【導(dǎo)讀】變頻調(diào)速技術(shù)概況················································································1. 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)產(chǎn)生的背景及研究意義········································1. 變頻調(diào)速恒壓供水節(jié)能分析·························································

　　

【正文】 。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。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。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(chǔ)器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 反饋壓力檢測(cè)電路 系統(tǒng)壓力檢測(cè)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。壓力檢測(cè)電路如圖 43 所示。反饋壓力采集程序如下。反饋壓力采集程序如下： MOV DPTR,5000H DPTR 指向 0809 通道 0 地址 MOVX @DPTR,A 啟動(dòng)該通道 A/D 轉(zhuǎn)換 UP: MOV A ,PI 讀轉(zhuǎn)換狀態(tài) EOC JNB ACC5,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(hào)，再作用于交流變頻調(diào)速器。變頻調(diào)速器按其控制信號(hào) u（ k） 的大小來(lái)調(diào)節(jié)水泵的速度，以達(dá)到恒壓的目的。輸出控制電路如圖 44 所示。 CPU訪問 0832D/AZ轉(zhuǎn)換器的輸出控制程序如下 MOV DPTR,2021H DPTR 指向 0832 地址 MOV A ,25H 取控制信號(hào) u（ k）送 A MOVX @DPTR,A 輸出該控制信號(hào) 控制輸入電路 圖 43反饋壓力檢測(cè)電路 Figure 43 Detection circuit of feedback pressure 圖 44 輸出控制電路 Figure 44 Control circuit of output Vcc20I o u t 111l s b D I 07I o u t 212D I 16D I 25R f b9D I 34D I 416V r e f8D I 515D I 614m s b D I 713I L E19W R 218CS1W R 12X f e r17D A C 0 8 3 2V R 5V R 4R 1 5R 1 712348K 9 A 56748K 9 B至變頻器4 2 0 m A O U TR E F C8V47E P I I6I05VI1G N D2A D M3D H F4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) 18 控制輸入電路主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制，包含一些控制信號(hào)及開關(guān)命令。為了 減少?gòu)?qiáng)電回路的影響，電路需通過(guò)光電耦合電路進(jìn)行隔離?？刂戚斎腚娐啡鐖D 45 所示。 系統(tǒng)電壓監(jiān)控及 Watchdog 電路 Watchdog電路，又叫 Watchdog timer，俗稱“看門狗”。 是 一個(gè)定時(shí)器電路。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(huì)受到來(lái)自外界電磁場(chǎng)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(wú)法繼續(xù)工作 ,會(huì)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(duì)單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的考慮 ,便產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測(cè)單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片，即Watchdog。 Watchdog 電路電路的應(yīng)用 ,使單片機(jī)可以在無(wú)人狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作 ,其工作原理是 :Watchdog 芯片和單片機(jī)的一個(gè) I/O 引腳相連 ,該 I/O 引腳通過(guò)程序控制它定時(shí) 地往Watchdog的這個(gè)引腳上送入高電平 (或低電平 ),這一程序語(yǔ)句是分散地放在 Watchdog其他控制語(yǔ)句中間的，一旦單片機(jī)由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段 進(jìn)入死循環(huán)狀態(tài)時(shí) ,寫 Watchdog引腳的程序便不能被執(zhí)行 ,這個(gè)時(shí)候 , Watchdog電路就會(huì)由于得不到單片機(jī)送來(lái)的信號(hào) ,便在它和單片機(jī)復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個(gè)復(fù)位信號(hào) ,使單片機(jī)發(fā)生復(fù)位 ,即程序從程序存儲(chǔ)器的起始位置開始執(zhí)行 ,這樣便實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的自動(dòng)復(fù)位[23]。 Watchdog有硬件和軟件兩種。硬件 Watchdog是利用了一個(gè)定時(shí)器， 來(lái)監(jiān)控主程序的運(yùn)行，也就是說(shuō)在主程序的運(yùn)行過(guò)程中，我們要在定時(shí)時(shí)間到之前對(duì)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(shuō) PC 指針不能回來(lái)。那么定時(shí)時(shí)間到后就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位 [24]。