第一篇：恒壓供水系統(tǒng)控制設(shè)計(jì) 08010272

恒壓供水系統(tǒng)控制設(shè)計(jì) 引言

在防汛抗旱救災(zāi)、完成急難險(xiǎn)重任務(wù)中創(chuàng)先爭優(yōu)。一是全力做好防汛工作。2010年“莫蘭蒂”、“凡亞比”、“鲇魚”等5個(gè)十二級以上的強(qiáng)臺風(fēng)連續(xù)正面襲擊我市，臺風(fēng)影響間隔時(shí)間之短、頻率之高、連續(xù)之頻繁為歷史少見；同時(shí)，短時(shí)間的強(qiáng)降雨記錄頻現(xiàn)，6月23日15-18時(shí)，安溪西坪鎮(zhèn)珠洋站3小時(shí)雨量114毫米（達(dá)百年一遇暴雨標(biāo)準(zhǔn)），南安巷仔站、洛江馬甲站和南安洪瀨站等雨量站點(diǎn)達(dá)到或接近30年一遇的暴雨標(biāo)準(zhǔn)，防汛抗災(zāi)形勢嚴(yán)峻。面對挑戰(zhàn)，市直水利系統(tǒng)各黨組織和廣大黨員協(xié)同協(xié)作，加強(qiáng)監(jiān)測預(yù)報(bào)預(yù)警，強(qiáng)化重點(diǎn)部位防守，加強(qiáng)水庫科學(xué)調(diào)度，強(qiáng)化防汛責(zé)任制落實(shí)，在防抗第10號臺風(fēng)“莫蘭蒂”（風(fēng)力12級）、第11號超強(qiáng)臺風(fēng)“凡亞比”（風(fēng)力16級）、第13號超強(qiáng)臺風(fēng)“鲇魚”（風(fēng)力17級）的正面登陸和襲擊工作中，我市均實(shí)現(xiàn)了零傷亡，切實(shí)將臺風(fēng)暴雨洪澇災(zāi)害損失降到最低限度，最大限度地減輕了人民群眾生命財(cái)產(chǎn)損失。7月23日，省委、省政府召開全省抗洪搶險(xiǎn)救災(zāi)表彰大會，隆重表彰在抗擊“6.13”特大暴雨洪災(zāi)中涌現(xiàn)出來的先進(jìn)集體和個(gè)人，我市有1個(gè)單位、6名同志被授予“先進(jìn)集體”、“先進(jìn)個(gè)人”榮譽(yù)稱號。在全省防抗第13號臺風(fēng)“鲇魚”表彰大會上，系統(tǒng)有2家單位分別被授予“一等功先進(jìn)集體”和“二等功先進(jìn)集體”榮譽(yù)稱號。二是全力應(yīng)對夏秋冬連續(xù)旱情。近年來，我市接連遭遇夏秋冬連旱，2009年下半年開始的一場數(shù)十年不遇的特大旱情在湄洲灣南岸地區(qū)蔓延，洛江、泉港、惠安等地水庫存水嚴(yán)重不足，45萬人生活生產(chǎn)用水得不到保障，福建聯(lián)合石油化工有限公司、福建氯堿工業(yè)有限公司、國電泉州發(fā)電有限公司等重點(diǎn)工業(yè)企業(yè)高達(dá)上數(shù)百億元工業(yè)產(chǎn)值的生產(chǎn)用水告急，企業(yè)面臨停產(chǎn)威脅。市委常委會果斷作出實(shí)施應(yīng)急供水工程的決定，并下達(dá)了45天具備通水條件的任務(wù)要求。任務(wù)下達(dá)以后，工程實(shí)行24小時(shí)不間斷施工，四個(gè)施工段分頭推進(jìn)，10個(gè)工作面同時(shí)展開，近100臺施工機(jī)械不停作業(yè)，600多名施工人員頂烈日、冒風(fēng)雨，連續(xù)作戰(zhàn)。正是這樣的施工強(qiáng)度，使得工程提前11天通水，在短短34天內(nèi)完成巨大工程量，以實(shí)際行動詮釋了系統(tǒng)黨員在關(guān)鍵時(shí)刻能拉得出、沖得上、打得贏的作風(fēng)，不但為我市的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供了應(yīng)急供水保障，也為我市的應(yīng)急工作積累了十分寶貴的經(jīng)驗(yàn)，鍛煉了一支“特別能吃苦、特別守紀(jì)律、特別能戰(zhàn)斗”的隊(duì)伍，培養(yǎng)了一批“有吃苦精神、有專業(yè)技術(shù)、有組織才干”的綜合人才，是市委“協(xié)同協(xié)作合力”在具體實(shí)踐中的生動運(yùn)用和深刻闡釋。市委徐鋼書記在福建煉化集團(tuán)致市防汛抗旱指揮部《感謝信》中作出重要批示：“我們水利部門的同志確實(shí)干得好、能戰(zhàn)斗、能扛得住，值得表揚(yáng)。”

在發(fā)展民生水利、保障改善民生中創(chuàng)先爭優(yōu)。民生水利建設(shè)項(xiàng)目，點(diǎn)多面廣，時(shí)間緊迫，任務(wù)艱巨。市直水利系統(tǒng)堅(jiān)持把是否解決涉及民生的水利問題作為檢驗(yàn)創(chuàng)先爭優(yōu)活動成效的一把標(biāo)尺，自覺把民生水利工作放到大局中來思考、審視和把握，從中找到工作的切入點(diǎn)、結(jié)合點(diǎn)和著力點(diǎn)。進(jìn)一步強(qiáng)化政治意識、大局意識、服務(wù)意識，深刻領(lǐng)會市委、市政府的工作部署，把握新形勢新任務(wù)對水利工作提出的要求，從水利工作的職能特點(diǎn)出發(fā)開展工作，不斷提高服務(wù)全局的能力和水平。按照省、市“大干150天、全力實(shí)施五大戰(zhàn)役”總體部署，成立了以機(jī)關(guān)黨員領(lǐng)導(dǎo)干部為組長的三個(gè)工作小組，分別進(jìn)駐南安安溪片區(qū)、晉江石獅片區(qū)、惠安泉港片區(qū)，帶領(lǐng)專業(yè)技術(shù)人員戰(zhàn)斗在工程一線，以超常規(guī)的工作強(qiáng)度、超常規(guī)的工作手段和超常規(guī)的工作要求，迅速行動，全力以赴，做到工作中不留斷檔、時(shí)間上不留空隙，環(huán)環(huán)緊扣步步緊逼，克服重重困難，形成全力以赴、真抓實(shí)干的強(qiáng)大態(tài)勢，高速推進(jìn)工程建設(shè)。目前96個(gè)水利工程項(xiàng)目按既定目標(biāo)全面完成建設(shè)任務(wù)，累計(jì)完成投資8.86億元。其中，水庫、海堤除險(xiǎn)加固以及農(nóng)村飲水安全工程三大類省級為民辦實(shí)事項(xiàng)目全部按時(shí)完工，在全省9地市水利建設(shè)進(jìn)展中名列前茅，得到省水利廳領(lǐng)導(dǎo)的充分肯定。

在加強(qiáng)水資源管理、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式加快轉(zhuǎn)變中創(chuàng)先爭優(yōu)。堅(jiān)持一手抓創(chuàng)新、一手抓落實(shí)，以務(wù)實(shí)的精神推進(jìn)我市作為“全國水資源動態(tài)管理系統(tǒng)試點(diǎn)城市”的各項(xiàng)工作，通過水資源紅黃藍(lán)分區(qū)管理、水資源動態(tài)管理、節(jié)水型社會城市建設(shè)等項(xiàng)目，科學(xué)探索水資源管理工作。去年6月4日，我市水資源管理工作經(jīng)驗(yàn)作為專題在中央電視臺《新聞聯(lián)播》向全國推廣；6月29日，獲得來泉視察的全國政協(xié)副主席阿不來提?阿不杜熱西提的充分肯定，并形成專題報(bào)告上報(bào)國務(wù)院，得到了溫家寶總理、回良玉副總理的批示，水利部水資源司孫雪濤司長專門致信徐鋼書記和李建國市長，稱贊我市水資源試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)在今年中央一號文件中得到了充分體現(xiàn)，“為一號文件提供了重要的理論創(chuàng)新和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)”；“山美灌區(qū)水資源優(yōu)化調(diào)配支持系統(tǒng)”獲得2010年度福建省水利科技技術(shù)二等獎。

在加快水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、提升水利保障能力中創(chuàng)先爭優(yōu)。牢固樹立“群眾工作無小事”的觀念，大力弘揚(yáng)秉公用權(quán)、廉潔從政的良好工作作風(fēng)，堅(jiān)持以最廣大人民的最大利益為出發(fā)點(diǎn)，在防汛搶險(xiǎn)、水資源管理、水利工程建設(shè)、水環(huán)境保護(hù)、引水發(fā)電等各項(xiàng)工作中，系統(tǒng)廣大黨員干部充分發(fā)揮先鋒模范作用，抓緊建設(shè)一批控制性骨干水利工程和水資源配置工程，湄南供水二期工程、北渠節(jié)水改造工程（二期）豐澤段、金雞新舊攔河閘南岸防洪堤工程、南安市沿海片區(qū)供水工程、安溪縣坑仔口湖頭鎮(zhèn)區(qū)河道治理工程、晉南灌溉排水泵站更新改造工程等完成主體工程建設(shè)，水利對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的保障能力進(jìn)一步增強(qiáng)。恒壓供水技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)

2.1 工作原理

1、原理框圖：參見圖一所示

2、系統(tǒng)概述：

該系統(tǒng)由四臺大泵（22KW）與一臺小泵（5.5KW）組成；PLC部分由西門子可編程控制器S7-200系列的CPU226，文本顯示器TD200組成；變頻器采用三菱FR-A540系列，功率22KW。

用戶所需的生活用水壓力、消防用水壓力、運(yùn)行方式等參數(shù)在TD200文本顯示器上設(shè)定，壓力傳感器把用戶管網(wǎng)壓力轉(zhuǎn)換為0-10V標(biāo)準(zhǔn)信號送進(jìn)PLC模擬量模塊EM235，PLC通過采樣程序及PID閉環(huán)程序與用戶設(shè)定壓力構(gòu)成閉環(huán)，運(yùn)算后轉(zhuǎn)換為PLC模擬量輸出信號送給變頻器，調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到恒壓供水的目的。

該系統(tǒng)有各個(gè)泵的運(yùn)行時(shí)間累計(jì)功能，通過PLC的數(shù)據(jù)區(qū)保持可以斷電記憶。每次起動時(shí)先起動1#小泵，當(dāng)用水量超過一臺泵的供水能力時(shí)，PLC通過程序?qū)崿F(xiàn)泵的延時(shí)上行切換，切換原則為當(dāng)前未運(yùn)行的大泵累計(jì)運(yùn)行時(shí)間最少的先投入；當(dāng)壓力超過時(shí)，PLC通過程序?qū)崿F(xiàn)泵的延時(shí)下行切換，切換原則為當(dāng)前正在運(yùn)行的大泵運(yùn)行時(shí)間最多的先撤出。直到滿足設(shè)定壓力為止。追求的最終目標(biāo)為壓力恒定。

當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，變頻器的輸出電壓與頻率變化自動調(diào)節(jié)泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。

系統(tǒng)還可通過PLC的實(shí)時(shí)時(shí)鐘自動定時(shí)供水，用戶在TD200上設(shè)定每天最多6段（段數(shù)也可設(shè)定）定時(shí)供水，比如早上6：00到8：30，中午11：20到1：30等。

系統(tǒng)可動態(tài)顯示各種參數(shù)，如設(shè)定壓力，運(yùn)行壓力，水位高度，運(yùn)行方式，實(shí)時(shí)時(shí)間，日歷，各個(gè)泵的運(yùn)行時(shí)間累計(jì)（精確到秒），運(yùn)行狀態(tài)，故障信息等等。為了不使系統(tǒng)中TD200畫面顯得死板，在PLC程序中控制TD200中的畫面定時(shí)切換，動態(tài)顯示；

系統(tǒng)還有故障自診斷功能，各泵發(fā)生過載、缺相、短路、傳感器斷線、傳感器短路、水位下限、水壓超高、水壓超低、變頻器故障等，都會有聲光報(bào)警，TD200上同時(shí)顯示故障類型，通知設(shè)備維修人員處理，并可記憶故障發(fā)生時(shí)間及班次，以便追查原因及相關(guān)責(zé)任。

3、工作原理：

（1）手動運(yùn)行時(shí)，可按下按鈕起動停止水泵在工頻狀態(tài)下運(yùn)行，完全脫離開PLC及變頻器的控制，該功能主要用在檢修及自動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)的應(yīng)急供水方式中。

（2）自動運(yùn)行時(shí)，全部泵的運(yùn)行依程序自動工作。

上行過程：當(dāng)在自動運(yùn)行方式時(shí)，按下TD200上的起動軟健，系統(tǒng)先起動1#小泵，PLC程序控制模擬量模塊EM235給定變頻器一固定頻率輸出，此時(shí)若用 PID運(yùn)算輸出直接控制變頻器則（設(shè)定壓力大，運(yùn)行壓力為零，所以運(yùn)算輸出最大）變頻器依設(shè)定的上升時(shí)間運(yùn)行，升速太快，系統(tǒng)沖擊很大。等泵運(yùn)行一會兒，管網(wǎng)壓力積累后，再用PID運(yùn)算輸出控制變頻器。具體時(shí)間和頻率與管網(wǎng)系統(tǒng)有關(guān)，在現(xiàn)場調(diào)試時(shí)這兩個(gè)參數(shù)在TD200上設(shè)定調(diào)整。管網(wǎng)越大，時(shí)間越長 當(dāng) 1#小泵到達(dá)50HZ后，系統(tǒng)壓力仍偏低，則延時(shí)一段時(shí)間后，系統(tǒng)靠PLC程序把1#泵切換到工頻運(yùn)行，同時(shí)由PLC輸出一個(gè)開關(guān)量給變頻器的MRS端子，變頻器瞬間禁止輸出，此時(shí)PLC把運(yùn)行時(shí)間最少的泵變頻接觸器接通后，撤掉禁止輸出，相應(yīng)的泵變頻起動運(yùn)行；延時(shí)切斷1#小泵，系統(tǒng)中相應(yīng)的一臺大泵變頻運(yùn)行，壓力自動調(diào)節(jié)，若系統(tǒng)壓力平衡，則頻率穩(wěn)定在一個(gè)相對的范圍，若頻率到達(dá)50HZ后壓力仍然偏低，則再投入一臺大泵，比較剩下的泵的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，時(shí)間少的先行投入，以此類推。注意，上行中，只要有一臺大泵運(yùn)行，則1#小泵要斷開，大泵與小泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，小泵的效率很低。

下行過程：當(dāng)系統(tǒng)壓力偏高，變頻器運(yùn)行在18HZ左右（18HZ以下泵的效率很低，經(jīng)驗(yàn)值）時(shí)，PLC程序判斷運(yùn)行在工頻狀態(tài)的泵累計(jì)運(yùn)行時(shí)間（若只有一臺泵不作判斷），運(yùn)行時(shí)間最多的泵延時(shí)先行撤出，在撤出的瞬間，PLC控制變頻器運(yùn)行頻率在50HZ，要不系統(tǒng)沖擊過大，容易有水垂現(xiàn)象，延時(shí)一會兒后，再把 PID運(yùn)算輸出投入即可；以此類推。注意：下行過程中，到最后一臺大泵運(yùn)行時(shí)，頻率在18HZ左右，系統(tǒng)壓力仍然偏高時(shí)，則把1#小泵切換到變頻運(yùn)行。這種情況在夜間可能發(fā)生，當(dāng)供水管網(wǎng)很大時(shí)，也許沒有這個(gè)可能性。

2.2 泵節(jié)能理論

1、循環(huán)水泵工作原理

大型電廠的循環(huán)水泵一般采用兩種運(yùn)行方式：單泵運(yùn)行或雙泵并聯(lián)運(yùn)行。經(jīng)過雙速改造的循環(huán)水泵的并聯(lián)運(yùn)行方式一般為雙泵低速并聯(lián)運(yùn)行、雙泵高速低速并聯(lián)運(yùn)行和雙泵高速并聯(lián)運(yùn)行。1.1、單臺泵工作原理

將管路性能曲線和泵本身的性能曲線用同樣比列尺畫在同一張圖上，兩條曲線的交點(diǎn)即為泵的運(yùn)行工況點(diǎn)，亦稱工作點(diǎn)。如圖1所示，其中I是泵本身的性能曲線，Ⅲ是管路性能曲線，M點(diǎn)即為泵穩(wěn)定運(yùn)行的工況點(diǎn)。

