【正文】 2 變頻恒壓調(diào)速供水系統(tǒng)的工作原理 在變頻調(diào)速供水系統(tǒng)中，是通過變頻調(diào)速來改變水泵的轉速從而改變水泵工作點來達到調(diào)節(jié)供水流量的目的。調(diào)節(jié)水泵轉速的過程中，水泵工況點的調(diào)節(jié)是一個十分 關鍵的問題。水泵在實際運行時的工作點取決于水泵性能、管路水力損失以及所需實際揚程，這三種因素任一項發(fā)生變化，水泵的運行工況都會發(fā)生變化因此水泵工況點的確定和工況調(diào)節(jié)與這三者密切相關。系統(tǒng)由微機控制器、交流變頻調(diào)速器、水泵機組、供水管網(wǎng)和壓力傳感器等組成，控制系統(tǒng)結構原 理如圖 22所示。 圖 22 單片機的變頻恒壓調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 XXX 大學 畢業(yè)設計 4 系統(tǒng)工作過程 根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)的實際狀況，白天一般只需開動一臺水泵，就能滿足生產(chǎn)生活需要，小機工頻運行作恒速泵使用，大機變頻運行作變量泵；晚上用水低峰時，只需 開動一臺大機就滿足供水需要，因此可采用一大一小搭配進行設計， 即把 1水泵電機（ 160KW）和 2水泵電機（ 220KW）為一組，自動控制系統(tǒng)可以根據(jù)運行 時間的長短來調(diào)整選擇不同的機組運行 。 切換過程Ⅰ 1電機變頻啟動，頻率達到 50Hz， 1電機工頻運行， 2電機變頻運行。按下相應的按鈕，選擇機組Ⅰ運行，在 PLC 可編程控 制器控制下， KM2 得電， 1電機先接至變頻器輸出端，接著接通變頻器 FWD 端。 1電機工頻運行后，開啟 1泵閥門， 1泵工作在工頻狀態(tài)。從而實現(xiàn) 1水泵由變頻切換至工頻電網(wǎng)運行， 2水泵接入變頻器并啟動運行，在系統(tǒng)調(diào)節(jié)下變頻器輸出頻率不斷增加，直到管網(wǎng)水壓達到設定值（ Pi＜ P＜ Pm）為止。當晚上用水量大量減少時，水壓增加， 2水泵電機在變頻器作用下，變頻器輸出頻率下降，電機轉速下降，水泵輸出流量減少，當變頻器輸出頻率下降到指定值 fmin，電機轉速下降到指定值，水管水 壓高于設定水壓上限 Pk時（ 2電機， f=fmin， P＜ Pk），在 PLC 可編程控制器控制下， 1水泵電機在工頻斷開， 2水泵繼續(xù)在變頻器拖動下變頻運行。當早晨用水量再次增加時， 2電動機工作在調(diào)速運行狀態(tài)，當變頻器輸出頻率增至工頻 fi（即 50Hz），水管水壓低于設定水壓上限 Pi時（ 2電機 f=fi， P≦ Pi），接通變頻器 BX 端，變頻器FWD斷開， KM3 斷開， 2電機自變頻器輸出端斷開； KM2 得電， 1電機接至變頻器輸出端；接通變頻器 FWD 端，于此同時變頻器 BX端斷開?？刂葡到y(tǒng)又回到初始工作狀態(tài)Ⅰ，開始新一輪循環(huán) 。即通過改變電動機定子電源效率來改變電動機轉速可以相應的改變水泵轉速及工況，使其流量與揚程適應管網(wǎng)用水量的變化，保持管網(wǎng)最不利點壓力恒定，達到節(jié)能效果。當用水量達到最大 Qmax 時，水泵全速運轉， 出口閥門全開，達到了滿負荷運行，水泵的特性 n0 和用水管特性曲線 A0匯交于 b點，此時，水泵輸出口壓力XXX 大學 畢業(yè)設計 6 為 H，末端服務壓力剛好為 Qmax 減少到 Q1的過程中，采用不同的控制方案，其水泵的能耗也不同 [3]。 ★ 水泵變速運轉，靠泵的出口壓力恒定來控制；此時，當用水量由 Qmax下降時，控制系統(tǒng)降低水泵轉速來改變其特性。所以其工況點是在 H上平移。而管路的特性曲線將向上平移到 A1，兩線交點 e即為此時的工況點，這樣，在水量減少到 Q1 時，將導致管網(wǎng)不利點水壓升高到 H0﹥ H1，則 H1 即為水泵的能量浪費。此方案與泵出口恒壓松散水相比，其能耗下降了 h1。即通過控制轉速可以減少軸功率。 采用變頻恒壓供水系統(tǒng)除可節(jié)能外，還可以使水泵組啟動，降低了起動電流，避免了對供電系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊負荷，提高了供水供電的安全可靠性。 目前水泵電機絕大部分是三相交流異步電動機，根據(jù)交流電機的轉速特性，電機的 轉速 n為 n=120(1s)/p 式中 s為電機的滑差（ s=）， p為電機極對數(shù)， f 為定子供電頻率。 由流體力學知：管網(wǎng)壓力 P、流量 Q和功率 N的關系為 N=PQ 由功率與水泵電機轉速成三次方正比關系，基于轉速控制比，基于流量控制可以大幅度降低軸頻率 [4]。在常規(guī)供水系統(tǒng)中，采用閥門控制流量，需要減少流量時關小閥門，管路性能曲線有 R1變?yōu)?R2。