常用的 WDT 芯片如 MAX813 ,5045, IMP 813 等。軟件 Watchdog技術(shù)的原理和硬件差不多，只不過(guò)是用軟件的方法實(shí)現(xiàn)。本文所用為硬件 Watchdog，所以對(duì)軟件的原理及設(shè)計(jì)思路不作表述。 本文采用 MAX813 作為 Watchdog電路主芯片。 MAX813 是具有監(jiān)控電路的微處理芯片，它具有獨(dú)立的 Watchdog計(jì)時(shí)器，如果輸入在 內(nèi)無(wú)變化就會(huì)產(chǎn)生輸出； 當(dāng) 掉電或電源電壓低于 ，產(chǎn)生掉電輸出 . 基于 MAX813 的具體電路設(shè)計(jì)如圖 45 所示。 5 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 假設(shè)供水系統(tǒng)共有 2 臺(tái)水泵 , 其中水泵 1 為變頻運(yùn)行 ,水泵 2 為工頻運(yùn)行 , 由接觸器分別啟動(dòng)或停止 , 單片機(jī)通過(guò)繼電器控制接觸器的工作。軟件設(shè)計(jì)如下 : 單片機(jī)接口地址分配和控制端口功能 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0809 : 80XXH～ 87XXH。 壓力傳感器為 IN0 通道 , 設(shè)定電位器為IN1 通道。 D/A轉(zhuǎn)換器 DAC0832 : 08XXH。 水泵 1 繼電器控制 :當(dāng) =0時(shí) 水泵 1開 。當(dāng) =1時(shí) , 水泵 1停。 水泵 2 繼電器控制 :當(dāng) =0時(shí)，水 泵 2開 。當(dāng) =1時(shí) ,水泵 2停。 開機(jī)命令 :當(dāng) =0時(shí) ,系統(tǒng)開始工作 , 當(dāng) =1時(shí) ,系統(tǒng)停止工作 。 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。 主程序包括系統(tǒng)初始化，開機(jī)命令的檢測(cè)等，程序框圖見圖 51。 圖 46 Watchdog電路 Figure 45 Watchdog circuit 1 N 4 1 4 8R 1 2R7R6W D O8R S T7W D I6PFO5MR1V C C2G N D3PFI4M A X 8 1 3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) 20 T1 中斷服務(wù)程序包括 了除主程序以外的所有子程序的管理和應(yīng)用，如壓力檢測(cè)、繼電器控制等。程序框圖圖見圖 52。 圖 51主程序框圖 Figure 51 Block diagram of main program 圖 52 中斷服務(wù)程序框圖 Figure 52 Block diagram of interrupt service routine 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) 21 A/D轉(zhuǎn)換采用定時(shí)轉(zhuǎn)換方式 ,啟動(dòng) A/D后 ,用軟件延時(shí) 150μs,再讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果。 繼電器控制子程序完成水泵 2的運(yùn)轉(zhuǎn)和停止控制。由于變頻器的控制量與水泵 1的運(yùn)轉(zhuǎn)速度直接相關(guān) ,因此程序根據(jù)變頻器的控制量大小就可判斷水泵 1的工作狀態(tài)。如控制量為零 ,說(shuō)明系統(tǒng)壓力過(guò)高 ,水泵 1已經(jīng)調(diào)至最低轉(zhuǎn)速 ,這時(shí)需要水泵 2停止工作 。如果控制量為最大值 ,說(shuō)明系統(tǒng)壓力過(guò)低 ,水泵 1已經(jīng)調(diào)至最高轉(zhuǎn)速 ,這時(shí)需要 水泵 2投入運(yùn)行。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(guò)反復(fù)測(cè)量 ,如果控制量一直不變 ,再進(jìn)行切換。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。 繼電器控制子程序框圖見圖 53。 控制量計(jì)算子程序包括變頻器控制量的計(jì)算和控制量的輸出 ,其中控制規(guī)律采用PID 調(diào)節(jié)規(guī)律。 控制量計(jì)算子程序框圖見圖 54。 圖 53 繼電 器控制子程序框圖 Figure 53 Block diagram of relay control subroutine 圖 54 控制量計(jì)算子程序框圖 Figure 54 Block diagram of control variable calculation subroutine 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) 22 6 結(jié)論 本文在分析變頻調(diào)速原理及變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能情 況的基礎(chǔ)上，結(jié)合 我國(guó)供水的現(xiàn)狀，提出了一個(gè) 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)方案 。 與傳統(tǒng)供水方式相比，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)最大的特點(diǎn)就是采用改變電源供電頻率的方式調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，從而改變供水量。由對(duì)電機(jī)特性的分析可知，通過(guò)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。 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(duì)水壓變化的反應(yīng)也更迅速，所以 大大提高 了 供水質(zhì)量。 另外系統(tǒng) 供水壓力可根據(jù)需要自行隨意調(diào)節(jié)， 因而對(duì)不同 工作環(huán)境 的適應(yīng)性也非常出色。 本文所設(shè)計(jì)的 供水 系統(tǒng)采用單片機(jī)控制。