圖1單臺泵運(yùn)行

1.2、相同性能泵并聯(lián)工作原理

圖2為相同性能泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的性能曲線。圖中I，Ⅱ?yàn)閮膳_同性能的泵的性能曲線，Ⅲ為管路特性曲線，將單臺泵的性能曲線的流量在揚(yáng)程相等的條件下迭加，可以得到并聯(lián)工作時(shí)的性能曲線I+Ⅱ。圖2中，管路曲線與泵的并聯(lián)性能曲線的交叉點(diǎn)M，即為并聯(lián)工作時(shí)的工作點(diǎn)。并聯(lián)時(shí)單個(gè)泵的工況，由M點(diǎn)作橫坐標(biāo)的平行線與單泵的特性曲線交于C點(diǎn)，即為每臺泵在并聯(lián)時(shí)的工況點(diǎn)，同時(shí)可知并聯(lián)時(shí)每臺泵的流量為Q。由圖2可知并聯(lián)工作的特點(diǎn)：2臺泵并聯(lián)工作時(shí)揚(yáng)程和并聯(lián)時(shí)的單臺泵的工作揚(yáng)程相等，總流量為并聯(lián)的每臺泵輸送流量之和。并聯(lián)前每臺泵的參數(shù)跟并聯(lián)后每臺泵的參數(shù)比較可知：并聯(lián)時(shí)每臺泵的工作流量小于單獨(dú)泵工作流量，而單獨(dú)泵工作流量又小于雙泵并聯(lián)工作流量，即Qc

圖2相同性能泵并聯(lián)運(yùn)行 1.3、不同性能泵并聯(lián)工作原理

圖3為不同性能泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的性能曲線。圖中I，Ⅱ?yàn)?臺不同性能的泵的性能曲線，Ⅲ為管路特性曲線，并聯(lián)工作時(shí)的性能曲線為I+Ⅱ。由圖3可知：并聯(lián)前每臺泵的工況點(diǎn)分別為B、B兩點(diǎn)，流量為QB1、QB2。與并聯(lián)后泵的工況點(diǎn)比較可知2臺泵并聯(lián)后的流量QM小于并聯(lián)前每臺泵的流量QB1、QB2之和。2臺泵并聯(lián)后的揚(yáng)程大于并聯(lián)前每臺泵的揚(yáng)程。2臺不同性能的泵并聯(lián)時(shí)的流量等于并聯(lián)后每臺泵的流量Qc1、Qc2之和，而并聯(lián)時(shí)的總流量小于并聯(lián)前每臺泵單獨(dú)工作時(shí)的流量之和，其減少的程度隨泵并聯(lián)臺數(shù)的增加、管路特性曲線的陡緩程度而增大。

圖3不同性能泵并聯(lián)運(yùn)行

2、循環(huán)水泵運(yùn)行試驗(yàn)研究

雙速改造后的循環(huán)水泵性能試驗(yàn)參照《離心泵、混流泵、軸流泵和旋渦泵試驗(yàn)方法(GB3216-89)》進(jìn)行。

試驗(yàn)工況分別選擇為：單泵高速運(yùn)行、單泵低速運(yùn)行、雙泵低速并聯(lián)運(yùn)行、一泵高速和一泵低速并聯(lián)運(yùn)行4個(gè)工況。循環(huán)水泵進(jìn)出水及凝汽器進(jìn)出水閥門均全開，更改雙速電動機(jī)的接線方式以改變循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速。每個(gè)工況的試驗(yàn)均持續(xù)3min，試驗(yàn)期間循環(huán)水泵運(yùn)行平穩(wěn)。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)公式對循環(huán)水泵的性能進(jìn)行了計(jì)算，試驗(yàn)及計(jì)算結(jié)果匯總于表1。

試驗(yàn)時(shí)水泵出口流量在凝汽器人口處測量，出口就地壓力表更換為精密壓力表。對于雙泵并聯(lián)運(yùn)行工況，計(jì)算時(shí)是以兩泵作為一個(gè)整體來進(jìn)行的，出口壓力取平均值，電機(jī)功率取兩泵之和，流量取兩泵之和。

3、循環(huán)水泵的節(jié)能運(yùn)行分析

雙速改造后的循環(huán)水泵的試驗(yàn)及計(jì)算結(jié)果如表1所示：單泵低速運(yùn)行時(shí)循環(huán)水流量為28500ma/h，泵揚(yáng)程為17.89m，泵的效率為86.27％；單泵高速運(yùn)行時(shí)循環(huán)水流量為34200ma/h，泵揚(yáng)程為20.12m，泵的效率為82.29％；雙泵低速并聯(lián)運(yùn)行時(shí)循環(huán)水流量為47500I矗泵揚(yáng)程為22.77lrn，泵的效率為85.62％；雙泵高低速并聯(lián)運(yùn)行時(shí)循環(huán)水流量為53000m3/h，泵揚(yáng)程為24.22m，泵的效率為84.95％。

雙泵低速并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，循環(huán)水流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單泵低速運(yùn)行時(shí)的循環(huán)水流量，但并聯(lián)時(shí)的循環(huán)水流量分?jǐn)偟矫颗_泵的流量，卻小于單泵低速運(yùn)行時(shí)的流量；雙泵并聯(lián)時(shí)的循環(huán)水泵揚(yáng)程，較單泵低速運(yùn)行時(shí)的揚(yáng)程有較大提高。雙泵高低速并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，循環(huán)水流量小于并聯(lián)前兩泵單獨(dú)運(yùn)行時(shí)的流量之和，但并聯(lián)時(shí)的循環(huán)水泵揚(yáng)程比并聯(lián)前兩泵單獨(dú)運(yùn)行時(shí)的揚(yáng)程都大。試驗(yàn)結(jié)果與前面分析的相同性能泵并與不同性能泵并聯(lián)的理論工作原理是相符的。

由試驗(yàn)結(jié)果還可知，雖然單泵低速運(yùn)行時(shí)的流量比單泵高速運(yùn)行時(shí)的流量稍小，但泵效率卻較高，且單泵低速運(yùn)行時(shí)的發(fā)電機(jī)功率遠(yuǎn)小于單泵高速運(yùn)行時(shí)的發(fā)電機(jī)功率。因而在冬季選擇單泵運(yùn)行方式時(shí)應(yīng)盡量選擇單泵低速運(yùn)行。同理，在夏季選擇雙泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，也應(yīng)盡量選擇泵效率較高、發(fā)電機(jī)功率較低的雙泵低速并聯(lián)運(yùn)行方式。

2.3 恒壓供水的優(yōu)點(diǎn)

變頻恒壓供水控制器 CPC-k200變頻恒壓供水控制器恒壓供水控制器，變頻恒壓供水控制器觸摸屏、上位機(jī)，恒壓供水控制器 變頻恒壓供水控制器，專為泵房惡劣環(huán)境而設(shè)計(jì)，功能齊全，性能穩(wěn)定，界面美觀大方，售后售前雙保障。恒壓供水設(shè)備必備。（泵房改造）部分功能介紹如下：

1，變頻恒壓供水控制器，高度簡單方便 時(shí)尚外觀，大尺寸液晶，顯示信息全面。豐富而完美的中文提示，使一般的操作人員無需經(jīng)過復(fù)雜的培訓(xùn)，也能對各項(xiàng)操作應(yīng)用自如,而無需專業(yè)工程師對其進(jìn)行操作，節(jié)省時(shí)間，操作更輕松。同時(shí)，控制系統(tǒng)可在漢字顯示屏上明確顯示其工頻、變頻、轉(zhuǎn)換的運(yùn)行工況。2，變頻恒壓供水控制器，全液晶參數(shù)顯示，設(shè)定一目了然，可設(shè)定供貨商服務(wù)電話（用戶自己設(shè)定），方便聯(lián)系盡快處理故障等相關(guān)疑問。

3，變頻恒壓供水控制器，故障查詢功能 能確認(rèn)最新的報(bào)警時(shí)間（年、月、日、時(shí)、分、秒）及內(nèi)容，共記錄十條故障信息，方便了解控制器運(yùn)行情況，系統(tǒng)全面狀況。

4，維修簡單方便 獨(dú)有的系統(tǒng)故障檢測、明確的故障部位提示，使工程人員能清楚地了解故障所在，幫助維修人員檢查故障發(fā)生的部位和原因，及時(shí)快速針對性采取行動。

5，變頻恒壓供水控制器，水箱無水報(bào)警并停機(jī)功能。

6，變頻恒壓供水控制器，時(shí)間日期設(shè)定功能，方便記錄各種故障情況發(fā)生的時(shí)間，方便查詢復(fù)檢。

7，變頻恒壓供水控制器，采用模糊控制原理，自動優(yōu)化參數(shù)，操作簡單方便，響應(yīng)快、精度高、切換泵時(shí)管網(wǎng)壓力沖擊小。

8，變頻恒壓供水控制器，定時(shí)換泵功能，防止同一水泵運(yùn)行時(shí)間過長，并且可以精確到具體時(shí)間，科學(xué)分配各泵工作時(shí)間，記錄各泵運(yùn)行時(shí)間，提高水泵平均使用壽命。自動控制系統(tǒng)的原理

在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。

利用負(fù)反饋原理，通過壓力傳感器反饋水管壓力，然后跟設(shè)定壓力進(jìn)行比較得到一個(gè)差值，通過D/A轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)變頻器輸出,從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速,管道壓力隨之改變,反饋壓力也改變,使管道壓力越來越接近給定值，從而實(shí)現(xiàn)了恒壓控制。當(dāng)用水量增加，管道壓力減小，反饋壓力減小，差值變大，調(diào)節(jié)變頻器輸出使頻率增大，水泵加速管道壓力隨之增大，越來越接近設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)恒壓。電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 電路控制方案

本系統(tǒng)運(yùn)用三菱PLC FX2N－32MR，A/D、D/A模塊FX0N－3A，三菱變頻器FR500，臺達(dá)觸摸屏及傳感器實(shí)現(xiàn)了恒壓供水。主控制器PLC FX2N－32MR采集來自各個(gè)部件（故障、狀態(tài)輸入,A/D模塊,人機(jī)界面）的信號，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理輸出，經(jīng)過D/A模塊轉(zhuǎn)換來控制變頻器工作，實(shí)現(xiàn)水泵的調(diào)頻調(diào)速以來達(dá)到恒壓控制。人機(jī)界面既可以對工作水壓進(jìn)行設(shè)置也可以顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

4.2 系統(tǒng)硬件

4.2.1 控制系統(tǒng)原理圖

圖4－2－1－1主電路接線圖

圖4－2－1－2控制電源接線

圖4－2－1－3PLC 信號輸入與信號輸出接線

圖4-2－1－4 控制系統(tǒng)I/O口分配 4.2.2 電氣設(shè)計(jì)與選擇

4.2.3 系統(tǒng)接線圖

圖4－2－3－1輸入電路接線

圖4－2－3－2輸出電路接線

利用續(xù)流二極管VD 利用RC電路 以消除電感能量

濾波和接地 數(shù)字信號地 DG 模擬信號地 AG 保護(hù)接地

PE 屏蔽地

4.3 系統(tǒng)軟件 程序框圖

首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后選擇系統(tǒng)運(yùn)行方式手動和自動模式。然后進(jìn)行采樣，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理輸出，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率以達(dá)到恒壓效果。

4.3.1 系統(tǒng)程序

A/D、D/A模塊接口子程序

圖4-3-1-1A/D、D/A模塊接口子程序

b0=0選擇A/D通道1 b0=1選擇A/D通道2 b1=0→1開啟A/D通道 B2=1→0開啟D/A通道

前三行為模擬輸入，K0寫入BFM#17，選擇A/D輸入通道1，K2寫入BFM#17，啟動通道1的A/D轉(zhuǎn)換處理，F(xiàn)ROM為讀取BFM#0，把通道1的當(dāng)前值存入寄存器D210

讀取模擬輸入通道所需的時(shí)間TAD按如下計(jì)算：

TAD=（TO指令處理時(shí)間）*2+（RROM指令處理時(shí)間）

后三行為模擬輸出，D200寫入BFM#16，這將轉(zhuǎn)換成模擬輸出，K4寫入BFM#17，啟動D/A轉(zhuǎn)換處理。

寫入模擬輸入通道所需時(shí)間TAD的計(jì)算：TAD=（TO指令處理時(shí)間）*3 PID指令

D120

采樣時(shí)間

1-32767 ms

D121

（反動作方向b0=1）D122

輸入濾波

0-99% D123

比例增益

1-32767% D124

積分時(shí)間

（1-32767）100 ms D125

微分增益

1-100% D126

微分時(shí)間

（1-32767）100 ms D500為給定值，D210為反饋值，D120為表多，D200為輸出值

4.3.2 變頻器參數(shù)設(shè)置

1.變頻器為單相變頻器，按圖連接變頻器線路，輸入電壓L、N接220V，輸出接電機(jī)U、V、W；頻率外調(diào)“10”，“2”“5”接電位器；

2.設(shè)置參數(shù)，在P79=“1”情況下顯示“PU”設(shè)定有關(guān)參數(shù)，P1=45，P2=10HZ（上限頻率），P3=50HZ(下限頻率),P7=2S（加速時(shí)間）、P8=3S（減速時(shí)間）、P19=220；

3.運(yùn)行，在“EXT”情況下，啟動變頻器，調(diào)節(jié)頻率，P79=“2”。

4.3.3 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

管道壓力通過5V電源和電位器的結(jié)合進(jìn)行模擬調(diào)節(jié) 觸摸屏控件如下：

觸摸屏輸出部分：Y0：1號泵允許指示；Y1：2號泵允許指示；T20：1號泵故障；T21：2號泵故障；D101：當(dāng)前水壓；D502:泵累計(jì)運(yùn)行時(shí)間；D102:電動機(jī)轉(zhuǎn)速 觸摸屏輸入部分：M500：自動啟動；M100:手動1號泵；M101:手動2號泵；M102：停止；M103：運(yùn)行時(shí)間復(fù)位；M104:清楚報(bào)警；D500：水壓設(shè)定；

4.4 調(diào)試

計(jì)算機(jī)（上位機(jī)）作為編程通過專用通信電纜與PLC（下位機(jī)）進(jìn)行通信。在連接或斷開專用電纜時(shí)，應(yīng)關(guān)閉控制電源；同時(shí)須注意專用電纜接插頭插入的位置，否則易損壞上述儀器設(shè)備。

在進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試時(shí)應(yīng)逐級調(diào)試，即先軟件，再硬件；先弱電，再強(qiáng)電；先低壓，再高壓；先輸入，再輸出；先開環(huán)，再閉環(huán)；先電氣，再機(jī)械。PLC的輸入和輸出的公共端COM必須分開，不能直接連接。結(jié)語

參考文獻(xiàn)

[1] 王永華，王東云，[M]現(xiàn)代電器及其編程控制技術(shù).北京； 北京航空航天大學(xué)出版社，2005.9 [2] 史增芳編.[M] 可編程控制原理及應(yīng)用.北京：希望電子出版社，2008.12 [3] 張燕賓編.[M] SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)（第一版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.9 [4] 王庭才、王偉編.變頻器原理及應(yīng)用，北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2008.7 [5] 陳國呈編.[M] PWM變頻調(diào)速技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.5 [6] 趙希平.[J] 一臺變頻器的雙泵簡易恒壓供水，電世界，2007.3 [7] 張素玲 [J]PLC控制的變頻調(diào)速供水系統(tǒng).電工技術(shù),2007.5 [8] SIEMENS ：S7—200PLC用戶操作手冊，2006.8 [9] 三墾：SAMCO-vm05 供水控制基板

[10] 三墾：SAMCO-vm05 系列變頻器使用說明書 [11]ABB：2600T 壓力變送器使用說明書

第二篇：機(jī)電系統(tǒng)控制總結(jié)

電氣控制系統(tǒng)課題設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告

為期兩周的機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)到今天就結(jié)束了，這兩個(gè)周得實(shí)習(xí)，有收獲也有遺憾，同時(shí)也對以后的工作有很大的幫助。

兩周前，我收到了課題，這次的課題是我最不擅長的電氣控制設(shè)計(jì)，所以比較擔(dān)心。先說一下我的課題大概的內(nèi)容：這次是的課題是齒圈淬火機(jī)床設(shè)計(jì)，初次拿到課題，確實(shí)懵了，根本就看不懂題目，好像每次課程設(shè)計(jì)都是這樣的感覺，這都是些什么啊？從哪下手?一點(diǎn)思路都沒有，應(yīng)該怎么做啊.幸好孫老師在第二天給我們講解了課題的主要內(nèi)容。孫老師先跟我們說了一下機(jī)床的主要工藝流程，我們才有點(diǎn)想法了。

機(jī)床的主要工作流程是：立柱沿X軸的左右移動，提供動力的是普通交流電機(jī)，用的是交流接觸器控制的電機(jī)正反裝，這是在學(xué)校學(xué)習(xí)機(jī)床電氣控制技術(shù)這門課程是的重要知識點(diǎn)，所以運(yùn)用起來比較熟練，這個(gè)電機(jī)的控制比較簡單。然后是淬火感應(yīng)線圈的上下移動，這個(gè)動作運(yùn)用的是伺服電機(jī)，還有就是齒圈的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，也是運(yùn)用的伺服電機(jī)，這就是問題的關(guān)鍵，我們沒有詳細(xì)的接觸過伺服電機(jī)，所以運(yùn)用起來就比較吃力。

