【正文】 djusting Water Supply System has been more widely used. This paper discusses the frequency conversion speed adjusting water supply system and energysaving principle of speed control， and mainly describes the design and implementation approach of the frequency conversion speed adjusting water supply system. The proposed system design is based on the pany39。 constant pressure water supply。變頻技術(shù)在經(jīng)歷了早期電子管、晶閘管整流器（ 60 年代）和集成電路技術(shù)（ 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(shù)的功率集成電路技術(shù)，并隨著技術(shù)的進步繼續(xù)發(fā)展 [1]。 變頻調(diào)速技術(shù)已深入我們生活的每個角落，在國民經(jīng)濟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) 。是國際上技術(shù)更新?lián)Q代最快的領(lǐng)域 。交流變頻調(diào)速技術(shù)，已成為國內(nèi)外公認(rèn)的最理想、最有發(fā)展前途的電機調(diào)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(qū)動用電動機。火力發(fā)電廠用電動機驅(qū)動的輔機主要是風(fēng)機水泵、給水泵、循環(huán)水泵、空壓機和磨煤機等，據(jù)初步調(diào)查，其中 50%60%的風(fēng)機、水泵可以改為調(diào)速運行。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效益和經(jīng)濟效益。在這種環(huán)境下，電機交流變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展成為當(dāng)今世界節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善環(huán)境以及推動技術(shù)進步的一種主要手段。另外，隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市建設(shè)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(zhì)量、經(jīng)濟、穩(wěn)定性提出了越來越高的要求 [4]。要安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟可靠的管理好遍布全城的供水管網(wǎng)，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(shè)備和供水方式的限制。這種供水方式，水泵整日不停運轉(zhuǎn)，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?qū)⑺渲糜诮ㄖ锏捻敳?[5]。同時，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。 模糊控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的研究與設(shè)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(nèi)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(zhì)因異物進入而被污染的可能性，靈活性大、建設(shè)快、不妨礙美觀，且可以通過 改變壓力罐的壓力來滿足不斷增加的供水需求。 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(yán)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(diào)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）來控制供水能力的特性曲線。供水系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)穩(wěn)定運行。 由圖 11 中可以看出：供水系統(tǒng)的額定功率與面積 0ANG 成正比 [7]。因此，要討論節(jié)能問題，必須從考察調(diào)節(jié)流量的方法入手。 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）。這時，管阻特性將隨閥門開度的改變而改變，但揚程特性則不變。 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）。當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速改變時，揚程特性將隨之改變，而管阻特性則不變。這時，流量減小為 QE（ =QX） ， 揚程減小為 HC，供水功率 PC與面積 0DCK 成正比 [8]。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。 4． 從水泵的工作效率看節(jié)能 (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算據(jù)有關(guān)資料介紹，水泵工作效率相對值 η*的近似計算公式如下： 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，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]。就是說，采用轉(zhuǎn)速控制方式時，水泵的工作效率總是處于最佳狀態(tài) [9]。這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的第二個方面。因此 ，在決 定額定揚程和額定流量時，通常裕量較大 [10]。 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。這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的第三個方面。 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。據(jù)統(tǒng)計，目前我國電機的總裝機容量己達(dá) 4 億千瓦，年耗電量約占全國用電量的 60%，但我國電機驅(qū)動系統(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%的電機只相當(dāng)于國際 20 世紀(jì)50 年代的技術(shù)水平電機驅(qū)動系統(tǒng)能效比國外低 20%左右，電能浪費十分嚴(yán)重 [11]。飲水工程對于每個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。 