【正文】 約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資調節(jié)能力大、運行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應用前景和明顯的經濟效益與社會 效益。然而，作為飲水工程中最重要的供水這一環(huán)目前卻存在著很多問題，傳統(tǒng)供水方式己經不能滿足當前社會的發(fā)展和吉林農業(yè)大學學士學位論文（設計） 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計 6 需求。 眾所周知，水是生產生活中不可缺少的重要組成部分，在節(jié)水節(jié)能已成為時代特征的現(xiàn)實條件下，我們這個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)生產循環(huán)供水等方面技術一直比較落后，自動化程度低。我國 的產值能耗是世界上最高的國家之一。 綜上所述，變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能顯而易見，所以要大力發(fā)展變頻調速技術 。由于電動機在低頻運行時，變頻器具有能夠根據(jù)負載輕重調整輸入電壓的功能，從而提高了電動機的工作效率。 所以，在實際的運行過程中，即使在用水流量的高峰期，電動機也常常處于輕載狀態(tài)，其效率和功率因數(shù)都較低。 5． 從電動機的效率看節(jié)能 在設計供水系統(tǒng)時，由于： ① 對用戶的管路情況無法預測； ② 管阻特性難以準確計算； ③ 必須對用戶的需求留有足夠的余地。 所以，轉速控制方式與閥門控制方式相比，水泵的工作效率要大得多。 在轉速控制方式時，由于在閥門開度不變的情況下，流量 Q*和轉速 n*是成正比的，比值 Q*/n*不變。這是變頻調速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的最基本的方面。 比較上述兩種調節(jié)流量的方法可以看出，在所需流量小于額定流量 （ QX＜ 100%QN） 的情況下，轉速控制時的揚程比閥門控制時小得多，所以轉速控制方式所需的供水功率也比閥門控制方式小得多。仍以用戶所需流量等于 60%QN為例，當通過降低轉速使 QX=60%QN時，揚程特性為曲線 ④ ，管阻特性仍為為曲線 ② ，故工作點移至 C 點。轉速控制法的實質是通過改變水泵的供水能力來適應用戶對流量的需求。 如圖 12 所示，設用戶所需流量 QX為額定流量的 60%（ 即 QX=60%QN） ，當通過關小閥門來實現(xiàn)時，管阻特性將改變?yōu)榍€ ③ ，而揚程特性仍為曲線 ① ，故供水系統(tǒng)的工作點移至 E 點 ，這時：流量減小為 QE（ =QX） ；揚程增加為 HE；由式 （ 11） 知，供水功率 PG與面積 0DEJ 成正比。閥門控制法的實質是水泵本身的供水能力不變，而是通過改變水路中的阻力大小來強行改變流量，以適應用戶對流量的需求。常見的方法有閥門控制法和轉速控制法兩種。 二、調節(jié)流量的方法與比較 在供水系統(tǒng)中，最根本的控制對象是流量。 4． 供水功率 供水系統(tǒng)向用戶供水時所消耗的功率 PG（ KW） 稱為供水功率，供水功率與流量和揚程的乘積成正比： PG=CPHTQ（ 11） 式中 CP—— 比例常數(shù)。 3． 供水系統(tǒng)的工作點 揚程特性曲線和管阻特性曲線的交點，稱為供水系統(tǒng)的工作點，如圖 11 中的 N 點在這一點，供水系統(tǒng)既滿足了揚程特性，也符合了管阻特性。 2． 管阻特性 以水泵的轉速不變?yōu)榍疤?，表明閥門在某一開度下，全揚程 HT與流量 Q 間關系的曲線 HT=f(Q)，稱為管阻特性曲線。 一、供水系統(tǒng)的特性和工作點 1． 揚程特性 以管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤?，表明在某一轉速下，全揚程 HT與流量 Q 間關系的曲線 HT=f(Q)，稱為揚程特性曲線，如圖 11 中的曲線 ① 所示。 變頻調速恒壓供水節(jié)能分析 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)最突出的特點就是節(jié)能。它們還有一個共同的致命缺點是自動化程度不高，跟不上時代發(fā)展的需求。但缺點是需要壓力罐，其體積大、投資大，又因其壓力變化快、運行效率低，因此電能消耗大，運行費用高 [6]。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，設備的成本比水塔水箱要低得多。