在伺服電機(jī)的運(yùn)用上，這是這次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)難點(diǎn)，也是以前沒接觸過的東西，所以也是這次的主要收獲。伺服電機(jī)要求我們用的是松下A4系列，剛開始時(shí)候，我們定性思維，想當(dāng)然的以為是跟普通電機(jī)那樣，靠的是交流接觸器控制的正反轉(zhuǎn)，結(jié)果當(dāng)孫老師第二次講解的時(shí)候才知道，靠的是伺服驅(qū)動器，、而且還是配套使用的，交流接觸器的工作原理是：通過PLC給伺服閥驅(qū)動器發(fā)信號，然后伺服驅(qū)動器再給伺服電機(jī)發(fā)脈沖，PLC給伺服電機(jī)通過脈沖、方向、使能三個(gè)主要引腳控制伺服電機(jī)動作。所以接下來的工作就是學(xué)習(xí)伺服電機(jī)的主要知識。

伺服驅(qū)動器有許多個(gè)引腳，每個(gè)引腳的作用也不一樣，所以學(xué)習(xí)伺服電機(jī)主要研究幾個(gè)重要引腳的意義。在我們這個(gè)設(shè)計(jì)中，主要用到的有正反轉(zhuǎn)CWL、CCWL這兩個(gè)引腳，還有就是輸入端口的PULS、SIGN這兩個(gè)脈沖輸入、方向控制端口，在剛開始，我們在考慮要不要畫上引腳，結(jié)果在孫老師那得到的信息是，畫電器原理圖的關(guān)鍵就是畫好各個(gè)引腳。在PLC控制過程中，我們一開始犯了一個(gè)錯(cuò)誤，就是沒有分析透題目，誤認(rèn)為我們是三個(gè)伺服電機(jī)，所以在伺服驅(qū)動器與PLC聯(lián)機(jī)的時(shí)候，如果連接三個(gè)伺服驅(qū)動器，PLC的引腳就不夠用了，在PLC中，只有Q0.0和Q0.1可以輸出脈沖，所以就是脈沖輸出口不夠用了，需要用到的是EM253模塊，所以我們又用了將近兩天的時(shí)間在學(xué)習(xí)EM253模塊，結(jié)果后來發(fā)現(xiàn)，我們的立柱移動不用很高的精度，所以運(yùn)用普通交流三相電機(jī)就能實(shí)現(xiàn)功能，這就造成了我們的設(shè)計(jì)的重大變動。同時(shí)，也體現(xiàn)了一個(gè)問題就是，審題不仔細(xì)不深入，設(shè)計(jì)不正確，多走了好多的彎路，也浪費(fèi)了很多的時(shí)間，所以這就提醒我們，以后做設(shè)計(jì)時(shí)，一定要先申請題目，明白工藝過程，機(jī)床的主要功能及實(shí)現(xiàn)方式以后，在開始設(shè)計(jì)，這給我們以后的設(shè)計(jì)提了個(gè)醒。但是，我們也順便學(xué)習(xí)了EM253模塊的使用，也有額為的收獲。

當(dāng)硬件設(shè)計(jì)好了以后，接下來的工作就是編程，這是設(shè)計(jì)最難得一部分，我們安裝了西門子step7這個(gè)軟件，給我們提供了很大的幫組，但是我們對于PLC的控制，如PTO/PWM控制還是不是很理解，看著例子，模仿的完成了編程，感覺做的很粗糙，所以兩周時(shí)間已經(jīng)過去了，但是以后有時(shí)間還得好好研究一下PLC的編程，對于這種PLC的控制，我覺得以后肯定會用上的，所以還是得深入的學(xué)習(xí)才可以。

電氣知識，這是機(jī)械類學(xué)生的軟肋，所以通過這次課程設(shè)計(jì)，我覺得我們很好地接觸到了現(xiàn)在機(jī)床的電氣控制原理，雖然知識比較淺，但師傅領(lǐng)進(jìn)門，修行就得看個(gè)人了，面上有了，深度上就得自己以后慢慢學(xué)習(xí)了。

第三篇：恒壓供水系統(tǒng)自動控制設(shè)計(jì)要點(diǎn)

摘 要

變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠根據(jù)運(yùn)行負(fù)荷的變化自動調(diào)節(jié)供水系統(tǒng)水泵的數(shù) 量和轉(zhuǎn)速，使整個(gè)系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能的最佳狀態(tài)。

本文主要針對當(dāng)前供水系統(tǒng)中存在的自動化程度不高、能耗嚴(yán)重、可靠性低的缺點(diǎn)加以研究，開發(fā)出一種新型的并在這三個(gè)方面都有所提高的變頻式恒壓供水自動控制系統(tǒng)。全文共分為四章。第一章闡明了供水系統(tǒng)的應(yīng)用背景、選題意義及主要研究內(nèi)容。第二章闡明了供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能原理。第三章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)硬件的工作原理以及硬件的選擇。第四章詳細(xì)闡述了系統(tǒng)軟件開發(fā)并對程序進(jìn)行解釋。

關(guān)鍵詞：變頻器； 恒壓供水系統(tǒng) ； PLC

Abstract

Frequency conversion constant pressure water supply system, the system is capable of automatically adjusting water supply system based on load changes of quantity and speed of the pump, always maintain the high efficiency and energy saving the best state of the This article primarily for current there is a high degree of automation in the water supply system, serious disadvantages, reliability, low energy consumption study developed a new and increased in these three areas of automatic control system of frequency conversion constant pressure water supply.The text is divided into four chapters.Chapter I sets out the water supply system of main research topics on background, meaning and content.Chapter II sets out the principle of variable frequency speed adjusting energy saving of water supply systems.Chapter III details the working principle of system hardware and hardware choices.The fourth chapter elaborates system software development and to explain the procedures

Key words：Cam、high deputy、automation

目錄

第一章 變頻恒壓供水系統(tǒng)簡介........................................................................1 第二章 水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理......................................................................3 第三章 系統(tǒng)硬件的工作原理及硬件選擇..........................................................5

第一節(jié) PLC的工作原理及選擇...................................................................5 第二節(jié) 變頻調(diào)速系統(tǒng)原理及選擇..............................................................6 第三節(jié) 壓力傳感器的選擇..........................................................................9 第四節(jié) 水泵的選擇....................................................................................10 第五節(jié) 控制電路........................................................................................10 第四章 系統(tǒng)軟件的開發(fā)....................................................................................12

第一節(jié) PLC的工作方式...........................................................................12 第二節(jié) PLC連接圖...................................................................................13 第三節(jié) 恒壓供水的工藝流程....................................................................14 結(jié)束語..................................................................................................................17 謝

辭..................................................................................................................18 參考文獻(xiàn)..............................................................................................................19

第一章 變頻恒壓供水系統(tǒng)簡介

我國長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，工業(yè)自動化程度低。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象；而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況，此時(shí)會造成能量的浪費(fèi)，同時(shí)還有可能造成水管爆裂和用水設(shè)備的損壞。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)供水壓力的方式，多采用頻繁啟/停電機(jī)控制和水塔二次供水調(diào)節(jié)的方式，前者產(chǎn)生大量能耗的，而且對電網(wǎng)中其他負(fù)荷造成影響，設(shè)備不斷啟停會影響設(shè)備壽命；后者則需要大量的占地與投資。且由于是二次供水，不能保證供水質(zhì)的安全與可靠性。而變頻調(diào)速式的運(yùn)行十分穩(wěn)定可靠，沒有頻繁的啟動現(xiàn)象，啟動方式為軟啟動，設(shè)備運(yùn)行十分平穩(wěn)，避免了電氣、機(jī)械沖擊，也沒有水塔供水所帶來的二次污染的危險(xiǎn)。由此可見，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有供水安全、節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動控制、壓頻比控制及各種保護(hù)功能。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時(shí)，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設(shè)計(jì)時(shí)都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機(jī)組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機(jī)組運(yùn)行的情況，因而投資成本高。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點(diǎn)以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像日本SAMC公司，就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式”“變頻泵循環(huán)方式”兩種模式。它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成，在變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多7臺電機(jī)(泵)的供水系統(tǒng)。這類設(shè)備雖微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)(如BA系統(tǒng))和組態(tài)軟件難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此在實(shí)際使用時(shí)其范圍將會受到限制。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn) 速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相 應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)；有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性

能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到所有用戶的要求。成都希望集團(tuán)(森蘭變頻器)也推出恒壓供水專用變頻器(5.5kW-22kW)，無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多4臺水泵的循環(huán)切換、定時(shí)起、停和定時(shí)循環(huán)。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時(shí)操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所。可以看出，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對于能適應(yīng)不 同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)，的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制研究得不夠。因此，有待于進(jìn)一步研究改善變頻恒壓 供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐。

第二章 水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理

全自動變頻調(diào)速供水控制系統(tǒng)采用專用供水控制器控制變頻調(diào)速器，通過安裝在管網(wǎng)上的遠(yuǎn)傳壓力表，把水壓轉(zhuǎn)換成電信號，通過接口輸入控制器內(nèi)置的PID控制器上，用以改變水泵轉(zhuǎn)速。當(dāng)用戶用水量增大，管網(wǎng)壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，變頻調(diào)速器的輸出頻率將增大，水泵轉(zhuǎn)速提高，供水量加大。當(dāng)達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，水泵恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，使管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值上。反之當(dāng)用戶用水量少，管網(wǎng)壓力高于設(shè)定壓力時(shí)，變頻調(diào)速器的輸出頻率將降低，水泵轉(zhuǎn)速下降，供水量減少，使管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定壓力，這樣反復(fù)循環(huán)就達(dá)到了恒壓變量供水的目的。

圖2-1供水系統(tǒng)原理圖

供水系統(tǒng)的工作原理如圖2-1所示。由自來水管網(wǎng)或其它水源提供的水進(jìn)入蓄水池經(jīng)加壓水泵進(jìn)入用戶管網(wǎng)管路。通過壓力傳感器按提供網(wǎng)的壓力信號，傳送給控制系統(tǒng)的PID，經(jīng)PID運(yùn)算后輸出信號控制變頻器的輸出頻率，從而控制水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)而保持供水管道的壓力基本恒定。用戶用水量大時(shí)，管網(wǎng)管路壓力下降變頻器頻率就升高，水泵轉(zhuǎn)速加快，反之頻率下降，水泵減速運(yùn)行，從而維持恒壓供水。當(dāng)用水量大于一臺水泵的最大供水量時(shí)，通過PLC自動切換電路工作再投入一臺水泵，根據(jù)最多用水量的大小可投入數(shù)臺水泵。在供水系統(tǒng)中，控制對象是水泵，控制目標(biāo)是保持管網(wǎng)水壓恒定，控制方法是壓力信號的反饋閉環(huán)控制。它的自動控制原理圖見圖2-2。

圖2-2 變頻式恒壓供水自動控制原理圖

第三章 系統(tǒng)硬件的工作原理及硬件選擇

第一節(jié) PLC的工作原理及選擇

PLC是以微機(jī)控制技術(shù)為基礎(chǔ)，通過編程，可以執(zhí)行諸如邏輯判斷，順序控以時(shí)，計(jì)數(shù)，運(yùn)算等功能，并通過數(shù)字或模擬I/O組件控制機(jī)械設(shè)備。

與傳統(tǒng)的繼電器控制盤相比，PLC控制系統(tǒng)體積小，可靠性高;更易使用和維護(hù)，且能在工廠環(huán)境下進(jìn)行編程;便于擴(kuò)充和修改功能，又具有向中央數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳遞信息的能力;通過接插件，所有輸入端點(diǎn)能直接和工業(yè)現(xiàn)場的開關(guān)，接點(diǎn)直接相連，所有輸出端點(diǎn)能直接驅(qū)動繼電器、電磁閥、電機(jī)啟動器的線圈等。它的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展時(shí)期。

1.形成期(1970-1974年)早期的PLC采用小規(guī)模的IC構(gòu)成專用的邏輯處理芯片(CPU)，采用機(jī)器語言或匯編語言編程，僅有邏輯控制指令，控制點(diǎn)少，功能簡單，并沒有獲得廣泛重視。

2.成熟期(1974-1978年)隨著單電源的8位處理器的出現(xiàn)，在小型化、高可靠性多功能及價(jià)格等方面，PLC的研制和應(yīng)用水平有了飛速發(fā)展和提高。PLC開始具有了多個(gè)CPU，設(shè)置了定時(shí)器、計(jì)算器并具有了算術(shù)運(yùn)算功能。

3.加速發(fā)展期(1978年以來)從70年代末到80年代，PLC的應(yīng)用和制造呈現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的趨勢。一方面研制出了高性能不同規(guī)模的PLC控制系統(tǒng)，開發(fā)了多種智能I/O模塊，充分吸收了計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了分布式分級控制的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。另一方面也逐一生產(chǎn)一般機(jī)械加工邏輯控制而價(jià)格較為便宜的微小型PLC，對PLC普及應(yīng)用起了重要推動作用。

可編程控制器（programmable logical controller，簡稱PLC）已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)中，并且在自動控制系統(tǒng)中起著非常重要的作用。所以，對PLC的正確選擇是非常重要的。

1.工作量

這一點(diǎn)尤為重要。在自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，就應(yīng)該對控制點(diǎn)數(shù)（數(shù)字量及模擬量）有一個(gè)準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)，這往往是選擇PLC的首要條件，一般選擇比控制點(diǎn)數(shù)多10%-30%的PLC。

（本設(shè)計(jì)中開關(guān)量16個(gè)，控制量6個(gè)，1個(gè)模擬量輸出，3個(gè)模擬量輸入）2.工作環(huán)境

工作環(huán)境是PLC工作的硬性指標(biāo)。自控系統(tǒng)將人們從繁忙的工作和惡劣的環(huán)境中解脫出來，就要求自控系統(tǒng)能夠適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境，諸如溫度、濕度、噪音、信號屏蔽、工作電壓等，各款PLC不盡相同。一定要選擇適應(yīng)實(shí)際工作環(huán)境的產(chǎn)品。（該設(shè)計(jì)環(huán)境正常，故不用特殊型號）

3.通信網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)在PLC已不是簡單的現(xiàn)場控制，PLC遠(yuǎn)端通信已成為控制系統(tǒng)必須解決的問題。（故盡量選取比較常用的品牌）

4.編程

程序是整個(gè)自動控制系統(tǒng)的“心臟”，程序編制的好壞直接影響到整個(gè)自動控制系統(tǒng)的運(yùn)作。編程器及編程軟件有些廠家要求額外購買，并且價(jià)格不菲，這一點(diǎn)也需考慮在內(nèi)（要求有良好的編程軟件）。

5.可延性

這里包括三個(gè)方面含義：

（1）產(chǎn)品壽命。大致可以保證所選擇的PLC的使用年限，盡量購買生產(chǎn)日期較近的產(chǎn)品。

（2）產(chǎn)品連續(xù)性。生產(chǎn)廠家對PLC產(chǎn)品的不斷開發(fā)升級是否向下兼容，這決定是否有利于現(xiàn)系統(tǒng)對將來新增加功能的應(yīng)用。

（3）產(chǎn)品的更新周期。當(dāng)某一種型號PLC（或PLC模塊）被淘汰后，生產(chǎn)廠家是否能夠保證有足夠的備品（或備件）。這時(shí)應(yīng)考慮選擇當(dāng)時(shí)比較新型的PLC。

6.性價(jià)比

由上面的的挑選規(guī)范，我挑選西門子公司的S7-200 CPU226作為本系統(tǒng)采用的PLC，它的具體性能如下。

本機(jī)集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)。可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。

第二節(jié) 變頻調(diào)速系統(tǒng)原理及選擇

在變頻器沒有出現(xiàn)以前，調(diào)速系統(tǒng)一般采用直流調(diào)速圖，但是由于結(jié)構(gòu)上的原因，直流電動機(jī)存在著很多缺點(diǎn)(諸如需要定期更換電刷和換向器，維護(hù)保養(yǎng)困難，壽命短，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，難以制造大容量、高轉(zhuǎn)速、高電壓的直流電動機(jī)等)，所以人們一直在尋找交流調(diào)速系統(tǒng)。而變頻器的出現(xiàn)剛好解決了這個(gè)問題。與傳統(tǒng)的交流拖動系統(tǒng)相比，利用變頻器對交流電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制的交流拖動系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)能，容易實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有電動機(jī)的調(diào)速控制，可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的

高效連續(xù)調(diào)速控制，容易實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換，可以進(jìn)行高頻度的起停運(yùn)轉(zhuǎn)，可以進(jìn)行電氣制動，可以對電動機(jī)進(jìn)行高速驅(qū)動，可以適應(yīng)各種工作環(huán)境，可以用一臺變頻器對多臺電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，電源功率因數(shù)大，所需電源容量小，可以組成高性能的控制系統(tǒng)等等。特別是對于工業(yè)中大量使用的風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載來說，通過變頻器進(jìn)行調(diào)速控制可代替?zhèn)鹘y(tǒng)上利用擋板和閥門進(jìn)行的風(fēng)量、流量和揚(yáng)程的控制，所以節(jié)能效果非常明顯。

