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單片機在恒壓供水變頻調速系統中的應用

1、恒壓供水變頻調速系統工作原理 

      恒壓供水變頻調速系統與水塔或樓頂的高位水箱供水相比,具有投資省､節約能源､水質遭二次污染的機會少等優點,越來越多的城市和生活小區已經或正打算采用變頻調速恒壓供水｡變頻調速恒壓供水系統構成如圖1｡ 

      恒壓供水變頻調速系統其工作原理是:控制器通過檢測實際水壓值,比較設定水壓值和實際水壓值的差別,按PID控制規律運算后,輸出控制信號至變頻器,變頻器則根據控制器的輸入信號調節水泵電機的供電電壓和頻率｡ 

      當用水量增加時,控制器控制變頻器使電動機的電壓和頻率加大,水泵轉速升高,出水量增加;當用水量減少時,控制器控制變頻器使電動機的電壓和頻率降低,水泵轉速下降,出水量減少｡通過這種控制方式,就可以使自來水管道壓力保持在設定值上｡ 

      由于變頻器的價格較高,變頻調速恒壓供水系統通常采用多臺水泵并聯運行,幾臺水泵共用一臺變頻器｡工作時,控制器根據用水量的大小,控制配電系統自動選擇所需投入運行的水泵數量,一般方法是保持其中一臺水泵處于變頻器控制下,其它水泵則根據供水量的變化,在工頻下全速運行或停機待命｡ 

2、恒壓供水變頻調速系統單片機控制器設計 

2.1 硬件設計 

      單片機控制器及變頻調速恒壓供水系統的原理接線圖如圖2｡系統采用Atmel公司的AT89C51單片機作為控制CPU(因為該單片機片內具有4KB的Flash Memory);為確保系統穩定可靠運行,采用MAX813作為系統的電壓監控及Watchdog電路;壓力變送器送來的4~20mA的壓力信號經IC7轉換為0~5V的電壓信號;由A/D轉換電路ADC0809將壓力傳感器的檢測水壓值和設定電位器的設定值轉換為數字量,供單片機使用;D/A轉換電路采用DAC0832,將單片機輸入的控制量轉換為4~20mA電流環,控制變頻器的輸出頻率｡由單片機到配電部分的控制信號及系統的一些控制開關命令,均通過光電耦合電路進行隔離,以減少強電回路對單片機的影響｡ 

2.2 軟件設計 

假設供水系統共有2臺水泵,其中水泵1為變頻運行,水泵2為工頻運行,由接觸器分別啟動或停止,單片機通過繼電器控制接觸器的工作｡軟件設計如下: 

2.2.1 單片機接口地址分配和控制端口功能 

A/D轉換器ADC0809:80XXH~87XXH;壓力傳感器為IN0通道,設定電位器為IN1通道｡ 

D/A轉換器DAC0832:08XXH｡ 

水泵1繼電器控制P1.0:當P1.0=0時,水泵1開;當P1.0=1時,水泵1停｡ 

水泵2繼電器控制P1.1:當P1.1=0時 ,水泵2開;當P1.1=1時,水泵2停｡ 

開機命令P1.2:當P1.2=0時,系統開始工作,當P1.2=1時,系統停止工作｡ 

2.2.2 軟件程序設計 

恒壓供水變頻調速系統的單片機控制器軟件包括主程序､控制量計算子程序､繼電器控制子程序､A/D轉換子程序､延時子程序等｡ 

A/D轉換采用定時轉換方式,啟動A/D后,用軟件延時150μs,再讀出轉換結果｡ 

      繼電器控制子程序完成水泵2的運轉和停止控制｡由于變頻器的控制量與水泵1的運轉速度直接相關,因此程序根據變頻器的控制量大小就可判斷水泵1的工作狀態｡如控制量為零,說明系統壓力過高,水泵1已經調至最低轉速,這時需要水泵2停止工作;如果控制量為最大值,說明系統壓力過低,水泵1已經調至最高轉速,這時需要水泵2投入運行｡由于供水系統壓力的變化慣性較大,所以當控制量出現最大值或最小值后,需延時一段時間,在延時階段經過反復測量,如果控制量一直不變,再進行切換｡系統多于2臺水泵時,切換原理相同,但需增加判斷多臺水泵開､停狀態的循環判斷程序｡ 

控制量計算子程序包括變頻器控制量的計算和控制量的輸出,其中控制規律采用PID調節規律｡ 

3、結論 

      恒壓供水變頻調速系統是現代化城市和生活小區供水的發展方向,采用單片機控制的變頻供水系統具有工作可靠､實現容易､價格低廉等特點,是較理想的控制器｡