【正文】 s 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(gè)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(jìn)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(gè)角落，在國(guó)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) 。是國(guó)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(guó)內(nèi)外公認(rèn)的最理想、最有發(fā)展前途的電機(jī)調(diào)速方式。我國(guó)現(xiàn)有的 100 萬(wàn) kw 以上 的大型電廠中，每套 30 萬(wàn) kw 的發(fā)電機(jī)一般都配備 3035 臺(tái)輔機(jī)驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)。火力發(fā)電廠用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔機(jī)主要是風(fēng)機(jī)水泵、給水泵、循環(huán)水泵、空壓機(jī)和磨煤機(jī)等，據(jù)初步調(diào)查，其中 50%60%的風(fēng)機(jī)、水泵可以改為調(diào)速運(yùn)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(lái)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。在這種環(huán)境下，電機(jī)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(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。另外，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人口的增多以及人們生 活水平的不斷提高，對(duì)城市供水的數(shù)量、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定性提出了越來(lái)越高的要求 [4]。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)。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(yùn)轉(zhuǎn)，有的可能在夜間用水低谷時(shí)段停止運(yùn)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(lái)進(jìn)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(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。 模糊控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)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(guò)監(jiān)測(cè)罐內(nèi)壓力來(lái)控制泵的開(kāi)、停。而且氣壓罐是密封的，所以大大減少了水質(zhì)因異物進(jìn)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(guò) 改變壓力罐的壓力來(lái)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(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。所以開(kāi)發(fā)一種新型的自動(dòng)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(duì)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(yáng)程特性是反映用戶的用水需求狀況對(duì)全揚(yáng)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(mén)開(kāi)度）來(lái)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(yùn)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(wèn)題，必須從考察調(diào)節(jié)流量的方法入手。 即通過(guò)關(guān)小或開(kāi)大閥門(mén)來(lái)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(shí)，管阻特性將隨閥門(mén)開(kāi)度的改變而改變，但揚(yáng)程特性則不變。 即通過(guò)改變水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量，而閥門(mén)開(kāi)度則保持不變（通常為最大開(kāi)度）。當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速改變時(shí)，揚(yáng)程特性將隨之改變，而管阻特性則不變。這時(shí)，流量減小為 QE（ =QX） ， 揚(yáng)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(dòng)機(jī)的輸出功率）之比， 即為水泵的工作效率，符號(hào)是 ηP： ηP=PG/PP （ 12） (2)水泵工作效率的近似計(jì)算據(jù)有關(guān)資料介紹，水泵工作效率相對(duì)值 η*的近似計(jì)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(duì)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(shí)的工作效率由式 （ 13） 可知，當(dāng)通過(guò)關(guān)小閥門(mén)來(lái)減小流量時(shí)，由于轉(zhuǎn)速不 變， n*=1，比值 Q*/n*=Q*，可見(jiàn)，隨著流量的減小，水泵工作的效率降低十分明顯 [10]。就是說(shuō)，采用轉(zhuǎn)速控制方式時(shí)，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(gè)方面。因此 ，在決 定額定揚(yáng)程和額定流量時(shí)，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(kāi)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(gè)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(wú)非是解決兩大問(wèn) 題一是節(jié)能，二是改善生產(chǎn)過(guò)程。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)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(guó)用電量的 60%，但我國(guó)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(guó)外平均水平低 20%， 70%的電機(jī)只相當(dāng)于國(guó)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(guó)外低 20%左右，電能浪費(fèi)十分嚴(yán)重 [11]。飲水工程對(duì)于每個(gè)人來(lái)說(shuō)都是非常重要的，供水系統(tǒng)也在現(xiàn)代工業(yè)中無(wú)處不在。 要解決生產(chǎn)過(guò)程中能耗高的問(wèn)題，除其它相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題需要改進(jìn)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(guó)家的重視，在國(guó)內(nèi)推廣變調(diào)速技術(shù)有著非常重大的現(xiàn)實(shí)意義和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及社會(huì)價(jià)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(lái)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(kāi)關(guān)器件。 