要解決生產(chǎn)過程中能耗高的問題，除其它相關(guān)的技術(shù)問題需要改進外，變頻調(diào)速技術(shù)已成為節(jié)能及提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施，其重要性日益得到了國家的重視，在國內(nèi)推廣變調(diào)速技術(shù)有著非常重大的現(xiàn)實意義和巨大的經(jīng)濟價值及社會價值。 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。電力電子器件最初是普通晶閘管，它主要是電流控制型開關(guān)器件。 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]。電力電子器件發(fā)展逐步把控制、驅(qū)動、保護等功能集成化起來，出現(xiàn)了智能化功率集成電路 (IGBT) 模塊和智能功率模塊 (IPM)，它們實現(xiàn)了開關(guān)頻率的高速化、低導(dǎo)通電壓的高性能及功率集成電路的大規(guī)模化，包括了邏輯控制、功率、保護、傳感及測量的電路功能 ，XXXX 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計） 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 6 為交流變頻調(diào)速技術(shù)開辟了新的天地。 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。我國的交流變頻調(diào)速技術(shù)雖起步晚，但是已取得了巨大發(fā)展，變頻技術(shù)逐步應(yīng)用在各個領(lǐng)域，尤其在風(fēng)機、水泵方面，但同國外仍有一定的差距，我們還要大力發(fā)展自己的電力電子技術(shù)。尤其在水泵、風(fēng)機方面的應(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。為了表述如何利用單片機完成對電機的變頻調(diào)速控制，實現(xiàn)變頻調(diào)速恒壓供水，本文提出了一個基于 AT89C51 單片機的變頻調(diào)速恒壓供水系 統(tǒng)，并設(shè)計了該系統(tǒng)的硬件控制系統(tǒng)和軟件控制系統(tǒng)。 單片機不是完成某一個邏輯功能的芯片 ,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。事實上，單片機是世界上數(shù)量最多的 計算機 。手機、電話、 計算器 、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。汽車上一般配備 40 多部單片機，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作的單片機的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過 PC 機和其他計算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。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。開發(fā)支持的環(huán)境包括指令的兼容及可移植性，支持軟件 (包含可支持開發(fā)應(yīng)用程序的軟件資源 )及硬件資源。 單片機控制系統(tǒng)因其體積小，成本低，功能強 大等特點，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現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化。是控制技術(shù)的一次革命。該機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?，F(xiàn)已成為微型計算機的重 要分支 ,單片機的發(fā)展過程通常可以分為一下幾個發(fā)展過程。在這個時期生產(chǎn)的單片機特點是 ,制造工藝落后和集成度低 ,而且采用了雙片形。 第二代單片機 (19761978):這是單片機的第二發(fā)展階段。 第三代單片機 (19791982):這是八位單片機成熟的階段 .這一代單片機和前兩代相比 ,不僅存儲容量和尋址范圍大 ,而且中斷源 ,并行 I/O 口和定時器 /計數(shù)器個數(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。這一時期生產(chǎn)的單片機品種齊全 ,可以滿足各種不同領(lǐng)域的需要。 第四代單片機 (1983 年以后 ):這是十六位單片機和八位高性能單片機并行發(fā)展的時代 ,十六位機的特點是 ,工藝先進 ,集成度高和內(nèi)部功能強 ,加法運算速度可達(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。 我國開始使用單片機是在 1982 年，從那時到現(xiàn)在 20 多年的時間里，單片機領(lǐng)域發(fā)生了翻天覆地的變化。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。 XXXX 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計） 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 8 單片機的發(fā)展趨勢 計算機系統(tǒng)的發(fā)展已明顯地朝三個方向發(fā)展；這三個方向就是：巨型化，單片化，網(wǎng)絡(luò)化。單片機在出現(xiàn)時， Intel 公司就給其單片機取名為嵌入式微控制器 （ embedded microcontroller） 。這一點是巨型機和網(wǎng)絡(luò)不可能做到的。 首先，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面，單片機已集成了越來越多的部件。 有的單片機為了構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)或形成局部網(wǎng)，內(nèi)部含有局部網(wǎng)絡(luò)控制模塊 CAN。特別是在單片機 C167CS32FM 中，內(nèi)部還含有 2 個 CAN。特別是在控制，系統(tǒng)較為復(fù)雜時，構(gòu)成一個控制網(wǎng)絡(luò)十分有用。 現(xiàn)在新的單片機的功耗越來越小，特別是很多單片機都設(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。 現(xiàn)在單片機的封裝水平已大大提高，隨著貼片工藝的出現(xiàn)，單片機也大量采用了各種合符貼片工藝的封裝方式出現(xiàn)，以大量減少體積。目前，一般單片機都可以在 ～ 的條件下工作。這些單片機有 Fujitsu 公司的 MB89191～ 89195， MB89121～125A， MB89130 系列等，應(yīng)該說該公司的 F2MC8L 系列單片機絕大多數(shù)都滿足 ～6V 的工作 電壓條件。 最后是工藝方面。這些技術(shù)的進步大大地提高了單片機的內(nèi)部密度和可靠性。這主要是出于對低功耗的要求，而且在單片機工作模式上，也有多種模式，如 idel， sleep 模式等。等機功耗非常低。 有些高檔單片機，如一些 32 位的單片機，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