采用變頻調(diào)速控制時，管路性能曲線 R1保持不變，水泵的特性取決于轉速，如果水泵轉速從 n0 降到 n1，水泵性能曲線從 n0 平移到 n1，運行工況點沿著水泵性能曲線從 A點移到 C 點，揚程從 H0 下降到 H1，流量從 Q0 減少到 Q1。 XXX 大學 畢業(yè)設計 8 圖 變頻調(diào)速恒壓供水單臺水泵工況調(diào)節(jié)圖 求出運行在 B點 的泵的軸功率 B y yN kQ H? 運行在 C點泵的軸功率 C y yN kQ H? 兩者之差 22222j j jhQg gA???? 也就是說，采用閥門控制流量時有Δ V 的功率被白白浪費了，而且損耗閥門的關小而增加。 本章小結 本章從水泵理 論和管網(wǎng)特性曲線分析入手討論水泵工作點的確定方法。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，水泵工況的調(diào)節(jié)是通過改變水泵性能曲線得以實現(xiàn)的。 b. 水泵工況的調(diào)節(jié)就是采用改變管路性能曲線或改變水泵性能曲線的方法來移動工作點，使其符合要求。 本系統(tǒng)以 8951單片機為核心，它有 4KEPROM,所以不用外擴 EPROM,這樣可以利用 P0、P2口作為輸入、輸出 I/O 口，簡化了硬件結構。 93C46 為串行 EEPROM，用于保存開機設定的原始參數(shù) [5]。 XXX 大學 畢業(yè)設計 10 NE555 封裝 圖 NE555封裝圖 如圖 ， NE555 定時電路 V0 口輸出連續(xù)的脈沖信號至 RST，達到定時復位的效果。調(diào)節(jié) RW或者電容 C，可以得到不同的時間常數(shù) 。 內(nèi)部結構圖 圖 NE555內(nèi)部結 構 XXX 大學 畢業(yè)設計 11 圖 NE555定時電路及工作波形 LED 數(shù)值顯示 D/A 數(shù)值采集 D/A 數(shù)值反饋 LED 數(shù)值顯示模塊 數(shù)碼管由 7 個發(fā)光二極管組成 ， 行成一個日字形 ， 它門可以共陰極 ， 也可以共陽極 ?；镜陌雽w數(shù)碼管是由 7 個條狀的發(fā)光二極管（ LED）按圖 1 所示排列而成的，可實現(xiàn)數(shù)字 0～ 9及少量字符的顯示。 圖 共陰數(shù)碼管引腳圖 XXX 大學 畢業(yè)設計 12 數(shù)據(jù)采集 A/D 轉換電路 a. AD0809 的邏輯結構 ADC0809 是 8位逐次逼近型 A/D轉換器。 多路開關可選通 8個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用 A/D 轉換器進行轉換。 圖 AD0809內(nèi)部結構 b. AD0809 的工作原理 IN0－ IN7： 8 條模擬量輸入通道 ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路 [6]。 AD0809 的 啟動方式為脈沖啟動方式，啟動信號 START 啟動后開始轉換， EOC 信號在 START 的下降沿 10us 后才變?yōu)闊o效的低電平。我們在設計程序時可以利用 EOC 信號來通知單片機（查詢法或中斷法）讀入已轉換的數(shù)據(jù)，也可以在啟動 AD0809 后經(jīng)適當?shù)难訒r再讀入已轉換的數(shù)據(jù)。 AD0809 的工作頻范圍為 10KHZ1280KHZ,當頻率范圍為 500KHZ 時，其轉換速度為 128us。 圖 A/D轉換電路 4 變頻恒壓調(diào)速供水系統(tǒng)軟件設計 編程軟件 C051 編譯器介紹 現(xiàn)在比較流行的 51 系列編程軟件 a. American Automation：編譯器通過 asm 和 endasm 預處理選擇支持匯編語言。 c. Bso/Tasking：是 Intel， LSI， Motorola， Philips， Simens 和 Texas Instruments嵌入式系統(tǒng)的配套軟件工具 d. Dunfield Shareware：非專業(yè)的軟件包，不支持 floats， longs 或結構等 e. KEIL： KEIL 在代碼生成方面處于領先地位，可以產(chǎn)生最少的代碼。使用單片機模式， KEIL 是最好的選擇 f. Intermetrics：使用起來比較困難，要由可執(zhí)行的宏語句控制編譯、匯編和鏈接，且選項很多。 生成代碼的大小比編譯速度重要，這里 KEIL 具有性能領先、緊湊的代碼和使用方便等優(yōu)點，所以本系統(tǒng)用 KEIL 編譯器 [7]。 a. uVision2 for Windows： 是一個集成開發(fā)環(huán)境。 b. CX51 國際標準優(yōu)化 C 交叉編譯器：從 C 源代碼產(chǎn)生可重定位的目標模塊。 d. BL51 鏈接器 /定位器：組合有 CX51 和 AX51 產(chǎn)生的可重定位的目標模塊，生成絕對目標模塊。 f. OH51 目標文件至 HEX 格式的轉