20 世紀(jì)70 年代電力電子器件開(kāi)發(fā)的電力晶體管 (GTR)和門(mén)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(shí)現(xiàn)變頻、逆變 和斬波，為變頻調(diào)速技術(shù)的開(kāi)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(dòng)、保護(hù)等功能集成化起來(lái)，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(shí)現(xiàn)了開(kāi)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)?；?，包括了邏輯控制、功率、保護(hù)、傳感及測(cè)量的電路功能 ，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) 6 為交流變頻調(diào)速技術(shù)開(kāi)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(guó)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(gè)領(lǐng)域，尤其在風(fēng)機(jī)、水泵方面，但同國(guó)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(jī)方面的應(yīng)用，取得了顯著的節(jié)能效果，近年來(lái)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(shí)。為了表述如何利用單片機(jī)完成對(duì)電機(jī)的變頻調(diào)速控制，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速恒壓供水，本文提出了一個(gè)基于 AT89C51 單片機(jī)的變頻調(diào)速恒壓供水系 統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)的硬件控制系統(tǒng)和軟件控制系統(tǒng)。 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。事實(shí)上，單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的 計(jì)算機(jī) 。手機(jī)、電話、 計(jì)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(jī)。汽車(chē)上一般配備 40 多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作的單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò) PC 機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類(lèi)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(cè)中得到。開(kāi)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(kāi)發(fā)應(yīng)用程序的軟件資源 )及硬件資源。 單片機(jī)控制系統(tǒng)因其體積小，成本低，功能強(qiáng) 大等特點(diǎn)，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(guò)程可以以軟件控制來(lái)實(shí)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(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?，F(xiàn)已成為微型計(jì)算機(jī)的重 要分支 ,單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程通常可以分為一下幾個(gè)發(fā)展過(guò)程。在這個(gè)時(shí)期生產(chǎn)的單片機(jī)特點(diǎn)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(jī) (19761978):這是單片機(jī)的第二發(fā)展階段。 第三代單片機(jī) (19791982):這是八位單片機(jī)成熟的階段 .這一代單片機(jī)和前兩代相比 ,不僅存儲(chǔ)容量和尋址范圍大 ,而且中斷源 ,并行 I/O 口和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器個(gè)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(shí)期生產(chǎn)的單片機(jī)品種齊全 ,可以滿足各種不同領(lǐng)域的需要。 第四代單片機(jī) (1983 年以后 ):這是十六位單片機(jī)和八位高性能單片機(jī)并行發(fā)展的時(shí)代 ,十六位機(jī)的特點(diǎn)是 ,工藝先進(jìn) ,集成度高和內(nèi)部功能強(qiáng) ,加法運(yùn)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(yǔ)言 ,如 PL/MPLUS C 和 Forth 語(yǔ)言等。 我國(guó)開(kāi)始使用單片機(jī)是在 1982 年，從那時(shí)到現(xiàn)在 20 多年的時(shí)間里，單片機(jī)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(guó)市場(chǎng)占有相當(dāng)大的比重。 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 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展已明顯地朝三個(gè)方向發(fā)展；這三個(gè)方向就是：巨型化，單片化，網(wǎng)絡(luò)化。單片機(jī)在出現(xiàn)時(shí)， Intel 公司就給其單片機(jī)取名為嵌入式微控制器 （ embedded microcontroller） 。這一點(diǎn)是巨型機(jī)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(jī)已集成了越來(lái)越多的部件。 有的單片機(jī)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(jī) C167CS32FM 中，內(nèi)部還含有 2 個(gè) CAN。特別是在控制，系統(tǒng)較為復(fù)雜時(shí)，構(gòu)成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)十分有用。 現(xiàn)在新的單片機(jī)的功耗越來(lái)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。 現(xiàn)在單片機(jī)的封裝水平已大大提高，隨著貼片工藝的出現(xiàn)，單片機(jī)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(jī)都可以在 ～ 。這些單片機(jī)有 Fujitsu公司的 MB89191～ 89195， MB89121～125A， MB89130 系列等，應(yīng)該說(shuō)該公司的 F2MC8L系列單片機(jī)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(jìn)步大大地提高了單片機(jī)的內(nèi)部密度和可靠性。這主要是出于對(duì)低功耗的要求，而且在單片機(jī)工作模式上，也有多種模式，如 idel， sleep 模式等。等機(jī)功耗非常低。 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(chǎng)，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]。因此國(guó)內(nèi)很多企業(yè)生產(chǎn)類(lèi)似于 51 系列的增強(qiáng)型的單片機(jī)，這些芯片，保留了 8051 單片機(jī)的功能特性的同時(shí)，增強(qiáng)了其功能，比如采用流水線，單周期執(zhí)行周期等，使單片機(jī)運(yùn)算速度提高十倍以上。