變頻調(diào)速的原理非常簡單，由于異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為

120f(1?s)n?n

式中n為電動機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；f為電源頻率，Hz；p為異步電動機(jī)磁極個(gè)數(shù)；s為轉(zhuǎn)差。所以，理論上說，只要改變f就能改變電機(jī)轉(zhuǎn)速n。

常見的變頻調(diào)速模式有兩種，一種是開環(huán)控制，另一種是速度反饋閉環(huán)控制，如圖3-2所示。本系統(tǒng)根據(jù)恒壓的控制要求，采用的是PID調(diào)節(jié)方式(內(nèi)含在變頻器中)的閉環(huán)控制。

信號主控機(jī)器變頻器故障信號變 頻 器水泵開環(huán)控制信號主控機(jī)器變頻器故障信號超壓信號欠壓信號壓力傳感器閉環(huán)控制變 頻 器水泵

圖3-2 變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式

本系統(tǒng)中變頻器的輸入信號有兩種，一種是控制信號，它包括PLC輸給的變頻器FWD信號BX信號和VI（12）電壓信號（0-5V），F(xiàn)WD信號BX信號由PLC輸出，控制變頻器的工作開關(guān)；VI（12）控制變頻器頻率。另一種是輸入電源信號，本

系統(tǒng)采用的三相380V的交流電源，三相電流輸入連接在端子L1/R, L2/S, L3/T上。采用三相輸入的話，則用主電路的電源端子L1/R, L2/S, L3/T通過線路保護(hù)用斷電器或帶漏電保護(hù)的斷路器連接至三相交流電源，不需考慮連接相序。如果有條件的話，還可以在電源電路中串入一個(gè)電磁接觸器，這樣就可以保證變頻器保護(hù)功能動作時(shí)能切除電源和防止故障擴(kuò)大，以保證安全。盡量不要用主電路電源ON/OFF的方法控制變頻器的停止和運(yùn)行，應(yīng)該用控制電路端子FWD、BX。

變頻器的輸出信號也有兩種，一是送PLC的超壓信號、欠壓信號和變頻器故障信號這三個(gè)輸出控制信號，另一是送水泵的變頻器輸出電源信號。送PLC的超壓、欠壓信號由變頻器的Y1，Y2端子送出，Y1的內(nèi)部功能設(shè)定選為頻率檢測(FDT)功能，幅值為50Hz，滯后值為0.5Hz。Y2的內(nèi)部功能設(shè)定選為0速度輸出功能，變頻器輸出頻率為0Hz時(shí)輸出ON信號。

送PLC的變頻器故障信號我們選擇從Y3輸出，Y3的內(nèi)部功能設(shè)定選擇為報(bào)警功能，變頻器發(fā)生指定的故障時(shí)輸出信號。變頻器的輸出電源接接觸器，它給所有的工頻回路的接觸器都提供電源信號，但是具體的哪一臺接觸器接通由PLC控制。變頻器的輸出端子(U，V，W)按正確的相序連接至交流接觸器的輸入電源端子上。如果電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不對，則說明連接相序有錯(cuò)，則改變U、V，W中的任意兩相的接線。變頻器和電動機(jī)(水泵)間配線很長時(shí)，由于線間分布電容產(chǎn)生較大的高頻電流，可能造成變頻器過電流跳閘.另外，漏電流增加，電流值指示精度變差。對于本系統(tǒng)中的變頻器，變頻器和電動機(jī)(水泵)之間的距離最好小于50米，如果配線很長時(shí)，則必須連接輸出側(cè)濾波器選件(OFL濾波器)。接線時(shí)還有一點(diǎn)需要注意的是，為了安全和減少噪聲，變頻器的接地端子G必須良好接地。為了防止電擊和火警事故，電氣設(shè)備的金屬外殼和框架均應(yīng)按照國家電氣規(guī)程要求接地。接地線要粗而短，變頻器系統(tǒng)應(yīng)連接專用接地極，及不要和別的系統(tǒng)串聯(lián)接地或共同接地（具體接法見圖3-3）。

電源控制面版接觸器送0-5電壓信號送送信號信號超壓信號欠壓信號變頻器故障輸出圖3-3 變頻器的I/O端點(diǎn)連接

采用變頻器驅(qū)動異步電動機(jī)調(diào)速。在異步電動機(jī)確定后，通常應(yīng)根據(jù)異步電動機(jī)的額定電流來選擇變頻器，或者根據(jù)異步電動機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的電流值(最大值)來選擇變頻器。當(dāng)運(yùn)行方式不同時(shí)，變頻器容量的計(jì)算方式和選擇方法不同，變頻器應(yīng)滿足的條件也不一樣。選擇變頻器容量時(shí)，變頻器的額定電流是一個(gè)關(guān)鍵量，變頻器的容量應(yīng)按運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的最大工作電流來選擇。該系統(tǒng)用一臺變頻器使多臺電機(jī)并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)，對于一臺電機(jī)開始起動后，再追加投入其他電機(jī)起動的場合，此時(shí)變頻器的電壓、頻率已經(jīng)上升，追加投入的電機(jī)將產(chǎn)生大的起動電流，因此，變頻器容量與同時(shí)起動時(shí)相比需要大些。

綜合上面因素，我們選擇佳靈JP6C-T9280系列變頻器。性能見表3-1。

表3-1佳靈JP6C-T928 性能

型號JP6C-T9280 適用電機(jī)容量(kW)額定容量(KVA)額定電流(A)額定過載電流 相數(shù) 電壓 頻率 容許波動 抗瞬時(shí)電壓降低 最高頻率 基本頻率 啟動頻率 載波頻率 冷卻方式

JP6C-T9280

280 400 520

額定電流的150%1分鐘 三相，380V至440V 50Hz/60Hz 電壓+10V——-15%，頻率±5% 310V以上可連續(xù)運(yùn)行，電壓從額定值降到310V

以下時(shí)，繼續(xù)運(yùn)行15ms 50-400Hz可變設(shè)定 50-400Hz可變設(shè)定 0.5-60Hz可變設(shè)定 2-6KHz可變設(shè)定 強(qiáng)制風(fēng)冷

第三節(jié) 壓力傳感器的選擇

檢測元件的精度直接影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量。通常可以選用各種壓力傳感器檢測管網(wǎng)壓力。傳統(tǒng)的壓力傳感器有利用彈性元件的，如電感壓力傳感器、電容壓力傳感器等。PMC 系列壓力傳感器的構(gòu)造與之不同，屬于一體化的高精度儀器。它采用電子陶瓷技術(shù)，測量元件完全是固體形式。其工作原理是：使壓力直接作用于電子陶瓷膜片，膜片出現(xiàn)位移后所產(chǎn)生的電容量被與其同體的電子元件檢測、放大，最后轉(zhuǎn)換成4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。

PMC型傳感器具有如下特點(diǎn)：

①具有相當(dāng)強(qiáng)的抗沖擊和抗過載能力，過壓量達(dá)額定量程的百倍以上； ②由于壓力測量元件中不采用傳統(tǒng)的介質(zhì)物質(zhì)，所以，測量精度極高，且?guī)缀醪皇軠囟忍荻鹊挠绊懀?/p>

③采用脈沖頻率調(diào)制方式傳輸信號，大大減少了現(xiàn)場干擾的影響，信號傳輸用普通導(dǎo)線完成，簡單方便；

④重量輕，體積小，安裝維護(hù)非常方便。

我們選PMC133型壓力傳感器作為出水口端壓力檢測元件，檢測泵出口附近管網(wǎng)內(nèi)壓力作反饋信號，該元件可承受的相對壓力最大測量范圍達(dá)O-40MPa，最小測量范圍為O-lkPa，所需電源要求電壓為12．5～30V，精度±0．1％，壓力傳感器將出水口的壓力信號線性轉(zhuǎn)換為4-20mA DC 標(biāo)準(zhǔn)信號送到PLC（在該系統(tǒng)中，我選取0-500kPa）。

第四節(jié) 水泵的選擇

選取2種型號的水泵，小泵為常開泵（能夠調(diào)節(jié)到工頻），大泵只能在變頻狀態(tài)下工作。

其中，小泵為Y355M1-4，大泵為Y355-M2-4。參數(shù)見表3-2（按實(shí)際需要選取，我選了2種比較常用的型號）。

表3-2 水泵性能參數(shù)表

第五節(jié) 控制電路

因?yàn)榭刂齐娐穲D具有相似性，故只介紹下面3個(gè)就能解釋整個(gè)電路圖。

圖3-4 指示燈控制電路

如圖3-4為1號泵變頻指示燈。即當(dāng)1號泵處于變頻狀態(tài)時(shí)，燈E1-2亮。

圖3-5 工頻變頻切換電路

如圖3-5為1號水泵的變頻工頻切換電路。

當(dāng)JNW-1接通時(shí)，RJ2-1導(dǎo)通，且JNV1不通，1號泵就會變頻運(yùn)行。其中，RJ2-1為熱繼電器，作為1號水泵過載保護(hù)。KN1、KN2作為自鎖保護(hù)裝置，當(dāng)JNW1導(dǎo)通，則KN1得電，于是下面的KN1常閉開關(guān)斷路。反之KN2也一樣。這樣自鎖能保證1號水泵只能工頻變頻選其一。不會發(fā)生既連接了變頻又連接了工頻的錯(cuò)誤。

圖3-6 蝶閥控制電路

圖3-6為1號蝶閥的開閥控制圖，即當(dāng)該電路得電時(shí)，蝶閥開閥。JF1接通，且KV2-2 ZDK2-1不得電時(shí)，蝶閥開始關(guān)閥。其中KV2-

1、KV2-2構(gòu)成自鎖裝置，使得蝶閥只能處于開閥和關(guān)閥中的一種狀態(tài)。

第四章 系統(tǒng)軟件的開發(fā)

第一節(jié) PLC的工作方式

PLC采取循環(huán)掃描的工作方式，其工作過程簡圖如圖4.1所示。這個(gè)過程可分為內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個(gè)階段，整個(gè)過程掃描一次

所需的時(shí)間稱為掃描周期。在內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU模塊內(nèi)部硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器，以及完成一些其它的內(nèi)部處理。在圖4.2掃描過程通信服務(wù)階段PLC與帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容.在PLC處于停止運(yùn)行(STOP)狀態(tài)時(shí)，只完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作。在RUN時(shí)，要完成全部的工作。

1.輸入處理階段

PLC在輸入處理階段，以掃描方式順序讀入所有輸入端的通/斷狀態(tài)，并以此狀態(tài)存入輸入輸出印象寄存器。接著轉(zhuǎn)入程序的執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時(shí)間，即使輸入輸出狀態(tài)發(fā)生變化，輸入輸出印象寄存器的內(nèi)容也不會發(fā)生變化，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被讀入。

2.程序執(zhí)行階段

PLC在程序執(zhí)行階段，按先左后右、先上后下的步序，逐條執(zhí)行程序指令，從輸入印象寄存器和其它元件印象寄存器讀出有關(guān)元件的通/斷狀態(tài)。

根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入有關(guān)的元件印象寄存器中。即對每個(gè)元件來說，元件印象寄存器中的內(nèi)容會隨著程序的進(jìn)程而變化。

3.處理階段

在所有的指令執(zhí)行完畢后，將輸出印象寄存器(即Y寄存器)的通/斷狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路、驅(qū)動功率放大電路、輸出端子，向外輸出控制信號，這才是PLC的實(shí)際輸出。

PLC的掃描既可以按照固定的順序進(jìn)行，也可以按用戶程序的指定的可變順序進(jìn)行。這不僅因?yàn)橛械某绦虿恍枰繏呙枰淮尉蛨?zhí)行一次，而且也因?yàn)樵谝粋€(gè)大的控制系統(tǒng)中要處理的I/O點(diǎn)數(shù)比較多，通過安排不同的組織模塊，采用分時(shí)分批的掃描辦法，可縮短循環(huán)掃描的周期和提高系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)響應(yīng)性。

順序掃描的工作方式簡單直觀，簡化了程序的設(shè)計(jì)，并為PLC的可靠性運(yùn)行提供了保障。一方面，所掃描到的功能經(jīng)解算后，其結(jié)果馬上就可以被后面要掃描到的邏輯解算所利用；另一方面，還可以通過CPU內(nèi)部設(shè)定的監(jiān)視定時(shí)器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定時(shí)間，診斷CPU內(nèi)部故障。以避免程序異常運(yùn)行而造成的不良影響。

由PLC的工作過程可見，在PLC的程序執(zhí)行階段，即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會發(fā)生變化，要等到下一周期的輸入處理階段才能變改變。暫存在輸出狀態(tài)寄存器中的輸出信號，也需要等到一個(gè)循環(huán)周期結(jié)束后，CPU集中將這些輸出信號全部輸送輸出鎖存器，這才成為實(shí)際的CPU輸出。因此，全部的輸入、輸出狀態(tài)的改變，就需要一個(gè)掃描周期。掃描周期是其一個(gè)比較重要的指標(biāo)，一般為幾毫秒至幾十毫秒。PLC掃描時(shí)間取決于程序的長短和掃描速度。因?yàn)镻LC的輸入處理階段和輸出處理階段所需時(shí)間一般很短，通常只要幾毫秒。由此可見，PLC的掃描時(shí)間對于一般的工業(yè)設(shè)備(改變狀態(tài)的時(shí)間約為幾秒以上)通常是沒什么影響的。

第二節(jié) PLC連接圖

圖4-1 PLC接線圖

如圖4-2所示，總共有24個(gè)輸入數(shù)字量I/O口，其中的SAN1、SAN2、SAN3、SAN4、SAN5、SAN6為輸入開關(guān)；總共有16個(gè)輸出數(shù)字量I/0口，JNW1、JNW2、JNV1、JNV2、JNV3、JNV4、JF1、JF2、JF3、JF4、JF5、JF6、JF7、JF8、FWD、BX為PLC控制的開關(guān)量。

PLC可以增加數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊，假如該系統(tǒng)還要增加數(shù)字量輸出的話，可以增加一個(gè)模塊。這樣也吻合數(shù)字量輸出I/O口要預(yù)留10-30%的條件。

EM235為模擬量輸入輸出模塊，其中A+端、A-端接壓力傳感器，接受4-20mA

電流信號，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸入符合CPU標(biāo)準(zhǔn)要求的信號。B+端、B-端接變頻器頻率信號，接受0-5V電壓，輸入同樣符合CPU標(biāo)準(zhǔn)要求的信號。C+端、C-端接鑒頻鑒相比較器，信號只有0伏和5伏兩種狀態(tài)，我依然把他看作模擬量。當(dāng)輸入為0時(shí)，變頻器的輸出頻率相位和電網(wǎng)的頻率相位一致，能進(jìn)行工頻轉(zhuǎn)變頻和變頻轉(zhuǎn)工頻的切換。輸出為5V時(shí)，不能進(jìn)行工頻轉(zhuǎn)變頻或變頻轉(zhuǎn)工頻的切換。

第三節(jié) 恒壓供水的工藝流程

系統(tǒng)開始運(yùn)行之前，應(yīng)先把管壓參數(shù)SP賦給PLC。按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始運(yùn)行，PLC給變頻器FWD信號，然后判斷變頻器能否工作正常，正常的話采用全自動變頻恒壓控制方式。現(xiàn)在假設(shè)變頻器工作正常，系統(tǒng)開始運(yùn)行，水泵1變頻零轉(zhuǎn)速啟動，待運(yùn)轉(zhuǎn)正常后壓力傳感器開始采樣，隨著PLC的不斷掃描，系統(tǒng)不斷輸入管壓信號的采樣結(jié)果，采樣結(jié)果通過模擬輸入輸出單元將模擬輸入值轉(zhuǎn)換為PLC可以接受的數(shù)字信號，與目標(biāo)值作比較，將偏差調(diào)整為零，也就是提高或降低水泵轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)水壓達(dá)到目標(biāo)值。如果一臺水泵額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行仍不能使管網(wǎng)水壓達(dá)到設(shè)定值，將水泵1切換到工頻態(tài)運(yùn)行，延時(shí)后變頻器的控制對象切換到水泵2，同時(shí)保持水泵1維持工頻運(yùn)行，水泵2從零轉(zhuǎn)速開始運(yùn)行，過程如上。泵

3、泵4的工作情況也是如此。

在該種運(yùn)行方式下，系統(tǒng)大部分時(shí)間是工作于其中一臺泵變頻運(yùn)行進(jìn)行微調(diào)，其它泵或工頻或停止的狀態(tài)本系統(tǒng)為2組水泵輪流工作，2組水泵的選擇由人工直接操作。因?yàn)?組水泵的原理型號相同，所以下面以水泵1組為例介紹恒壓供水的工藝流程。流程圖見圖4-2。該系統(tǒng)的主要運(yùn)行過程如下：