與大多數(shù)基于 PLC 的同類系統(tǒng)相比，雖然 在 功能 上 不夠強(qiáng)大 ， 穩(wěn)定性 也 欠佳，但 是 單片機(jī)成本低廉，體積小重量輕 ，系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì)中又加入了 Watchdog電路 及控制電路的 光電耦合隔離 ，提高了穩(wěn)定性 ，所以仍然有很高的應(yīng)用價(jià)值。 整個(gè) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于大規(guī)模使用和維護(hù) ，可廣泛應(yīng)用于 對(duì)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。 參考文獻(xiàn) [1] 李華 .變頻調(diào)速應(yīng)用手冊(cè) ,機(jī)械工業(yè)出版社， 2021. [2] 付娟 .交流調(diào)速技術(shù) .北京：電子工業(yè)出版社， 2021： 1～ 10。61～ 69 [3] 胡崇岳 .現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù) .機(jī)械工業(yè)出版社， 2021： 1～ 27 [4] 陳虹，史旺旺 .中小型水廠自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn) [J]，給水排水 2021 [5] 陳潤(rùn)泰 ,楊愛蓮 .高樓恒壓供水電氣傳動(dòng)及控制系統(tǒng) .電子與自動(dòng)化 ,1998 年第 1 期 [6] 杜消府 .小氣壓罐與變頻調(diào)速結(jié)合的節(jié)能供水系統(tǒng) ,中國(guó)給水排水， 2021. [7] 蔣藝，楊俊生 .變頻調(diào)速器在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用，山東冶金 .1999， 21（ 5） ,49～ 50. [8] 錢毅，韓濤 .微機(jī)控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) [J]， 1996 [9] 張玉燕，車向芝 .變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能淺 析，山東水利 .2021,3（ 8） ,43～ 44 [10] 李華德 .交流調(diào)速控制系統(tǒng) .電子工業(yè)出版社， 2021： 21～ 35 [11] 田家山 .水泵及水泵站 [ :上海交通大學(xué)出版社， 1989:92 一 105. [12] 趙相賓，變頻調(diào)速和軟起動(dòng)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展 .自動(dòng)化博覽 .2021， 13(6):l～ 12. [13] 王禮平等 .SPWM 變頻器工作原理和基本特點(diǎn) .中南民學(xué)報(bào) [14] 余永權(quán) ,李小青 ,陳林康 .單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的功率接口技術(shù) .北京航空航天大學(xué)出版社 ,1992 年第 1 版 :135～ 160 [15] 薛鈞義 ,張彥斌 .MCS51/96 系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用 .西安交通大學(xué)出版社 ,1997 年第 2 版 [16] 何熙文 ,徐承深 ,孫翱 .Intel8XC196MC/MD 高檔單片機(jī)原理及實(shí)用設(shè)計(jì) .大連理工大吉林農(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) 23 學(xué)出版社 ,1995 年第 1 版 :35～ 208 [17] 王君艷 .交流調(diào)速 .高等教育出版社 ,2021 年第 1 版 [18] 滿永奎，韓安榮，吳成東 .通用變頻器及其應(yīng)用 .機(jī)械工業(yè)出版社 .1995:6～ 10 [19] 燕賓 .電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速圖解 .中國(guó)電力出版社 ,2021 第 1 版 :220～ 224 [20] 崔金貴，變頻調(diào)速恒 壓供水系統(tǒng)在建筑給水應(yīng)用的理論探討 [J].蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2021， 19(1):8488. [21]黃立培 ,張學(xué) .變頻器應(yīng)用技術(shù)及電動(dòng)機(jī)調(diào)速 .人民郵電出版社 ,2021 [22] 萬(wàn)鐘 .變頻調(diào)速系統(tǒng)在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用，化工礦山技術(shù) .1998， 10:3～ 10 [23] Eker、 lyas， Operation and control of a water supply system,ISA Transactions July, 2021,(3)： 461～ 473 [24] with teeth 致 謝 在即將畢業(yè)之際，畢業(yè)設(shè)計(jì)已近尾聲，我想借此機(jī)會(huì)對(duì)所有支持我的人表示感謝！ 我在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，得到導(dǎo)師胡俊海老師的精心指導(dǎo)，胡老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，為我營(yíng)造了一種良好的學(xué)習(xí)氛圍。在胡老師的指導(dǎo)過(guò)程中，我的思考方式得到了改善，思想觀念煥然一新，解決了一個(gè)又一個(gè)難題，最終才得以完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此祝福胡老師合家歡樂，一生平安。同時(shí)，也將祝福送給每一位幫助我的師長(zhǎng)。感謝老師在這半年的畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)我的幫助和鼓勵(lì) !同時(shí)感謝同組同學(xué)在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程其中對(duì)我莫大的鼓勵(lì) 與幫助。 回顧這段時(shí)間的學(xué)習(xí)和生活，還有許多的老師和同學(xué)給予我各