另外這種供水方式的水質容易受到污染，系統(tǒng)的開、停，將完全由人操作，這將會出現(xiàn)能量的嚴重浪費和供水質量的嚴重下降。即使如此，在大型建筑物種還常常不能滿足最不利供水點的供水要求，且難于滿足不斷增長的供水需求。這種供水壓力比較恒定，且有貯水。這種系統(tǒng)形式簡單、造價最低，但耗電、耗水嚴重，水壓不穩(wěn)，供水質量極差。 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，有的甚至連蓄水池也沒有，直接從城市公用水網中抽水，嚴重影 響城市公用管網壓力的穩(wěn)定。但我國長期以來在城市供水、樓宇供水、工業(yè)生產供水等方面技術一直比較落后，自動化程度低，效率低下。供水質量的好壞直接影響著人民的生活水平和 企業(yè)的生產效率。 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)產生的背景及研究意義 我國國民經濟正處于迅猛發(fā)展時期，能源緊缺是制約我國經濟發(fā)展的重要因素，節(jié)能節(jié)水是我國經濟持續(xù)發(fā)展的基本國策。近幾年來，隨著電力電子技術、計算機技術、自動控制技術的迅速 發(fā)展，電氣傳動技術面臨著一場歷史革命，即交流調速取代直流調速、計算機數(shù)字控制技術取代模擬控制技術已成為發(fā)展趨勢。如果這些設備都實現(xiàn)變頻調速運行，按節(jié)電 20%計算，年節(jié)電可達 200 億 ，相當于裝機 400 萬 kw 容量吉林農業(yè)大學學士學位論文（設計） 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計 2 的發(fā)電設備 [3]。一個大型電廠，其輔機電動機多達 250 臺左右。經測算，電機采用變頻調速技術運行后，一般可節(jié)電 20%一 40%，因此這項技術具有廣闊的使用前景，可被廣泛應用于改造鍋爐、風機、水泵、制冷機等設備的運行方式，以用來降低壓差損耗以及起停電機的電耗 [2]。是高科技領域的綜合性技術。是節(jié)約能源的高新技術 。而變頻調速技術就是在變頻的基礎上調整電機轉速的技術，其基本原理是根據(jù)電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系： n =60 f（ 1s）／ p，（式中 n、 f、 s、 p 分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數(shù)）；通過改變電動機工作電源頻率實現(xiàn)轉速的改變。 關鍵詞： 變頻調速；恒壓供水； AT89C51單片機 1 前 言 變頻調速技術概況 變頻技術是利用大功率半導體器件及其相應的控制與保護電路來實現(xiàn)電能頻率參量的控制與變換，以實現(xiàn) 電力的某些使用目的，并提高其使用質量與效率的一種技術。 本文提出的 系統(tǒng) 設計方案 是 以 ATMEL 公司的 AT89C51 為 基礎 ， 同時描述了包括變頻器和傳感器在內的硬件控制系統(tǒng)和相應的軟件控制系統(tǒng)。本文論述了變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的調速原理及節(jié)能分析。 建設節(jié)約型社會，合理開發(fā)、節(jié)約利用和有效保護水資源 也 是一項艱巨任務。 21 參考文獻 18 軟件程序設計 18 單片機接口地址分配和控制端口功能 16 控制輸入電路 14 反饋壓力檢測電路 13 4 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的硬件設計 9 變頻調速的基本原理 8 AT89C51 單片機簡介 6 2 單片機概述 5 本文主要研究內容 2 研究意義 2 變頻調速恒壓供水節(jié)能分析 1 傳統(tǒng)供水方式 1 變頻調 速恒壓供水系統(tǒng)產生的背景及研究意義 1 變頻調速技術概況 吉 林 農 業(yè) 大 學 學 士 學 位 論 文 論文題目 ： 變頻調速恒壓供水系統(tǒng) 的設計 學生姓名： 包旭東 專業(yè)年級： 自動化 06 級 指導教師： 胡俊海 職稱 講師 年 月 日 目 錄 摘 要 1 1 前 言 5 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展 6 單片機簡介 6 單片機的發(fā)展史 7 單片機的發(fā)展趨勢 9 3 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的工作原理 10 變頻調速的基本控制方式 10 系統(tǒng)工作過程 11 系統(tǒng)的參數(shù)選取及調 速范圍 13 主控單片機引腳說明 15 輸出控制電路 17 