1.系統(tǒng)啟動

按下SAN1按鈕，系統(tǒng)水泵1組開始啟動。首先將水泵1組的兩個(gè)碟閥關(guān)閉。即JF1和JF3置1，延時(shí)1秒鐘，確定蝶閥關(guān)閉后接通1號水泵變頻開關(guān)。隨后開變頻器，即FWD置1。當(dāng)變頻器FWD端置1時(shí)，變頻器將正轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)且頻率逐漸上升。當(dāng)頻率到達(dá)50Hz時(shí)，水泵已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，延時(shí)4S，開碟閥1，即將JF1置0、JF2置1。隨后PLC的PID調(diào)節(jié)將控制變頻器頻率從而達(dá)到恒壓的效果。

2.變頻轉(zhuǎn)工頻

變頻轉(zhuǎn)工頻的情況只可能發(fā)生在1號水泵。首先要進(jìn)行條件判定，即只有當(dāng)1號水泵處于變頻狀態(tài)時(shí)才可能有變頻轉(zhuǎn)工頻現(xiàn)象（這在程序中用觸點(diǎn)來確

定）。然后，必須1號水泵已經(jīng)到了工作極限（程序中用VD208表示即50Hz）且壓力依然小于設(shè)定值時(shí)才會出現(xiàn)變頻轉(zhuǎn)工頻的現(xiàn)象（這在程序中用條件判定來確定，即PID計(jì)算結(jié)果VD250大于VD208）。當(dāng)上述條件符合時(shí)，不能馬上切換到工頻，還要進(jìn)行相位比較，當(dāng)相位一致時(shí)，才能切換（程序中由鑒頻鑒相器來判斷，鑒頻鑒相器輸出為0時(shí)，頻率相位都相同,具體見3.6章）。具體切換過程是關(guān)變頻器然后馬上關(guān)閉1號水泵變頻開關(guān)再然后接通工頻開關(guān)。切換過程中應(yīng)該有短時(shí)間的延時(shí)（程序中延時(shí)為0.1S）。

隨后，因該馬上將2號水泵變頻開關(guān)接通，然后開變頻器，隨后按照（1）啟動流程的介紹來啟動2號水泵。

3.工頻轉(zhuǎn)變頻

同樣，工頻轉(zhuǎn)變頻同樣只可能發(fā)生在1號水泵。前提為2臺水泵都在工作，2號水泵工作頻率已經(jīng)到了最低值（程序中用VD204表示），且壓力依然不夠（在程序中壓力不夠用PID計(jì)算結(jié)果VD250小于VD204表示）。滿足上面條件后就能馬上關(guān)閉2號水泵。但是此時(shí)還不能將1號水泵由工頻轉(zhuǎn)到變頻，首先要將變頻器調(diào)整到50Hz，然后進(jìn)行鑒相后才能轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換過程為切斷1號水泵工頻，然后馬上接通1號水泵變頻。

4.關(guān)閉水泵組碟閥

當(dāng)按下關(guān)閉水泵組碟閥按鈕時(shí)，將JF1、JF3置1即可。5.關(guān)閉水泵組

關(guān)閉水泵組的條件是必須關(guān)閉了水泵組碟閥。確定關(guān)閉后，進(jìn)行判斷1號水泵是否在工頻運(yùn)行。如果是，直接關(guān)閉1號水泵，然后關(guān)閉FWD使變頻器頻率慢慢降低，從而關(guān)閉2號水泵。然后將1組水泵相關(guān)的信號置0，程序結(jié)束。

開始1號變頻啟動滿足減泵條件滿足增泵條件水泵2變頻關(guān)閉鑒頻鑒相1號水泵轉(zhuǎn)到工頻變頻器調(diào)速到50HZ鑒頻鑒相2號水泵變頻啟動水泵1變頻工作結(jié)束圖4-2 恒壓工作流程圖

結(jié)束語

本文在分析和比較供水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國中小城市的供水現(xiàn)狀。設(shè)計(jì)了一套以變頻調(diào)速技術(shù)和PLC為基礎(chǔ)的恒壓供水自動控制系統(tǒng)，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中有如下認(rèn)識：

（1）在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，單臺水泵的調(diào)速是通過變頻器來改變電源的頻率來改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速的從而來改變水泵。水泵的轉(zhuǎn)速也要控制在一定范圍內(nèi)，也就是不要使變頻器頻率下降過低，避免水泵在低效率情況下運(yùn)行。

（2）恒壓供水自動控制系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、水泵電動等組成。系統(tǒng)采用一臺變頻器電動機(jī)啟動，運(yùn)行與調(diào)速。

（3）在整個(gè)設(shè)計(jì)中，我都是選用了合理的器件，合適的才是最好的。（4）團(tuán)隊(duì)精神是很重要的，沒有老師同學(xué)們的幫助我也不能這么順利地完成畢業(yè)論文設(shè)計(jì)。

謝

辭

通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對大學(xué)所學(xué)的內(nèi)容有了一個(gè)更深的了解。在設(shè)計(jì)中，通過對以前所學(xué)知識的運(yùn)用、不斷的查詢資料，使我學(xué)到了很多，也從中體會到設(shè)計(jì)的樂趣。由于所學(xué)知識有限以及缺乏實(shí)際操作，論文中仍然有很多的缺點(diǎn)與不足，因此仍然有待改進(jìn)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的資料查找期間和論文完成期間，指導(dǎo)老師和同學(xué)給予我關(guān)心和幫助，我向他們致以深深的謝意。感謝我的導(dǎo)師-段莉老師，她嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；她循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖僅僅四年時(shí)間，卻給以終生受益無窮之道。感謝機(jī)制專業(yè)老師的教育培養(yǎng)。他們細(xì)心指導(dǎo)我的學(xué)習(xí)與研究，在平時(shí)指導(dǎo)我們思考問題的方法，培養(yǎng)我們獨(dú)立思考問題，解決問題，分析問題的能力，這些能力的培養(yǎng)，幫助了我并使我此次的設(shè)計(jì)過程中能夠順利完成，在此，我要向諸位老師表示深深地感謝！畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我大學(xué)三年的總結(jié)，因而投入了極大的熱情和很高的積極性，更幸得指導(dǎo)老師段莉及同組同學(xué)多方幫助，使得設(shè)計(jì)能順利完成，圓滿結(jié)束了三年的大學(xué)生活。再次感謝段莉老師長期以來悉心的指導(dǎo)和不厭其煩的耐心講解，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，指導(dǎo)老師不斷對存在的一些錯(cuò)誤提出了指點(diǎn)，同時(shí)也給予了很多寶貴意見。從課題的選擇到論文的完成都離不開老師對我的幫助。在此我向指導(dǎo)老師表示最真摯的謝意。畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程為日后的工作和更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也積累了許多寶貴的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

1.王占奎主編.變頻調(diào)速應(yīng)用百例[M].科學(xué)出版社，1999.4 2.S7-200中文系統(tǒng)手冊[M].西門子公司，2002.6 3.王永華主編.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京航天航社，2003.5 4.姚福來主編.水泵變頻調(diào)速的節(jié)電量計(jì)算及系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M].科學(xué)出版社，2005.5 5.鄧星鐘主編.機(jī)電傳動控制[M].華中科技大學(xué)出版社，2002.5

第四篇：基于51單片機(jī)恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于51單片機(jī)恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要

建設(shè)節(jié)約型社會，合理開發(fā)、節(jié)約利用和有效保護(hù)水資源是一項(xiàng)艱巨任務(wù)。根據(jù)高校用水時(shí)間集中，用水量變化較大的特點(diǎn)，分析了校園原供水系統(tǒng)存在了耗能高，可靠性低，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，管網(wǎng)系統(tǒng)待完善的問題。提出利用自來水恒壓供水和水泵提水相結(jié)合的方式，并配以變頻器、軟啟動器、單片機(jī)、微泄露補(bǔ)償器、壓力傳感器、液位傳感器等不同功能傳感器，根據(jù)管網(wǎng)的壓力，通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)中的壓力始終保持在合適的范圍。從而解決因樓層太高而導(dǎo)致壓力不足及小流量時(shí)能耗大的問題。

另外水泵耗電功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的三次方成正比關(guān)系，所以水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能效果非常明顯，平均耗電量較通常供水方式節(jié)省近四成。結(jié)合使用可編程控制器，可實(shí)現(xiàn)主泵變頻，副泵軟啟動，具有短路保護(hù)、過流保護(hù)功能，工作穩(wěn)定可靠，大大延長了電機(jī)的使用壽命。

關(guān)鍵字：恒壓變頻供水，單片機(jī)，差壓供水，自動

引言

隨著人民生活水平的日趨提高，新技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用，使供水設(shè)計(jì)得到了新的發(fā)展機(jī)遇，當(dāng)前住宅建筑的規(guī)劃趨向于更具有人性化的多層次住宅組合，人們不再僅僅追去立面和平面的美觀和合理，而是追求空間上布局的流暢和設(shè)計(jì)中貫徹以人為本的理念，特別是在市場經(jīng)濟(jì)的浪潮中，力求土地使用效率的最大化。于是選擇一種符合各方面規(guī)范、安全又經(jīng)濟(jì)合理的供水方式，對我們供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了新的挑戰(zhàn)。

恒壓供水是指在供水管網(wǎng)中用水量發(fā)生變化時(shí)，出口壓力保持不變的供水方式。供水壓力值是根據(jù)用戶需求確定的，傳統(tǒng)的恒壓供水方式是采用水塔、高位水箱、氣壓罐等設(shè)施來實(shí)現(xiàn)，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟和廣泛應(yīng)用，利用變頻器、PID調(diào)節(jié)器、傳感器、PLC等器件的有機(jī)組合，構(gòu)成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。變頻恒壓供水系統(tǒng)主要特點(diǎn) 1.節(jié)能，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)電20%~40%，能實(shí)現(xiàn)綠色省電。

2.占地面積小，投資少，效率高。

3.配置靈活，自動化程度高，功能齊全，靈活可靠。

4.運(yùn)行合理，由于是軟啟和軟停，不但可以消除水錘效應(yīng)，而且電機(jī)軸上的平均扭矩和磨損減小，減小了維修量和維修費(fèi)用，并且水泵的壽命大大提高。

5.由于變頻恒壓調(diào)速直接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染，防止了很多傳染疾病。

6.通過通信控制，可以實(shí)現(xiàn)五人職守，節(jié)約了人力物力。1.2 傳統(tǒng)定壓方式的弊病

1.管理不便，因與大氣連通容易引起管道腐蝕。

2.由于水箱內(nèi)微生物，藻類寄生，還可能對系統(tǒng)造成二次污染，所以定壓水箱都需要定期維護(hù)，并由衛(wèi)生部門檢測。

3.定壓水箱需占用較大的空間，需要專門的地點(diǎn)來放置。

4.高位定壓水箱系統(tǒng)的控制靠投入泵的臺數(shù)來調(diào)節(jié)，但這種方式不能做到供水量和用水量的最佳配比，水泵長期在高效區(qū)工作，效率低下。

5.系統(tǒng)頻繁的啟停泵，造成水泵、電機(jī)及開關(guān)部件壽命縮短。

6.使用高位水箱供水，在系統(tǒng)流量較大時(shí)，管網(wǎng)壓力會有較大的變化，造成部分用戶壓力不夠，出現(xiàn)諸如流量不足、冷熱不均等情況。

7.在供水泵的選型上，設(shè)計(jì)人員為了提高系統(tǒng)安全系數(shù)，電機(jī)選型都較大；在用水負(fù)荷較小時(shí)要采用減壓閥、節(jié)流孔板等來調(diào)節(jié)水流量，這樣大量的能量消耗在閥上，造成了電能的浪費(fèi)。

1.3恒壓供水設(shè)備的主要應(yīng)用場合

1.高層建筑，城鄉(xiāng)居民小區(qū)，企事業(yè)等生活用水。

2.各類工業(yè)需要恒壓控制的用水場合，冷卻水循環(huán)，熱力網(wǎng)水循環(huán)，鍋爐補(bǔ)水等。

3.中央空調(diào)系統(tǒng)。4.自來水廠增壓系統(tǒng)。

5.農(nóng)田灌溉，污水處理，人造噴泉。

6.各種流體恒壓控制系統(tǒng)。1.4恒壓供水技術(shù)實(shí)現(xiàn)

通過安裝在管網(wǎng)上的壓力傳感器，把水轉(zhuǎn)換成4~20mA的模擬信號，通過變頻器內(nèi)置的PID控制器，來改變電動水泵轉(zhuǎn)速。當(dāng)用戶用水量增大，管網(wǎng)壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，變頻調(diào)速的輸出頻率將增大，水泵轉(zhuǎn)速提高，供水量加大，當(dāng)達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，電動機(jī)水泵的轉(zhuǎn)速不再變化，使管網(wǎng)壓力恒定在設(shè)定壓力上；反之亦然。

目前交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)是一項(xiàng)業(yè)已廣泛應(yīng)用的技能技術(shù)，由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的性能有了極大的提高，它可以實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備軟啟停，不僅可以降低設(shè)備故障率，還可以大幅縮減電耗，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、長周期運(yùn)行。

長期以來區(qū)域的供水系統(tǒng)都是由市政管網(wǎng)經(jīng)過二次加壓和水塔或天而水池來滿足用戶對供水壓力的要求。在供水系統(tǒng)中加壓泵通常是用最不利水電的水壓要求來確定相應(yīng)的揚(yáng)程設(shè)計(jì)，然后泵組根據(jù)流量變化情況來選配，并確定水泵的運(yùn)行方式。由于用水有著季節(jié)和時(shí)段的明顯變化，日常供水運(yùn)行控制就常采用水泵的運(yùn)行方式調(diào)整加上出口閥開度調(diào)節(jié)供水的水量水壓，大量能量因消耗在出口閥而浪費(fèi)，而且存在著水池“二次污染”的問題。變頻調(diào)速技術(shù)在給水泵站上的應(yīng)用，成功的解決了能耗和污染兩大難題。1.5變頻節(jié)能理論

1.5.1交流電機(jī)變頻調(diào)速原理

交流電機(jī)轉(zhuǎn)速特性：，其中n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，f為交流電頻率，s為轉(zhuǎn)差率，p為極對數(shù)，電機(jī)選定之后s、p為定值。電機(jī)轉(zhuǎn)速n和交流電頻率f成正比，使用變頻器來改變交流電頻率，即可實(shí)現(xiàn)對電機(jī)變頻無級調(diào)速，各類工業(yè)需要恒壓控制的用水，冷卻水循環(huán)，熱力網(wǎng)水循環(huán)，鍋爐補(bǔ)水等。流量與轉(zhuǎn)速成正比：Q∝N 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比：T∝ 功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比：T∝N

而且變頻調(diào)速自身的能量損耗極低，在各種轉(zhuǎn)速下變頻器輸入功率幾乎等于電機(jī)軸功率，由此可知在使用變頻調(diào)速技術(shù)供水時(shí)，系統(tǒng)中流量變化與功率的關(guān)系；

P變= NP額= QP額

其中，P為功率

N為轉(zhuǎn)速

Q為流量

例如設(shè)定當(dāng)前流量為水泵額定流量60%，則采用變頻調(diào)速時(shí)P=QP=0.216P，而采用閥門控制時(shí)P=（0.4+0.6Q）P=0.76P，節(jié)電=（P*P）/P*100=71.6% 由此可見從理論上計(jì)算結(jié)果可以看到技能效果非常顯著，而且在實(shí)際運(yùn)行變頻恒壓供水技術(shù)比傳統(tǒng)的加壓供水系統(tǒng)還有自動控制恒壓、無污染等明顯優(yōu)勢。而且新型的變頻恒壓供水系統(tǒng)能自動控制一臺或多臺主泵和一臺休眠泵的運(yùn)行。在管網(wǎng)用水量減少到單臺主泵流量約1/6~1/8時(shí)，系統(tǒng)自動停止主泵，啟動小功率休眠泵工作，保證系統(tǒng)小流量供水，解決小流量甚至零流量供水時(shí)大量電能的浪費(fèi)問題，從運(yùn)行控制上進(jìn)一步節(jié)能。1.6變頻恒壓供水系統(tǒng)及控制參數(shù)選擇 1.6.1變頻恒壓供水系統(tǒng)組成

變頻恒壓供水系統(tǒng)通常是由水池、離心泵、壓力傳感器、PID調(diào)節(jié)器、變頻器、管網(wǎng)組成。工作流程是利用設(shè)置在管網(wǎng)上的壓力傳感器將管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)用水量的變化引起水壓變化，即使將信號反饋PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器對比設(shè)定控制壓力進(jìn)行運(yùn)算后給出相應(yīng)的變頻指令，改變水泵的運(yùn)行或加減速，使得管網(wǎng)的水壓與控制壓力一致。1.6.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的參數(shù)選取

（1）合理選取壓力控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低能耗恒壓供水，這個(gè)目的的實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵就在于恒壓控制參數(shù)的選取，通常管網(wǎng)壓力控制點(diǎn)的選擇有兩個(gè)：一個(gè)就是管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力恒壓控制。另一個(gè)就是泵出口壓力恒壓控制。

