【正文】 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）。 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）。這時(shí)，流量減小為 QE（ =QX） ，揚(yáng)程減小為 HC，供水功率 PC與面積 0DCK 成正比 [8]。 4． 從水泵的工作效率看節(jié)能 圖 12調(diào)節(jié)流量的方法與比較 Figure11 Methodb and parison of the regulation flow 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) 5 (1)工作效率的定義水泵的供水功率 PG與軸功率 PP（輸入功率，即電動機(jī)的輸出功率）之比，即為水泵的工作效率，符號是 ηP： ηP=PG/PP （ 12） (2)水泵工作效率的近似計(jì)算據(jù)有關(guān)資料介紹，水泵工作效率相對值 η*的近似計(jì)算公式如下： ηP*=C1（ Q*/n*）－ C2(Q*/n*)2 (13) 式中， ηP*、 Q*、 n*分別為效率、流量和轉(zhuǎn)速的相對值； C 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 :C1－ C2=1 (3)不同控制方式時(shí)的工作效率由式 （ 13） 可知，當(dāng)通過關(guān)小閥門來減小流量時(shí)，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 [10]。這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的第二個(gè)方面。 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。 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。飲水工程 對于每個(gè)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。 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。 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(shí)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) [12]。 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。尤其在水泵、風(fēng)機(jī)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(shí)。 單片機(jī)不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片 ,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。手機(jī)、電話、 計(jì)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 12 部單片機(jī)。這里的技術(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。 單片機(jī)控制系統(tǒng)因其體積小，成本低，功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化。該機(jī)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。在這個(gè)時(shí)期生產(chǎn)的單片機(jī)特點(diǎn)是 ,制造工藝落后和集成度低 ,而且采用了雙片形。 第三代單片機(jī) (19791982):這是八位單片機(jī)成熟的階段 .這一代單片機(jī)和前兩代相比 ,不僅存儲容量和尋址范圍大 ,而且中斷源 ,并行 I/O 口和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器個(gè)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。 第四代 單片機(jī) (1983 年以后 ):這是十六位單片機(jī)和八位高性能單片機(jī)并行發(fā)展的時(shí)代 ,十六位機(jī)的特點(diǎn)是 ,工藝先進(jìn) ,集成度高和內(nèi)部功能強(qiáng) ,加法運(yùn)算速度可達(dá)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。 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。單片機(jī)在出現(xiàn)時(shí)， Intel 公司就給其單片機(jī)取名為嵌入式微控制器 （ embedded microcontroller） 。 首先，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面，單片機(jī)已集成了越來越多的部件。特別是在單片機(jī) C167CS32FM 中，內(nèi)部還含有 2 個(gè) CAN。 現(xiàn)在新的單片機(jī)的功耗越來越小，特別是很多單片機(jī)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。目前，一般單片機(jī)都可以在 ～ 。 最后是工藝方面。這主要是出于對低功耗的要求，而且在單片機(jī)工作模式上，也有多種模式，如 idel， sleep 模式等。 有些高檔單片機(jī)，如一些 32 位的單片機(jī)，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 [16]。 總之，單片機(jī)的發(fā)展將進(jìn)一步多元化，單片機(jī)產(chǎn)品將更加豐富，單片機(jī)的盡用場合將進(jìn)一步細(xì)化。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(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器。 3 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的工作原理 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(diǎn)來達(dá)到調(diào)節(jié)供水壓力的目的。水泵在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的工作點(diǎn)取決于水泵性能、管路水力損失以及所需實(shí)際揚(yáng)程，這三種因素任一項(xiàng)發(fā)生變化，水泵的運(yùn)行工況都會發(fā)生變化因此水泵 工況點(diǎn)的確定和工況調(diào)節(jié)與這三者密切相關(guān)。 由式 (31)可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率 變化不大時(shí)， ｎ 基本上正比于 ?1，所以改變供電電源頻率?1，即可調(diào)節(jié)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 由式 （ 32） 可知， N KN1 是常數(shù)，只要控制好 Eg和 ?1，便可達(dá)到控制磁通 Φm的目的。低頻時(shí)， U1和 Eg都較小，定子漏阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不能再忽略，這時(shí)，可以人為的把電壓 U1抬高一些，以便近似的補(bǔ)償定子漏阻抗壓降 [18]。 