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單片機(jī)在恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)工作原理 

      恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)與水塔或樓頂?shù)母呶凰涔┧啾?具有投資省､節(jié)約能源､水質(zhì)遭二次污染的機(jī)會(huì)少等優(yōu)點(diǎn),越來(lái)越多的城市和生活小區(qū)已經(jīng)或正打算采用變頻調(diào)速恒壓供水｡變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成如圖1｡ 

      恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)其工作原理是:控制器通過(guò)檢測(cè)實(shí)際水壓值,比較設(shè)定水壓值和實(shí)際水壓值的差別,按PID控制規(guī)律運(yùn)算后,輸出控制信號(hào)至變頻器,變頻器則根據(jù)控制器的輸入信號(hào)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的供電電壓和頻率｡ 

      當(dāng)用水量增加時(shí),控制器控制變頻器使電動(dòng)機(jī)的電壓和頻率加大,水泵轉(zhuǎn)速升高,出水量增加;當(dāng)用水量減少時(shí),控制器控制變頻器使電動(dòng)機(jī)的電壓和頻率降低,水泵轉(zhuǎn)速下降,出水量減少｡通過(guò)這種控制方式,就可以使自來(lái)水管道壓力保持在設(shè)定值上｡ 

      由于變頻器的價(jià)格較高,變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)通常采用多臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行,幾臺(tái)水泵共用一臺(tái)變頻器｡工作時(shí),控制器根據(jù)用水量的大小,控制配電系統(tǒng)自動(dòng)選擇所需投入運(yùn)行的水泵數(shù)量,一般方法是保持其中一臺(tái)水泵處于變頻器控制下,其它水泵則根據(jù)供水量的變化,在工頻下全速運(yùn)行或停機(jī)待命｡ 

2、恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)單片機(jī)控制器設(shè)計(jì) 

2.1 硬件設(shè)計(jì) 

      單片機(jī)控制器及變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的原理接線圖如圖2｡系統(tǒng)采用Atmel公司的AT89C51單片機(jī)作為控制CPU(因?yàn)樵搯纹瑱C(jī)片內(nèi)具有4KB的Flash Memory);為確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行,采用MAX813作為系統(tǒng)的電壓監(jiān)控及Watchdog電路;壓力變送器送來(lái)的4~20mA的壓力信號(hào)經(jīng)IC7轉(zhuǎn)換為0~5V的電壓信號(hào);由A/D轉(zhuǎn)換電路ADC0809將壓力傳感器的檢測(cè)水壓值和設(shè)定電位器的設(shè)定值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,供單片機(jī)使用;D/A轉(zhuǎn)換電路采用DAC0832,將單片機(jī)輸入的控制量轉(zhuǎn)換為4~20mA電流環(huán),控制變頻器的輸出頻率｡由單片機(jī)到配電部分的控制信號(hào)及系統(tǒng)的一些控制開(kāi)關(guān)命令,均通過(guò)光電耦合電路進(jìn)行隔離,以減少?gòu)?qiáng)電回路對(duì)單片機(jī)的影響｡ 

2.2 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: 

2.2.1 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P1.0:當(dāng)P1.0=0時(shí),水泵1開(kāi);當(dāng)P1.0=1時(shí),水泵1停｡ 

水泵2繼電器控制P1.1:當(dāng)P1.1=0時(shí) ,水泵2開(kāi);當(dāng)P1.1=1時(shí),水泵2停｡ 

開(kāi)機(jī)命令P1.2:當(dāng)P1.2=0時(shí),系統(tǒng)開(kāi)始工作,當(dāng)P1.2=1時(shí),系統(tǒng)停止工作｡ 

2.2.2 軟件程序設(shè)計(jì) 

恒壓供水變頻調(diào)速系統(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､延時(shí)子程序等｡ 

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(kāi)､停狀態(tài)的循環(huán)判斷程序｡ 

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｡ 

3、結(jié)論 

      恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)是現(xiàn)代化城市和生活小區(qū)供水的發(fā)展方向,采用單片機(jī)控制的變頻供水系統(tǒng)具有工作可靠､實(shí)現(xiàn)容易､價(jià)格低廉等特點(diǎn),是較理想的控制器｡