（2）變頻器在投入運(yùn)行后的調(diào)試是保證系統(tǒng)達(dá)到最佳運(yùn)行轉(zhuǎn)臺的必要手段。變頻器根據(jù)負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣性的大小，在啟動和停止電機(jī)時(shí)所需的時(shí)間就不同，設(shè)定時(shí)間過短會導(dǎo)致變頻器在加速時(shí)過電流，在減速時(shí)過電壓保護(hù)；設(shè)定時(shí)間過長會導(dǎo)致變頻器在調(diào)速運(yùn)行時(shí)使系統(tǒng)變得調(diào)節(jié)緩慢，反應(yīng)遲滯，應(yīng)變應(yīng)變能力差，系統(tǒng)易處于短期不穩(wěn)定狀態(tài)中。為了變頻器不跳閘保護(hù)，現(xiàn)場使用當(dāng)中的許多變頻器加減速時(shí)間的設(shè)置過長，它所帶來的問題很容易被設(shè)備外表的正常覆蓋，但是變頻器達(dá)不到最佳運(yùn)行狀態(tài)，所以現(xiàn)場使用時(shí)要根據(jù)所驅(qū)動的負(fù)載性質(zhì)不同，測試出負(fù)載的允許最短加減速時(shí)間，進(jìn)行設(shè)定。對于水泵電機(jī)，加減速時(shí)間的選擇在0.2~20秒之間。1.7變頻恒壓供水系統(tǒng)的特點(diǎn)

本文研究的變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用生活水、工業(yè)用水以及消防用水等多種場合的供水要求，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):(1)供水系統(tǒng)的控制對象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個(gè)過程控制量，同其他一些過程控制量(如:溫度、流量、濃度等)一樣，對控制作用的響應(yīng)具有滯后性。同時(shí)用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應(yīng).(2)用戶管網(wǎng)中因?yàn)橛泄茏琛⑺N等因素的影響，同時(shí)又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個(gè)線性系統(tǒng)。

{3)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)要具有廣泛的通用性，面向各種各樣的供水系統(tǒng)，而不同的供水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、用水量和揚(yáng)程等方面存在著較大的差異，因此其控制對象的模型具有很強(qiáng)的多變性，(4)在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包括定量泵的停止和運(yùn)行)是時(shí)時(shí)發(fā)生的，同時(shí)定量泵的運(yùn)行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確定性地發(fā)生變化，因此可以認(rèn)為，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是時(shí)時(shí)變化的。

(5)當(dāng)出現(xiàn)意外的情況(如突然停水、斷電、泵、變頻器或軟啟動器故障等)時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況點(diǎn)自動進(jìn)行切換，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。在故障發(fā)生時(shí)，執(zhí)行專門的故障程序，保證在緊急情況下的仍能進(jìn)行供水。(6)水泵的電氣控制柜，有遠(yuǎn)程和就地控制的功能，數(shù)據(jù)通訊接口能與控制信號或控制軟件相連，能對供水的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送，以便顯示和監(jiān)控以及報(bào)表打印等功能。

(7)系統(tǒng)用變頻器進(jìn)行調(diào)速，用調(diào)節(jié)泵和固定泵的組合進(jìn)行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對每臺水泵進(jìn)行軟啟動，啟動電流可從零到電機(jī)額定電流，減少了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊同時(shí)減少了啟動慣性對設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命。

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(zhuǎn)速從而改變水泵工作點(diǎn)來達(dá)到調(diào)節(jié)供水流量的目的。反應(yīng)水泵運(yùn)行工程的水泵工作點(diǎn)也稱為水泵工況點(diǎn)，是指水泵在確定的管路系統(tǒng)中，實(shí)際運(yùn)行時(shí)所具有的揚(yáng)程、流量以及相應(yīng)的效率、功率等參數(shù)。在調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速的過程中，水泵工況點(diǎn)的調(diào)節(jié)是一個(gè)十分關(guān)鍵的問題。如果水泵工況點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)工作點(diǎn)較遠(yuǎn)，不僅會引起水泵運(yùn)行效率降低、功率升高或者發(fā)生嚴(yán)重的氣穴現(xiàn)象，還可能導(dǎo)致管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定而影響正常的供水。水泵在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的工作點(diǎn)取決于水泵性能、管路水力損失以及所需實(shí)際揚(yáng)程，這三種因素任一項(xiàng)發(fā)生變化，水泵的運(yùn)行工況都會發(fā)生變化因此水泵工況點(diǎn)的確定和工況調(diào)節(jié)與這三者密切相關(guān)。

圖2-1 變頻恒壓供水系統(tǒng)組成框圖

圖3-1就是一個(gè)典型的由8051單片機(jī)控制的恒壓調(diào)速供水系統(tǒng)。系統(tǒng)由微機(jī)控制器、交流變頻調(diào)速器、水泵機(jī)組、供水管網(wǎng)和壓力傳感器等組成，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖3.2所示。8051單片計(jì)算機(jī)在這里主要起壓力采集，PID調(diào)節(jié)器計(jì)算、功能判斷處理、消防處理、邏輯切換、壓力顯示和聲光報(bào)警等作用。

圖2-2 單片機(jī)的變頻恒壓調(diào)速系統(tǒng)原理框圖

2.1系統(tǒng)工作過程

根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)的實(shí)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(jī)工頻運(yùn)行作恒速泵使用，大機(jī)變頻運(yùn)行作變量泵；晚上用水低峰時(shí)，只需開動一臺大機(jī)就能滿足供水需要，因此可以采用一大一小搭配進(jìn)行設(shè)計(jì)，即把1#水泵電機(jī)（160KW）和2#水泵電機(jī)（220KW）為一組，自動控制系統(tǒng)可以根據(jù)運(yùn)行時(shí)間的長短來調(diào)整選擇不同的機(jī)組運(yùn)行。

分析自動控制系統(tǒng)機(jī)組Ⅰ（1#、2#水泵機(jī)組）工作過程，可分為以下三個(gè)工作狀態(tài)：（1）1#電機(jī)變頻啟動；（2）1#電機(jī)工頻運(yùn)行，2#電機(jī)變頻運(yùn)行；（3）2#電機(jī)單獨(dú)變頻運(yùn)行，一般情況下，水泵電機(jī)都處于這三種工作狀態(tài)中，當(dāng)管網(wǎng)壓力突變時(shí)，三種工作狀態(tài)就要發(fā)生相應(yīng)變換，因此這三種工作狀態(tài)對應(yīng)著三個(gè)切換過程。切換過程Ⅰ

1#電機(jī)變頻啟動，頻率達(dá)到50Hz，1#電機(jī)工頻運(yùn)行，2#電機(jī)變頻運(yùn)行。系統(tǒng)開始工作時(shí)，管網(wǎng)水壓低于設(shè)定壓力下限P。按下相應(yīng)的按鈕，選擇機(jī)組Ⅰ運(yùn)行，在PLC可編程控制器控制下，KM2得電，1#電機(jī)先接至變頻器輸出端，接著接通變頻器FWD端。變頻器對拖動1#泵的電動機(jī)采用軟啟動，1#電機(jī)啟動，運(yùn)行一段時(shí)間后，隨著運(yùn)行頻率的增加，當(dāng)變頻器輸出頻率增至工頻f0可編程控制器發(fā)出指令，接通變頻器BX端，變頻器FWD端斷開，KM2失電，1#電機(jī)自

變頻器輸出端斷開，KM1得電，1#電機(jī)切換至工頻運(yùn)行，1#電機(jī)自變頻器輸出端斷開，KM1得電1#電機(jī)切換至工頻運(yùn)行。1#電機(jī)工頻運(yùn)行后，開啟1#泵閥門，1#泵工作在工頻狀態(tài)。接著KM3得電，2#電機(jī)接至變頻器輸出端，接通變頻器FWD端，變頻器BX端斷開，2#電機(jī)開始軟啟動，運(yùn)行一段時(shí)間后，開啟2#泵閥門，2#水泵電機(jī)工作在變頻狀態(tài)。從而實(shí)現(xiàn)1#水泵由變頻切換至工頻電網(wǎng)運(yùn)行，2#水泵接入變頻器并啟動運(yùn)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(dá)到設(shè)定值（Pi＜P＜Pm）為止。切換過程Ⅱ

由1#電機(jī)工頻運(yùn)行，2#電機(jī)變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)?#電機(jī)單獨(dú)變頻運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)晚上用水量大量減少時(shí)，水壓增加，2#水泵電機(jī)在變頻器作用下，變頻器輸出頻率下降，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，水泵輸出流量減少，當(dāng)變頻器輸出頻率下降到指定值fmin，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降到指定值，水管水壓高于設(shè)定水壓上限Pk時(shí)（2#電機(jī)，f=fmin，P＜Pk），在PLC可編程控制器控制下，1#水泵電機(jī)在工頻斷開，2#水泵繼續(xù)在變頻器拖動下變頻運(yùn)行。3切換過程Ⅲ

由2#電機(jī)變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)?#電機(jī)變頻停止，1#電機(jī)變頻運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)早晨用水量再次增加時(shí)，2#電動機(jī)工作在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)變頻器輸出頻率增至工頻fi（即50Hz），水管水壓低于設(shè)定水壓上限Pi時(shí)（2#電機(jī)f=fi，P≦Pi），接通變頻器BX端，變頻器FWD斷開，KM3斷開，2#電機(jī)自變頻器輸出端斷開；KM2得電，1#電機(jī)接至變頻器輸出端；接通變頻器FWD端，于此同時(shí)變頻器BX端斷開。1#電機(jī)開始軟啟動。控制系統(tǒng)又回到初始工作狀態(tài)Ⅰ，開始新一輪循環(huán)。

圖2-3 1#和2#機(jī)組工作過程流程圖 2.2變頻調(diào)速的基本調(diào)速調(diào)速原理

水泵機(jī)組應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)。即通過改變電動機(jī)定子電源效率來改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速可以相應(yīng)的改變水泵轉(zhuǎn)速及工況，使其流量與揚(yáng)程適應(yīng)管網(wǎng)用水量的變化，保持管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力恒定，達(dá)到節(jié)能效果。

如圖2.4所示，n為水泵特性曲線，A管路特性曲線，H0為管網(wǎng)末端的服務(wù)壓力，H1為泵出口壓力。當(dāng)用水量達(dá)到最大Qmax時(shí)，水泵全速運(yùn)轉(zhuǎn)，出口閥門全開，達(dá)到了滿負(fù)荷運(yùn)行，水泵的特性n0和用水管特性曲線A0匯交于b點(diǎn)，此時(shí)，水泵輸出口壓力為H，末端服務(wù)壓力剛好為H0.當(dāng)用水量從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。

圖2-4節(jié)能分析曲線圖

(1)水泵全速運(yùn)轉(zhuǎn)，靠關(guān)小泵出口閥門來控制；此時(shí)，管路阻力特性曲線變陡（A2），水泵的工況點(diǎn)由b點(diǎn)上滑到c點(diǎn)，而管路所需的揚(yáng)程將由b點(diǎn)滑到d點(diǎn)，這樣c點(diǎn)和d點(diǎn)揚(yáng)程的差值即為全速水泵的能量浪費(fèi)。

(2)水泵變速運(yùn)轉(zhuǎn)，靠泵的出口壓力恒定來控制；此時(shí)，當(dāng)用水量由Qmax下降時(shí)，控制系統(tǒng)降低水泵轉(zhuǎn)速來改變其特性。但由于采用泵出口壓力恒量方式工作。所以其工況點(diǎn)是在H上平移。在水量到達(dá)Q1時(shí)，相應(yīng)的水泵特性趨向?yàn)閚x。而管路的特性曲線將向上平移到A1，兩線交點(diǎn)e即為此時(shí)的工況點(diǎn)，這樣，在水量減少到Q1時(shí)，將導(dǎo)致管網(wǎng)不利點(diǎn)水壓升高到H0﹥H1，則H1即為水泵的能量浪費(fèi)。

(3)水泵變速運(yùn)轉(zhuǎn)，靠管網(wǎng)取不利點(diǎn)壓力恒定來控制；此時(shí)，當(dāng)用水量由Qmax下降到Q1時(shí)，水泵降低轉(zhuǎn)速，水泵的特性曲線n1，其工況點(diǎn)為d點(diǎn)，正好落在管網(wǎng)特性曲線A0上，這樣可以使水泵的工作點(diǎn)式中沿著A0滑動，管網(wǎng)的服務(wù)壓力H0恒定不變，其揚(yáng)程與系統(tǒng)阻力相適應(yīng)，沒有能量的浪費(fèi)。此方案與泵出口恒壓松散水相比，其能耗下降了h1.根據(jù)水泵相似原理：Q1/Q2=n1/n2

H1/H2=(n1/n2)*2

P1/P2=(n1/n2)*3 式中，Q、H、P、n分別為泵流量、壓力、軸功率和轉(zhuǎn)速。即通過控制轉(zhuǎn)速可以減少軸功率。根據(jù)以上分析表明，選擇供水管網(wǎng)最不利點(diǎn)允許的最低壓力為控制參數(shù)，通過壓力傳感器以獲得壓力信號，組成閉環(huán)壓力自控調(diào)速系統(tǒng)，以使水泵的轉(zhuǎn)速保持與調(diào)速裝置所設(shè)定的控制壓力相匹配，使調(diào)速技術(shù)和自控技術(shù)相結(jié)合，達(dá)到最佳節(jié)能效果。此外，最不利點(diǎn)的控制壓力還保證了用戶水壓的穩(wěn)定，無論管路特性等因素發(fā)生變化，最不利點(diǎn)的水壓是恒定的，保證了供水壓力的可靠。

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(fù)荷，提高了供水供電的安全可靠性。另外，變頻器本身具有過電流、過電壓、失壓等多種保護(hù)功能，提高了系統(tǒng)的安全可靠性。

目前水泵電機(jī)絕大部分是三相交流異步電動機(jī)，根據(jù)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性，電機(jī)的轉(zhuǎn)速n為：

n=120(1-s)/p

（2.3.1）

式中s為電機(jī)的滑差（s=0.02），p為電機(jī)極對數(shù)，f為定子供電頻率。當(dāng)水泵電機(jī)選定后，p和s為定值，也就是說電機(jī)轉(zhuǎn)速與電源的頻率高低成正比，頻率越高，轉(zhuǎn)速越高，反之，轉(zhuǎn)速越低，變頻調(diào)速時(shí)是根據(jù)這一公式來實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速的。由流體力學(xué)知：管網(wǎng)壓力P、流量Q和功率N的關(guān)系為 N=PQ 由功率與水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速成三次方正比關(guān)系，基于轉(zhuǎn)速控制比，基于流量控制可以大幅度降低軸頻率。

2.3變頻調(diào)速恒壓供水工況分析與能耗機(jī)理分析 2.3.1管路水力損失及性能曲線

管路水力損失分為沿程損失和局部損失兩種

（2.3.2）沿程損失

（2.3.3）

式中y-管路沿程摩擦損失系數(shù)；j-局部損失系數(shù)；L-管路長度（m）；A-過水 截面的面積。

將式中（2.3.1）和（2.3.3）代入（2.3.1）可得

式中S被稱為管路阻力系數(shù)。當(dāng)水泵管路系統(tǒng)去掉后，相應(yīng)的y，j，L，A等參數(shù)都能去頂，S也就確定了。由式（2.3.4）可知管路水力損失與流量的平方成正比。當(dāng)上下水位確定后，管路所需要的水損失就等于上下水位差（即實(shí)際揚(yáng)程H）加上管路損失

Hx=Hsj+Hs

(2.3.5)由式（2.3.5）可以得到如圖所示的Hs-Q管路性能曲線

圖2-5本泵工作點(diǎn)的確定

2.3.2水泵變頻調(diào)速節(jié)能分析

水泵運(yùn)行工況點(diǎn)A是水泵性能曲線n1和管道性能曲線R1的交點(diǎn)。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(shí)關(guān)小閥門，管路性能曲線有R1變?yōu)镽2.運(yùn)行工況點(diǎn)沿著水泵性能曲線從A點(diǎn)移到D點(diǎn)，揚(yáng)程從H0上升到H1，流量從Q0減少到Q1。采用變頻調(diào)速控制時(shí)，管路性能曲線R1保持不變，水泵的特性取決于轉(zhuǎn)速，如果水泵轉(zhuǎn)速從n0降到n1，水泵性能曲線從n0平移到n1，運(yùn)行工況點(diǎn)沿著水泵性能曲線從A點(diǎn)移到C點(diǎn)，揚(yáng)程從H0下降到H1，流量從Q0減少到Q1.在圖2-5中水泵運(yùn)行在B點(diǎn)時(shí)消耗的軸功率與H1BQ1O的面積成正

比，運(yùn)行在C點(diǎn)時(shí)消耗的軸功率與H2CQ1O的面積成正比，從圖2-6上可以看出，在流量相同的情況下，采用變頻調(diào)速控制比恒速泵控制節(jié)能效果明顯。