系統(tǒng)電壓監(jiān)控及 Watchdog電路 17 5 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的軟件設計 18 6 結論 21 致 謝 22 附錄 23 吉林農業(yè)大學學士學位論文（設計） 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計 1 變頻調速恒壓供水系統(tǒng) 摘 要： 隨著社會經濟的飛速發(fā)展，城市建設規(guī)模的不斷擴大，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，對城市供水的數(shù)量、質量、穩(wěn)定性提出了越來越高的要求。 因此 ， 有利于節(jié)能節(jié)水的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)得到了更廣泛的應用。描述了變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)方法。 充分發(fā)揮了單片機成本低，易于使用的特點。變頻技術在經歷了早期電子管、晶閘管整流器（ 60 年代）和集成電路技術（ 70 年代）幾個階段后，從 80 年代至今一直沿用基于電力電子技術的功率集成電路技術，并隨著技術的進步繼續(xù)發(fā)展 [1]。 變頻調速技術已深入我們 生活的每個角落，在國民經濟和日常生活中占有重要地位 :應用面廣，是工業(yè)企業(yè)和日常生活中普遍需要的新技術 。是國際上技術更新?lián)Q代最快的領域 。交流變頻調速技術，已成為國內外公認的最理想、最有發(fā)展前途的電機調速方式。我國現(xiàn)有的 100 萬 kw 以上的大型電廠中，每套 30 萬 kw 的發(fā)電 機一般都配備 3035 臺輔機驅動用電動機?；鹆Πl(fā)電廠用電動機驅動的輔機主要是風機水泵、給水泵、循環(huán)水泵、空壓機和磨煤機等，據(jù)初步調查，其中 50%60%的風機、水泵可以改為調速運行。因此，應用電力電子的交流變頻調速裝置以及相關高新技術來改造傳統(tǒng)的產業(yè)，就可以獲得很好的社會效益和經濟效益。在這種環(huán)境下，電機交流變頻調速技術已經逐漸發(fā)展成為當今世界節(jié)電、改善工藝流程以提高產品質量、改善環(huán)境以及推動技術進步的一種主要手段。另外，隨著社會經濟的飛速發(fā)展，城市建設規(guī)模的不斷擴大，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，對城市供水的數(shù)量 、質量、經濟、穩(wěn)定性提出了越來越高的要求 [4]。要安全、穩(wěn)定、經濟可靠的管理好遍布全城的供水管網，一定要有一個滿足供水特點的、先進的自動化供水控制系統(tǒng)。究其原因，主要是由于受供水設備和供水方式的限制。這種供水方式，水泵整日不停運轉，有的可能在夜間用水低谷時段停止運行。 /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供水。但它是由位置高度形成的壓力來進行供水的，為此，需要建造水塔或將水箱置于建筑物的頂部 [5]。同時，由于在建筑物頂部形成很大的負重，所以增加 了結構面積，也妨礙了美觀。 模糊控制變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的研究與設計這種方式是利用封閉的氣壓罐代替高位水塔 /水箱蓄水，通過監(jiān)測罐內壓力來控制泵的開、停。而且氣壓罐是密封的，所以大大減少了水質因異物進入而被污染的可能性，靈活性大、建設快、不妨礙美觀，且可以通過改變壓力罐的壓力來滿足不斷吉林農業(yè)大學學士學位論文（設計） 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計 3 增加的供 水需求。 綜上所述，傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)浪費了很多水力資源和 電力資源，效率低下，且可靠性低，嚴重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。所以開發(fā)一種新型的自動化程度高、可靠性高且節(jié)能效果好的供水系統(tǒng)迫在眉睫。在該系統(tǒng)中，最主要的是對水泵的控制，在日常生活及工農業(yè)生產中， 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速節(jié)能的原理。揚程特性是反映用戶的用水需求狀況對全揚程的影響的。如圖 11 中的曲線 ② 所示，管阻特性是表明由管阻（閥門開度）來控制供水