把基頻以下和基頻以上的情況結(jié)合起來可得圖 32 所示的異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速控制特性。 系統(tǒng)工作過程 根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)的實(shí)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(jī)工頻運(yùn)行作恒速泵使用，大機(jī)變頻運(yùn)行作變量泵；晚上用水低峰時(shí)，只需開動一臺大機(jī)就能滿足供水需要，因此可以采用一大一小搭配進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(yùn)行時(shí)間的長短來調(diào)整選擇不同的機(jī)組運(yùn)行 [20]。系統(tǒng)開始工作時(shí)，管網(wǎng)水壓低于設(shè)定壓力下限 P。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(yùn)行一段時(shí)間后，開啟水泵 1 閥門，水泵 1 電機(jī)工作 在變頻狀態(tài)。 Ⅲ 由水泵 1 變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)樗?1 變頻停止，水泵 2 變頻運(yùn)行狀態(tài)。 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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低能耗恒壓供水，這個(gè)目的的實(shí)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(diǎn)的選擇有兩個(gè)：一個(gè)就是管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力恒壓控制。為了變頻器不跳閘保護(hù)，現(xiàn)場使用當(dāng)中的許多變頻器加減速時(shí)間的設(shè)置過長，它所帶來吉林農(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) 14 的問題很容易被設(shè)備外表的正常覆蓋，但是變頻器達(dá)不到最佳運(yùn)行狀態(tài)，所以現(xiàn)場使用時(shí)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(shí)間，進(jìn)行設(shè)定。在此范圍內(nèi)，電動機(jī)的負(fù)載率在 50%100 內(nèi)變化 [22]，電動機(jī)的效率基本上都在高效區(qū)。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 。 D/ A 轉(zhuǎn)換電路采用DAC0832 , 將單片機(jī)輸入的控制量轉(zhuǎn)換為 4～ 20mA 電流環(huán) , 控制變頻器的輸出頻率。具體說明如下： VCC：供電電壓。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口作為第八位地址接收。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八位。當(dāng) P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。在 FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。注意加密方式 1時(shí)， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。 反饋壓力檢測電路 系統(tǒng)壓力檢測電路主要由壓力傳感器（或壓力變送器）、壓力設(shè)定電位器和 0809A/D轉(zhuǎn)換器等組成。5,UP EOC≠ 1 未轉(zhuǎn) 換完，等待 MOVX DPTR,A 轉(zhuǎn)換完讀回壓力值 MOVX 48H,A 結(jié)果存入 48H I N 026m s b 2 1212 220I N 1272 3192 418I N 2282 582 615I N 312 714l s b 2 817I N 42E O C7I N 53A D D A25I N 64A D D B24A D D C23I N 75A L E22r e f ( )16E N A B L E9S T A R T6r e f ( + )12C L O C K10A D C 0 8 0 9R3R9R 1 0R8R4R5R 1 63264157C1V D 1V R 1V R 2V R 3壓力變送器輸入壓力設(shè)定電位器4 2 0 m A I N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) 17 輸出控制電路 系統(tǒng)在運(yùn)行中，將壓力設(shè)定值和反饋值進(jìn)行比較后再按 PID 算法進(jìn)行計(jì)算，在將計(jì)算算結(jié)果 u（ k） 經(jīng) 0832D/A 轉(zhuǎn)換后變成模擬控制電壓信號，再作用于交流變頻調(diào)速器。為了 減少強(qiáng)電回路的影響，電路需通過光電耦合電路進(jìn)行隔離。在由單片機(jī)構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中 ,由于單片機(jī)的工作常常會受到來自外界電磁場的干擾 ,造成程序的跑飛 ,而陷入死循環(huán) ,程序的正常運(yùn)行被打斷 ,由單片機(jī)控制的系統(tǒng)無法繼續(xù)工作 ,會造成整個(gè)系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài) ,發(fā)生不可預(yù)料的后果 ,所以出于對單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的考慮 ,便產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片，即Watchdog。那么定時(shí)時(shí)間到后就會使單片機(jī)復(fù)位 [24]。 本文采用 MAX813 作為 Watchdog電路主芯片。 壓力傳感器為 IN0 通道 , 設(shè)定電位器為IN1 通道。 水泵 2 繼電器控制 :當(dāng) =0時(shí)，水 泵 2開 。 主程序包括系統(tǒng)初始化，開機(jī)命令的檢測等，程序框圖見圖 51。 繼電器控制子程序完成水泵 2的運(yùn)轉(zhuǎn)和停止控制。由于供水系統(tǒng)壓力的變化慣性較大 ,所以當(dāng)控制量出現(xiàn)最大值或最小值后 ,需延時(shí)一段時(shí)間 ,在延時(shí)階段經(jīng)過反復(fù)測量 ,如果控制量一直不變 ,再進(jìn)行切換。 控制量計(jì)算子程序框圖見圖 54。 由電子系統(tǒng)控制 供水 壓力 恒定 比傳統(tǒng)的人工控制更加穩(wěn)定準(zhǔn)確，同時(shí)系統(tǒng)為自適應(yīng)平衡調(diào)節(jié)，比之傳統(tǒng)方式對水壓變化的反應(yīng)也更迅速，所以 大大提高 了 供水質(zhì)量。 整個(gè) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于大規(guī)模使用和維護(hù) ，可廣泛應(yīng)用于 對供水質(zhì)量沒有 復(fù)雜要求的一般供水系統(tǒng)，應(yīng)用前景十分廣闊。在此祝福胡老師合家歡樂，