圖2-6變頻調(diào)速恒壓供水單臺水泵工況調(diào)節(jié)圖

求出運(yùn)行在B點(diǎn)的泵的軸功率

運(yùn)行在C點(diǎn)泵的軸功率

兩者之差：

也就是說，采用閥門控制流量時(shí)有ΔV的功率被白白浪費(fèi)了，而且損耗閥門的關(guān)小而增加。

相反，采用變頻調(diào)速控制水泵電機(jī)時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速在允許范圍內(nèi)降低時(shí)，功率以轉(zhuǎn)速的三次方下降，在可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)與恒速泵供水方式中用閥門增加阻力的流量控制方式相比，節(jié)能效果顯著。

2.3.3調(diào)速范圍的確定

考察水泵的效率曲線，水泵轉(zhuǎn)速的工況調(diào)節(jié)必須限制在一定范圍之內(nèi)，也就是不要使變頻器效率降得過低，避免水泵在低效率段運(yùn)行。水泵的調(diào)速范圍由水泵本身的特性和用戶所需揚(yáng)程規(guī)定，當(dāng)選定某型號的水泵時(shí)即可確定此水泵的最大調(diào)速范圍，在根據(jù)用戶的揚(yáng)程確定具體降低調(diào)速范圍，在實(shí)際配泵時(shí)揚(yáng)程設(shè)定在高效區(qū)，水泵的調(diào)速范圍將進(jìn)一步變小，其頻率變化范圍在40Hz以上，也就是說轉(zhuǎn)速下降在20%以內(nèi)。在此范圍內(nèi)，電動機(jī)的負(fù)載率在50%~100%范圍內(nèi)變化，電動機(jī)的效率基本上都在高效區(qū)。2.4本章小結(jié)

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(diǎn)的確定方法。接著介紹了水泵工況調(diào)節(jié)的幾種常用方法。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(shí)現(xiàn)的。本章重點(diǎn)對變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中水泵能耗機(jī)理進(jìn)行深入研究，得到以下幾個(gè)結(jié)論：

1.水泵的工作點(diǎn)就是在同一坐標(biāo)系中水泵的性能曲線和管路性能曲線的交點(diǎn)。水泵工作點(diǎn)是水泵運(yùn)行的理想工作點(diǎn)。實(shí)際運(yùn)行時(shí)水泵的工作點(diǎn)并非總是固定不變的。

2.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(diǎn)，使其符合要求。

變頻恒壓調(diào)速供水系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)單元設(shè)計(jì)主要包括CPU基本控制單元、電路定時(shí)復(fù)位電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、顯示電路和相應(yīng)的開關(guān)電路。

圖3-1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

3.1硬件總體說明

單片機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框架圖如圖3-1所示。

本系統(tǒng)以8951單片機(jī)為核心，它有4KEPROM,所以不用外擴(kuò)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(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的顯示采用4片74LS164驅(qū)動LED，使用8951的串行通訊口TXD,DXD。93C46為串行EEPROM，用于保存開機(jī)設(shè)定的原始參數(shù)。采用NE555組成硬件定時(shí)復(fù)位電路，可以有效防止程序死機(jī)現(xiàn)象。74LS273用于對繼電器輸出狀態(tài)硬件鎖存，以防止輸出狀態(tài)被干擾。ULN2003為反向驅(qū)動芯片，同時(shí)在74LS273的CLEAR管腳外接RC電路，用于開機(jī)時(shí)使74S273的輸出端清零，用于防止繼電器的誤動作，對變頻器起到了保護(hù)作用。在報(bào)警輸入端與CPU 之間采用光耦隔離，以消除外部干擾。系統(tǒng)A/D輸入采用8位TLC0831逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，D/A輸出采用了光耦離式D/A輸出，并采用LM358雙運(yùn)放組成D/A輸出及驅(qū)動電路。P3.3定時(shí)輸出占空比與頻率相對應(yīng)的PWM調(diào)制信號，通過二極運(yùn)算放大電路后，在LM358的第7引腳輸出與頻率相對應(yīng)的電壓信號。在輸出端調(diào)節(jié)電位器可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，兩放大器之間的RC電路起到了濾波的作用。3.2 555定時(shí)器復(fù)位電路

用NE555組成的硬件定時(shí)復(fù)位系統(tǒng)，可以有效地防止程序死機(jī)現(xiàn)象。NE555封裝和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖3-2 NE555封裝圖

如圖3-3和圖3-4上可知，NE555定時(shí)電路V0口輸出連續(xù)的脈沖信號至RST，達(dá)到定時(shí)復(fù)位的效果。電路使用電阻電容產(chǎn)生RC定時(shí)電路，用于設(shè)定脈沖的周 期和脈沖的寬度。調(diào)節(jié)RW或者電容C，可以得到不同的時(shí)間常數(shù)。

脈沖寬度計(jì)算公式：TW =0.7(R1+RW+R2)C

振蕩周期計(jì)算公式：T=0.7(R1+ RW+2*R2)C 從而通過控制振蕩周期和脈沖寬度就可以控制定時(shí)時(shí)間。

圖3-3 NE555內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖 3-4 NE555定時(shí)電路及工作波形 3.3 5V單片機(jī)供電電源電路

如圖3-5所示電路為輸出電壓+5V、輸出電流1.5A的穩(wěn)壓電源。它由電源變壓器B，橋式整流電路D1～D4，濾波電容C1、C3，防止自激電容C2、C3和一只固定式三端穩(wěn)壓器(7805)極為簡捷方便地搭成的。220V交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路D1～D4和濾波電容C1的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會因?yàn)槭须婋妷旱牟▌踊蜇?fù)載的變化等原因而發(fā)生變化)。此直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和C3的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。本穩(wěn)壓電源可作為TTL電路或單片機(jī)電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡捷方便等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。

圖3-5 LM7805穩(wěn)壓電源

3.4 LED數(shù)值顯示 D/A數(shù)值采集 D/A數(shù)值反饋 3.4.1 LED數(shù)值顯示模塊

數(shù)碼管由7 個(gè)發(fā)光二極管組成,行成一個(gè)日字形,它門可以共陰極,也可以共陽極.通過解碼電路得到的數(shù)碼接通相應(yīng)的發(fā)光二極而形成相應(yīng)的字,這就是它的工作原理.基本的半導(dǎo)體數(shù)碼管是由7 個(gè)條狀的發(fā)光二極管（LED）按圖1 所示排列而成的，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字“0～9”及少量字符的顯示。另外為了顯示小數(shù)點(diǎn)，增加了1 個(gè)點(diǎn)狀的發(fā)光二極管，因此數(shù)碼管就由8 個(gè)LED 組成，我們分別把這些發(fā)光二極管命名為“a,b,c,d,e,f,g,dp”，排列順序如下圖3-6。

圖3-6 共陰數(shù)碼管引腳圖

圖3-7 數(shù)碼管封裝

數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類

① 動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種示 方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8 個(gè)顯示筆劃“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O 端口，而且功耗更低。

② 靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如BCD 碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。

圖3-8 共陰極4位8段數(shù)碼顯示 3.4.2 數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)換電路 1.AD0809的邏輯結(jié)構(gòu)

ADC0809 是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。它由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè)A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成（見圖1）。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8 路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。

圖3-9 AD0809內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2.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(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)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。

地址輸入和控制線：4條。

ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C 三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B 和C 為地址輸入線，用于選通IN0－IN7 上的一路模擬量輸入。通道選擇表如圖表3-10所示。

圖3-10 AD0809通道選擇表

數(shù)字量輸出及控制線：11 條

ST 為轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng)ST 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST 應(yīng)保持低電平。EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0 為數(shù)字量輸出線。CLK為時(shí)鐘輸入信號線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。

3.ADC0809應(yīng)用說明

（1）． ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51 單片機(jī)直接相連。（2）． 初始化時(shí)，使ST 和OE信號全為低電平。（3）． 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C 端口上。（4）． 在ST 端給出一個(gè)至少有100ns 寬的正脈沖信號。（5）． 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC 信號來判斷。

（6）． 當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。4.AD0809轉(zhuǎn)換電路

電路見圖3.4.2.4，主要由AD 轉(zhuǎn)換器AD0809，頻率發(fā)生器SUN7474，單片機(jī)AT89S51 及顯示用數(shù)碼管組成。AD0809的啟動方式為脈沖啟動方式，啟動信號START啟動后開始轉(zhuǎn)換，EOC 信號在START 的下降沿10us后才變?yōu)闊o效的低電平。這要求查詢程序待EOC無效后再開始查詢，轉(zhuǎn)換完成后，EOC 輸出高電平，再由OE 變?yōu)楦唠娖絹磔敵鲛D(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。我們在設(shè)計(jì)程序時(shí)可以利用EOC 信號來通知單片機(jī)（查詢法或中斷法）讀入已轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，也可以在啟動AD0809 后經(jīng)適當(dāng)?shù)难訒r(shí)再讀入已轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。AT89S51的輸出頻為晶振頻的1/6（2MHZ），AT89S1 與SUN7474連接經(jīng)與7474的ST腳提供AD0809 的工作時(shí)鐘。AD0809 的工作頻范圍為10KHZ-1280KHZ,當(dāng)頻率范圍為500KHZ 時(shí)，其轉(zhuǎn)換速度為128us。

AD0809 的數(shù)據(jù)輸出公式為：Dout=Vin*255/5=Vin*51,其中Vin為輸入模擬電壓，Vout為輸出數(shù)據(jù)。

圖3-11 A/D轉(zhuǎn)換電路 5． D/A轉(zhuǎn)換模塊

本系統(tǒng)采用的一個(gè)光耦隔離式串行D/A輸出，并采用LM358雙運(yùn)放組成D/A輸出及驅(qū)動電路，電路圖如圖3-12。

圖3-12 光耦隔離式D/A 這里運(yùn)用到了脈寬調(diào)制(PWM)的方法來控制電壓模擬量，脈寬調(diào)制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。6.PWM控制原理

PWM是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個(gè)具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。

圖3-13 PWM占空比

圖3-13顯示了三種不同的PWM信號。（a）是一個(gè)占空比為10%的PWM輸出，即在信號周期中，10％的時(shí)間通，其余90％的時(shí)間斷。（b）和（c）顯示的分別是占空比為50%和90%的PWM輸出。這三種PWM輸出編碼的分別是強(qiáng)度為滿度值的10%、50%和90%的三種不同模擬信號值。例如，假設(shè)供電電源為9V，占空比為10%，則對應(yīng)的是一個(gè)幅度為0.9V的模擬信號。

變頻恒壓調(diào)速供水系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 變頻恒壓調(diào)速供水系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總體說明

系統(tǒng)軟件程序由主程序，定時(shí)中斷顯示和頻率輸出子程序組成。采用軟件模塊化設(shè)計(jì)，引入了先進(jìn)的模糊邏輯控制技術(shù)，并增加了容錯(cuò)技術(shù)和抗干擾算法。系統(tǒng)采用了定時(shí)復(fù)位軟件設(shè)計(jì)方案（1秒鐘復(fù)位一次），以消除程序運(yùn)行時(shí)的死機(jī)現(xiàn)象。數(shù)字濾波采用平均值濾波方法，以消除干擾對輸入信號的影響。4.2 8051系列單片的編程語言

51單片機(jī)在有四種語言支持，即匯編、PL/MC、C和BASIC。

C語言是一種源于編寫UNIX操作系統(tǒng)的語言，是一種結(jié)構(gòu)化語言，可產(chǎn)生緊湊代碼。C語言結(jié)構(gòu)是以括號{}而不是以字和特殊符號表示的語言。C語言可以進(jìn)行許多機(jī)器級函數(shù)控制而不用匯編語言。與匯編語言相比，C語言有很多優(yōu)點(diǎn)。

（1）對單片機(jī)指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求了解對8051的存儲器結(jié)構(gòu)有初步了解；

（2）寄存器的分配、不同存儲器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可有編譯器管理； 程序規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)，這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化

（3）具有將可變選擇和特殊操作組合在一起的能力，改善了程序的可讀性； 關(guān)鍵字及運(yùn)算函數(shù)可用于近似人的思維過程方式使用；

（4）編程和程序調(diào)試時(shí)間顯著縮短，從而提高效率；

（5）提供的庫包括許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力；

（6）已編好的程序可以很容易地移植入新程序，因?yàn)镃語言具有方便的模塊化編程技術(shù)；

雖然C語言有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是并不是說匯編語言就要被拋棄，懂得匯編語言指令就可使用在片RAM作為變量的優(yōu)勢，因?yàn)槠庾兞啃枰獛讞l幾條指令才能設(shè)置累加器和數(shù)據(jù)指針進(jìn)行存取。要求使用浮點(diǎn)和啟用函數(shù)時(shí)，只有具備匯編編程經(jīng)驗(yàn)，才能避免生成龐大的、效率低的程序，所有現(xiàn)在所有的對速度要求高的內(nèi)核程序都是用匯編編寫完成的。4.3 編程軟件

4.3.1 C051編譯器介紹

現(xiàn)在比較流行的51系列編程軟件

（1）American Automation：編譯器通過#asm和endasm預(yù)處理選擇支持匯編語言。

（2）IAR: 瑞典的IAR是支持分體切換的編譯器。

（3）Bso/Tasking：是Intel，LSI，Motorola，Philips，Simens和Texas Instruments嵌入式系統(tǒng)的配套軟件工具

（4）Dunfield Shareware：非專業(yè)的軟件包，不支持floats，longs或結(jié)構(gòu)等

（5）KEIL：KEIL在代碼生成方面處于領(lǐng)先地位，可以產(chǎn)生最少的代碼。它支持浮點(diǎn)或長整數(shù)、重入和遞推。使用單片機(jī)模式，KEIL是最好的選擇

（6）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(xiàng)很多。

編譯器的算法技術(shù)支持（float和long）很重要。生成代碼的大小比編譯速度重要，這里KEIL具有性能領(lǐng)先、緊湊的代碼和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，所以本系統(tǒng)采用KEIL編譯器。4.3.2 KEIL編譯器 KEIL開發(fā)工具套件可用于編譯C源程序、匯編源程序、鏈接和定位目標(biāo)文件及庫，創(chuàng)建HEX文件以及調(diào)試目標(biāo)程序。

（1）uVision2 for Windows:是一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境。它將項(xiàng)目管理、源代碼編輯和程序調(diào)試等組合在一個(gè)強(qiáng)大功能的環(huán)境中。

（2）CX51國際標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化C交叉編譯器：從C源代碼產(chǎn)生可重定位的目標(biāo)模塊。

（3）AX51宏匯編器：從8051匯編源代碼產(chǎn)生可重定位的目標(biāo)模塊。

（4）BL51鏈接器/定位器：組合有CX51和AX51產(chǎn)生的可重定位的目標(biāo)模塊，生成絕對目標(biāo)模塊。

（5）LIB51庫管理器：從目標(biāo)模塊生成鏈接器可以使用的庫文件。

（6）OH51目標(biāo)文件至HEX格式的轉(zhuǎn)換器：從絕對目標(biāo)模塊生成Intel HEX文件。

（7）RTX-51實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：簡化了復(fù)雜的實(shí)時(shí)應(yīng)用軟件項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。4.4 單片機(jī)資料

單片微型計(jì)算機(jī)簡稱為單片機(jī)，有稱為微型控制器，是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支。單片機(jī)是70年代中期發(fā)展起來的一種大規(guī)模集成電路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統(tǒng)于同一硅片的器件。80年代以來，單片機(jī)發(fā)展迅速，各類新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，出現(xiàn)了許多高性能新型機(jī)種，現(xiàn)已逐漸成為工廠自動化和各控制領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)之一。引腳功能：

MCS-51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳分布請參照----單片機(jī)引腳圖：

l P0.0~P0.7 P0口8位雙向口線（在引腳的39~32號端子）。

l P1.0~P1.7 P1口8位雙向口線（在引腳的1~8號端子）。

l P2.0~P2.7 P2口8位雙向口線（在引腳的21~28號端子）。

l P3.0~P3.7 P2口8位雙向口線（在引腳的10~17號端子）。

P0口有三個(gè)功能：

1、外部擴(kuò)展存儲器時(shí)，當(dāng)做數(shù)據(jù)總線（如圖1中的D0~D7為數(shù)據(jù)總線接口）

2、外部擴(kuò)展存儲器時(shí)，當(dāng)作地址總線（如圖1中的A0~A7為地址總線接口）

3、不擴(kuò)展時(shí)，可做一般的I/O使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。

P1口只做I/O口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。

P2口有兩個(gè)功能：

1、擴(kuò)展外部存儲器時(shí)，當(dāng)作地址總線使用；

2、做一般I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。

P3口有兩個(gè)功能：

除了作為I/O使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設(shè)置，具體功能請參考我們后面的引腳說明。

有內(nèi)部EPROM的單片機(jī)芯片（例如8751），為寫入程序需提供專門的編程脈沖和編程電源，這些信號也是由信號引腳的形式提供的，即：編程脈沖：30腳（ALE/PROG）

