【正文】 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。 繼電器控制子程序完成水泵 2的運(yùn)轉(zhuǎn)和停止控制。 本文采用 MAX813 作為 Watchdog電路主芯片。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。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口作為第八位地址接收。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 。 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)。 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(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速控制特性。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(huì)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)。 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]。 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。 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。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。 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。 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。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。 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）。 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。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)滿足供水特點(diǎn)的、先進(jìn)的自動(dòng)化供水控制系統(tǒng)。 變頻調(diào)速技術(shù)已深入我們 生活的每個(gè)角落，在國民經(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) 。 17 5 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 13 主控單片機(jī)引腳說明 10 系統(tǒng)工作過程 經(jīng)測算，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，以用來降低壓差損耗以及起停電機(jī)的電耗 [2]。這種系統(tǒng)形式簡單、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。 一、供水系統(tǒng)的特性和工作點(diǎn) 1． 揚(yáng)程特性 以管路中的閥門開度不變?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 HT=f(Q)，稱為揚(yáng)程特性曲線，如圖 11 中的曲線 ① 所示。轉(zhuǎn)速控制法的實(shí)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。由于電動(dòng)機(jī)在低頻運(yùn)行時(shí)，變頻器具有能夠根據(jù)負(fù)載輕重調(diào)整輸入電壓的功能，從而提高了電動(dòng)機(jī)的工作效率。 20 世紀(jì) 80 年代，又進(jìn)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(shí)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(jìn)了一步。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。典型的代表產(chǎn)品有 Fairchild 公司吉林農(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) 8 的 F8 和 Mostek387 公司的 3870 等。單片機(jī)的最明顯的優(yōu)勢，就是可以嵌入到各種儀器、設(shè)備中。而一些廠家，則生產(chǎn)出可以在 ～6V的條件下工作的單片機(jī)。單片機(jī)將更易用、性能更加穩(wěn)定、價(jià)格更低，而主流仍然是 8 位機(jī)。這種調(diào)速方法 ,可以獲得很大的調(diào)速范圍，很好的調(diào)速平滑性和相對穩(wěn)定性 [17]。系統(tǒng)工作原理結(jié)構(gòu)見 圖 33。另一個(gè)就是泵出口壓力恒壓控制。變頻器采用常用于供水系統(tǒng)的 TD2100由單片機(jī)到配電部分的控制信號及系統(tǒng)的一些控制開關(guān)命令 , 均通過光電耦合電路進(jìn)行隔離 , 以減少強(qiáng)電回路對單片機(jī)的影響。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。在 由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN有效?？刂戚斎腚娐啡鐖D 45 所示。 D/A轉(zhuǎn)換器 DAC0832 : 08XXH。系統(tǒng)多于 2臺(tái)水泵時(shí) , 切換原理相同 , 但需增加判斷多臺(tái)水泵開、停狀態(tài)的循環(huán)判斷程序。同時(shí)，也將祝福送給每一位幫助我的師長。由對電機(jī)特性的分析可知，通過改變轉(zhuǎn)速節(jié)流調(diào)壓，比傳統(tǒng)方式 用閘閥增加阻力節(jié)流 消耗功率更小，節(jié)能效果明顯。 軟件程序設(shè)計(jì) 變頻調(diào)速 恒壓供水系統(tǒng)的單片機(jī)控制器軟件包括主程序、控制量計(jì)算子程序、繼電器控制子程序、 A/D 轉(zhuǎn)換子程序、演示子程序等。硬件 Watchdog是利用了一個(gè)定時(shí)器， 來監(jiān)控主程序的運(yùn)行，也就是說在主程序的運(yùn)行過程中，我們要在定時(shí)時(shí)間到之前對定時(shí)器進(jìn)行復(fù)位O P T O I S O 11 N 4 1 4 8R1R 1 3R 1 1R212 34D C S S R12 34D C S S R控制輸入圖 45 控制輸入電路 Figure 45 Control circuit of input 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) 19 如果出現(xiàn)死循環(huán)，或者說 PC 指針不能回來。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部 存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入。水泵的調(diào)速范圍由水泵本身的特性和用戶所需揚(yáng)程規(guī)定，當(dāng)選定某型號的水泵時(shí)即可確定此水泵的最大調(diào)速范圍，在 根據(jù)用戶的揚(yáng)程確定具體降低調(diào)速范圍，在實(shí)際配泵時(shí)揚(yáng)程設(shè)定在高效區(qū)，水泵的調(diào)速范圍將進(jìn)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)。水泵 2 工頻運(yùn)行后，開啟水泵 2閥門，水泵 2 工作在工頻狀態(tài)。 然而，繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢是難以直接測量的，當(dāng)電動(dòng)勢的值較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為 定子相電壓 U1≈ Eg，則得 U1/?1=常值 （ 34） 這是恒壓頻比的控制方式。 AT89C51 單片機(jī)的主要特性有：與 MCS51 兼容， 4KB 可編程閃爍存儲(chǔ)器， 1000次的擦寫循環(huán)周期， 10 年數(shù)據(jù)保留時(shí)間， 0Hz24MHz全靜態(tài)工作，三級程序存儲(chǔ)器鎖定， 1288 位內(nèi)部 RAM， 32 可編程 I/O 線，兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 5 個(gè)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(shí)鐘電路。 綜上所述，單片機(jī)的發(fā)展趨勢主要有以下幾個(gè)特點(diǎn) 1 低功耗 制作工藝全部 CMOS 化。例如， Infineon公司的 C 505C， C515C， C167CR， C167CS32FM，81C90； Motorola 公司的 68HC08AZ 系列等。代表產(chǎn)品有 Intel 公司的 MCS51 系列機(jī) ,Motorola 公司的 MC6801 系列機(jī) ,TI 公司的TMS7000系列機(jī) ,此外 ,Rockwell,NS,GI和日本松下等公司也先后生產(chǎn)了自己的單片機(jī)系列 [14]。要利用某型號單片機(jī)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。國外交流變頻調(diào)速技術(shù)高速發(fā)展，隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高和全球性能源短缺，變頻器越來越廣泛地應(yīng)用在機(jī)械、紡 織、供水、化工、造紙、冶金、食品等各個(gè)行業(yè)，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 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(shí)代特征的現(xiàn)實(shí)條件下，我們這個(gè)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(dòng)化程度低。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． 供水功率 供水系統(tǒng)向用戶供水時(shí)所消耗的功率 PG（ KW） 稱為供水功率，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)。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(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。近幾年來，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。 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)。 14 反饋壓力檢測電路 6 2 單片機(jī)概述 5 本文主要研究內(nèi)容 2 研究意義 2 變頻調(diào)速恒壓供水節(jié)能分析 1 1 前 言 10 變頻調(diào)速的基本控制方式 15 輸出控制電路 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。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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。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。供水系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。兩者之差 ΔP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。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國電機(jī)的總裝機(jī)容量己達(dá) 4 億千瓦，年耗電量約占全國用電量的 60%，但我國電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)只相當(dāng)于國際 20 世紀(jì)50 年代的技術(shù)水平電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能效比國外低 20%左右，電能浪費(fèi)十分嚴(yán)重 [11]。我國的交流變頻調(diào)速