)實。 國內(nèi)外發(fā)展 的 狀況 變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動控制、變壓變頻比控制及各種保護功能。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進行閉環(huán)控制。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設(shè)計時都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機組運行的情況，因而投資成本高。即 1968 年， 丹 麥的丹佛斯公司發(fā)明并首家生產(chǎn)變頻器后，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性 、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像 ABB 集團推出了 HVAC 變頻技術(shù)，法國的施耐德公司就推出了恒壓供水 用的 變頻器 。它將 PID 調(diào)節(jié)器和 P LC 可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼實現(xiàn) PLC 和 PID 等電控系統(tǒng)的功 3 能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多七臺電機 (泵 )的供水系統(tǒng)。這類設(shè)備雖然說是微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接口的擴展功能缺 乏靈活性，系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)(如 BA 系統(tǒng) )和組態(tài)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負載的容量，因此在實際使用時其范圍將會受到限制。 [2] 目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外品牌的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管的管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn) ； 有的采用單片機及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求。深圳華為電氣公司和成都希望集團也推出 了恒壓供水專用變頻器()，無需外接 PLC 和 PID 可完成。最多四臺水泵的循壞切換、定時起動、停止和定時循環(huán)。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負載容量，同時操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所。 可以看出，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計中，對于能適應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性 ( EMC)的變頻 恒 壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究遷是不夠的。 采用變頻調(diào) 速恒壓供水，利用反饋控制來進行恒壓供水設(shè)計時還存在的問題有：由于供水系統(tǒng)的供水管道長、拐彎多 , 難于確定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 。 且該系統(tǒng)具有非線性、高階次、大滯后、參數(shù)易變等特點。 變頻恒壓供水系統(tǒng)主要特點 ： （ 1） 節(jié)能，可以實現(xiàn)節(jié)電 20%~40%，能實現(xiàn)綠色省電。 （ 2） 占地面積小，投資少，效率高。 （ 3） 配置靈活，自動化程度高，功能齊全，靈活可靠。 （ 4） 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。 （ 5） 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。 （ 6） 通過通信控制，可以實現(xiàn) 無 人職守，節(jié)約了人力