編程電壓（25V）：31腳（EA/Vpp）

接觸過工業(yè)設(shè)備的兄弟可能會看到有些印刷線路板上會有一個(gè)電池，這個(gè)電池是干什么用的呢？這就是單片機(jī)的備用電源，當(dāng)外接電源下降到下限值時(shí)，備用電源就會經(jīng)第二功能的方式由第9腳（即RST/VPD）引入，以保護(hù)內(nèi)部RAM中的信息不會丟失。

在介紹這四個(gè)I/O口時(shí)提到了一個(gè)“上拉電阻”那么上拉電阻又是一個(gè)什么呢？他起什么作用呢？當(dāng)作為輸入時(shí)，上拉電阻將其電位拉高，若輸入為低電平則可提供電流源；所以如果P0口如果作為輸入時(shí)，處在高阻抗?fàn)顟B(tài)，只有外接一個(gè)上拉電阻才能有效。ALE/PROG 地址鎖存控制信號：在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制把P0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。（在后面關(guān)于擴(kuò)展的課程中我們就會看到8051擴(kuò)展 EEPROM電路，ALE與74LS373鎖存器的G相連接，當(dāng)CPU對外部進(jìn)行存取時(shí)，用以鎖住地址的低位地址，即P0口輸出。ALE有可能是高電平也有可能是低電平，當(dāng)ALE是高電平時(shí)，允許地址鎖存信號，當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，ALE信號負(fù)跳變（即由正變負(fù)）將P0口上低8位地址信號送入鎖存器。當(dāng)ALE是低電平時(shí)，P0口上的內(nèi)容和鎖存器輸出一致。在沒有訪問外部存儲器期間，ALE以1/6振蕩周期頻率輸出（即6分頻），當(dāng)訪問外部存儲器以1/12振蕩周期輸出（12分頻）。當(dāng)系統(tǒng)沒有進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)ALE會以1/6振蕩周期的固定頻率輸出，因此可以做為外部時(shí)鐘，或者外部定時(shí)脈沖使用。

PORG為編程脈沖的輸入端：在8051單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)4KB或8KB的程序存儲器（ROM），ROM的作用就是用來存放用戶需要執(zhí)行的程序的，那么我們是怎樣把編寫好的程序存入進(jìn)這個(gè)ROM中的呢？實(shí)際上是通過編程脈沖輸入才能寫進(jìn)去的，這個(gè)脈沖的輸入端口就是PROG。

PSEN 外部程序存儲器讀選通信號：在讀外部ROM時(shí)PSEN低電平有效，以實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。

1、內(nèi)部ROM讀取時(shí)，PSEN不動作；

2、外部ROM讀取時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期會動作兩次；

3、外部RAM讀取時(shí)，兩個(gè)PSEN脈沖被跳過不會輸出；

4、外接ROM時(shí)，與ROM的OE腳相接。

（8051擴(kuò)展2KB EEPROM電路，PSEN與擴(kuò)展ROM的OE腳相接）

EA/VPP 訪問和序存儲器控制信號

1、接高電平時(shí)：

CPU讀取內(nèi)部程序存儲器（ROM）

擴(kuò)展外部ROM：當(dāng)讀取內(nèi)部程序存儲器超過0FFFH（8051）1FFFH（8052）時(shí)自動讀取外部ROM。

2、接低電平時(shí)：CPU讀取外部程序存儲器（ROM）。在前面的學(xué)習(xí)中我們已知道，8031單片機(jī)內(nèi)部是沒有ROM的，那么在應(yīng)用8031單片機(jī)時(shí)，這個(gè)腳是一直接低電平的。

3、8051寫內(nèi)部EPROM時(shí)，利用此腳輸入21V的燒寫電壓。

RST 復(fù)位信號：當(dāng)輸入的信號連續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作，當(dāng)復(fù)位后程序計(jì)數(shù)器PC=0000H，即復(fù)位后將從程序存儲器的0000H單元讀取第一條指令碼。

XTAL1和XTAL2 外接晶振引腳。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引腳用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號。

VCC：電源+5V輸入

VSS：GND接地。

AVR和pic都是跟8051結(jié)構(gòu)不同的8位單片機(jī)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)不同，所以匯編指令也有所不同，而且區(qū)別于使用CISC指令集的8051,他們都是RISC指令集的，只有幾十條指令，大部分指令都是單指令周期的指令，所以在同樣晶振頻率下，較8051速度要快。另PIC的8位單片機(jī)前幾年是世界上出貨量最大的單片機(jī)，飛思卡爾的單片機(jī)緊隨其后。

ARM實(shí)際上就是32位的單片機(jī)，它的內(nèi)部資源（寄存器和外設(shè)功能）較8051和PIC、AVR都要多得多，跟計(jì)算機(jī)的CPU芯片很接近了。常用于手機(jī)、路由器等等。

DSP其實(shí)也是一種特殊的單片機(jī)，它從8位到32位的都有。它是專門用來計(jì)算數(shù)字信號的。在某些公式運(yùn)算上，它比現(xiàn)行家用計(jì)算機(jī)的最快的CPU還要快。比如說一般32位的DSP能在一個(gè)指令周期內(nèi)運(yùn)算完一個(gè)32位數(shù)乘32位數(shù)積再加一個(gè)32位數(shù)。應(yīng)用于某些對實(shí)時(shí)處理要求較高的場合。

4.5 軟件的設(shè)計(jì) 4.5.1 程序設(shè)計(jì)圖（1）主程序框圖

圖 4-1 主程序流程圖

（2）繼電器控制子程序

圖4-2 繼電器控制流程圖

（3）A/D子程序

圖4-3 A/D子程序流程圖

（4）PID控制子程序

圖4-4 PID計(jì)算子程序流程圖 結(jié)論

本文在分析和比較用于供水行業(yè)的控制系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國供水的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一套一拖多的控制系統(tǒng)，在這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中有如下認(rèn)識；

1.在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，單臺水泵工況的調(diào)節(jié)是通過變頻器來改變電源的頻率f，來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速n，從而改變水泵性能曲線得以實(shí)現(xiàn)的，分析水泵工況點(diǎn)激流調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)能耗比較土，可以看出利用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)恒壓供水，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)。流量與轉(zhuǎn)速成正比，功率以轉(zhuǎn)速的三次方下降，與恒速泵供水方式中用閘閥增加阻力節(jié)流相比，在一定程度上可以減少能量損耗，能夠明顯節(jié)能。水泵轉(zhuǎn)速的工礦調(diào)節(jié)必須限制在一定范圍以內(nèi)，也就是不要使變頻器頻率下降得過低，避免水泵在低效率段運(yùn)行。

2.通過對供水控制模式進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的生產(chǎn)控制模式是一種被動的控制方式，沒有對供水管網(wǎng)的水量平衡進(jìn)行綜合考慮。針對傳統(tǒng)控制模式的缺陷，提出了綜合考慮水壓和水量平衡的自適應(yīng)平衡調(diào)節(jié)方法，為該供水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，北京航空航天大學(xué)出版社，1990.[2] 李華.MCS-51系列單片機(jī)使用接口技術(shù)，北京航空航天大學(xué)出版社，1992.[3] 解宏基，任光.一種多功能變頻恒壓供水單片機(jī)供水控制系統(tǒng)，大連海事大學(xué)輪機(jī)工程研究所，116024.[4] 周黎輝，馮正進(jìn).變頻器在多泵并聯(lián)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，機(jī)電一體化，1999年第4期.[5] 秦進(jìn)平，官英雙.基于單片機(jī)的恒壓供水系統(tǒng)，黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），Vol.19，No.1MAR,2005 [6] 馬忠梅，籍順心，張凱.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)（第3版權(quán)），北京航空航天大學(xué)出版社，2003 [7] 蘇夯.控制恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，大連交通大學(xué)，2009-12-18.[8] 童占.新概念51單片機(jī)C語言教程，電子工業(yè)出版社，2003.[9] 王幸之，鐘愛琴.AT89系列單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004：489-504.[10] 南建輝、熊鳴、王軍茹.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)例,北京:清華大學(xué)出版社,2003.[11] 方彥軍,孫健.智能儀器技術(shù)及其應(yīng)用[M],西安:化學(xué)工業(yè)出版社,2006:98-105.

第五篇：居民樓字恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院課程設(shè)計(jì)

題目:居民樓宇恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

專 業(yè) 自動化

班 級 0853-1 學(xué) 號 20087110 姓 名 王克禮

完成日期: 2011 年 6 月 27 日

居民樓字恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 引言

傳統(tǒng)生活及生產(chǎn)供水方法是建造水塔維持水壓。，建造水塔需要花費(fèi)財(cái)力，水塔還會造成水二次污染。那么，可不可以不借助水塔來實(shí)現(xiàn)恒壓供水呢？當(dāng)然可以，要解決水壓隨用水量大小變化問題，通常辦法是:用水量大時(shí)，增加水泵數(shù)量或提高水泵轉(zhuǎn)動速度以保持管網(wǎng)中水壓不變，用水量小時(shí)又需做出相反調(diào)節(jié)。這就是恒壓供水基本思路。交流變頻器誕生和PLC運(yùn)用為水泵轉(zhuǎn)速平滑性連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。恒壓供水控制系統(tǒng)基本控制策略

采用電動機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器(PLC)構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組調(diào)速運(yùn)行，并自動調(diào)整泵組運(yùn)行臺數(shù)，完成供水壓力閉環(huán)控制，管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能目。系統(tǒng)控制目標(biāo)是泵站總管出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定給水壓力值與反饋總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入CPU運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動機(jī)投運(yùn)臺數(shù)和運(yùn)行變量泵電動機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到給水總管壓力穩(wěn)定設(shè)定壓力值上。恒壓供水就是利用變頻器PID或PI功能實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程閉環(huán)控制。即將壓力控制點(diǎn)測壓力信號(4－20ｍＡ)直接輸入到變頻器中，由變頻器將其與用戶設(shè)定壓力值進(jìn)行比較，并變頻器內(nèi)置PID運(yùn)算將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號調(diào)整水泵電機(jī)電源頻率，實(shí)現(xiàn)控制水泵轉(zhuǎn)速。供水系統(tǒng)選用原則水泵揚(yáng)程應(yīng)大于實(shí)際供水高度，水泵流量總和應(yīng)大于實(shí)際最大供水量。恒壓供水系統(tǒng)基本構(gòu)成

恒壓供水泵站一般需要設(shè)多臺水泵及電機(jī)，這比設(shè)單臺水泵電機(jī)節(jié)能而可靠。配單臺電機(jī)及水泵時(shí)，它們功率必須足夠大，用水量少時(shí)來開一臺大電機(jī)肯定是浪費(fèi)，電機(jī)選小了用水量大時(shí)供水量則相應(yīng)會不足。水泵與電機(jī)維修時(shí)候，備用泵是必要。而恒壓供水主要目標(biāo)是保持管網(wǎng)水壓恒定，水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速要跟隨用水量變化而變化，那么這就是要用變頻器為水泵電機(jī)供電。此這里有兩種配置方案，一種是為每一臺水泵電機(jī)配一臺相應(yīng)變頻器，從解決問題方案這個(gè)比較簡單和方便，電機(jī)與變頻器間不須切換，從經(jīng)費(fèi)角度來看話這樣比較昂貴。另一種方案則是數(shù)臺電機(jī)配一臺變頻器，變頻器與電機(jī)間可以切換，供水運(yùn)行時(shí)，一臺水泵變頻運(yùn)行，其余水泵工頻運(yùn)行，以滿足不同水量需求。壓力傳感器用于檢測管網(wǎng)中水壓，常裝設(shè)泵站出水口。當(dāng)用水量大時(shí)，水壓降低;用水量小時(shí)，水壓升高。水壓傳感器將水壓變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷鹤兓徒o調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器是一種電子裝置，它具有設(shè)定水管水壓給定值、接受傳感器送來管網(wǎng)水壓實(shí)測值、給定值與實(shí)測值綜合依一定調(diào)接規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調(diào)接信號等功能。調(diào)節(jié)器輸出信號一般是模擬信號，4-20mA變化電流信號或0-10V間變化電壓信號。信號量值與前邊提到差值成正比例，用于驅(qū)動執(zhí)行器設(shè)備工作。變頻器恒壓供水系統(tǒng)中，執(zhí)行設(shè)備就是變頻器。用PLC代替調(diào)節(jié)器，其控制性能和精度大大提高了，PLC作為恒壓供水系統(tǒng)主要控制器，其主要任務(wù)就是代替調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)水壓給定值與反饋值綜合與調(diào)節(jié)工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)字PID調(diào)節(jié);它還控制水泵運(yùn)行與切換，多泵組恒壓供水泵站中，使設(shè)備均勻磨損，水泵及電機(jī)是輪換工作。如規(guī)定和變頻器相連接泵為主泵。PLC則是泵組管理執(zhí)行設(shè)備。PLC同時(shí)變頻器驅(qū)動控制。恒壓供水泵站中變頻器常常采用模擬量控制方式，這需采用PLC模擬量控制模塊，該模塊模擬量輸入端子接受到傳感器送來模擬信號，輸出端送出經(jīng)給定值與反饋值比較并經(jīng)PID處理后出模擬量信號，并依此信號變化改變變頻器輸出頻率。另外，泵站其他控制邏輯也由PLC承擔(dān)，如:手動、自動操作轉(zhuǎn)換，泵站工作狀態(tài)指示，泵站工作異常報(bào)警，系統(tǒng)自檢等等。4.1 主電路設(shè)計(jì)

如圖1為電控系統(tǒng)主電路圖。三臺電機(jī)分別為M1，M2，M3。接觸器KM1，KM3，KM5分別控制電機(jī)M1，M2，M3供頻運(yùn)行;接觸器KM2，KM4，KM6分別控制電機(jī)M1，M2，M3變頻運(yùn)行;FR1，F(xiàn)R2，F(xiàn)R3分別為三臺水泵電機(jī)過載保護(hù)熱繼電器;QS1，QS2，QS3，QS4分別為變頻器和三臺水泵電機(jī)主電路隔離開關(guān);FU1為主電路熔斷 器;VVVF為通用變頻器。

圖1 恒壓供水系統(tǒng)主控電路 4.2 控制電路設(shè)計(jì)

圖2為電控系統(tǒng)控制電路圖。SA為手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA打1位置時(shí)候?yàn)槭謩涌刂茽顟B(tài);SA打2位置時(shí)候?yàn)樽詣涌刂茽顟B(tài);手動運(yùn)行時(shí)，可用按鈕SB1~SB8控制三臺電機(jī)起/停和電磁閥YV2通/斷;自動運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)PLC程序控制下運(yùn)行。

圖2 控制電路圖

圖中HL10為自動運(yùn)行狀態(tài)時(shí)電源指示燈。對變頻器頻率進(jìn)行復(fù)位控制時(shí)只提供一個(gè)干觸點(diǎn)信號，PLC為4個(gè)輸出點(diǎn)為一組共用一個(gè)COM端，而系統(tǒng)本身又沒有剩下單獨(dú)COM端輸出組，一個(gè)中間繼電器KA觸點(diǎn)對變頻器進(jìn)行復(fù)位控制。圖2中Q0.0－Q0.5及.Q1.0－Q1.5為PLC輸出繼電器觸點(diǎn)。此可以看到檢修是控制原理和水泵正常運(yùn)行是控制原理一樣，最終是控制接觸器通與斷來控制水泵啟動與停泵。

PLC控制時(shí)候與檢修時(shí)控制最大區(qū)別是，PLC可以變頻器來控制水泵轉(zhuǎn)速達(dá)到對水壓壓力控制，而檢修目是對機(jī)器維護(hù)而控制水壓，不必對其轉(zhuǎn)速控制。5 結(jié)束語 恒壓供水技術(shù)因采用變頻器改變電動機(jī)電源頻率，而達(dá)到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速改變水泵出口壓力，比靠調(diào)節(jié)閥門控制水泵出口壓力方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失效能。變量泵工作變頻工況，其出口流量小于額定流量時(shí)，泵轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承磨損和發(fā)熱，延長泵和電動機(jī)機(jī)械使用壽命。實(shí)現(xiàn)恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員勞動強(qiáng)度，節(jié)省了人力。水泵電動機(jī)采用軟啟動方式，按設(shè)定加速時(shí)間加速，避免電動機(jī)啟動時(shí)電流沖擊，對電網(wǎng)電壓造成波動影響，同時(shí)也避免了電動機(jī)突然加速造成泵系統(tǒng)喘振。變量泵工作變頻工作狀態(tài)，其運(yùn)行過程中其轉(zhuǎn)速是由外供水量決定，故系統(tǒng)運(yùn)行過程中可節(jié)約可觀電能，其經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯。正此，系統(tǒng)具有收回投資快，而長期受益，其產(chǎn)生社會效益也是非常巨大。實(shí)際應(yīng)用中，采用PLC控制恒壓供水，還能容易隨時(shí)修改控制程序，以改變各元件工作時(shí)間和工作狀況，滿足不同情況要求。與繼電器或硬件邏輯電路控制系統(tǒng)相比，PLC控制系統(tǒng)具有更大靈活性和通用性。