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變頻調速單片機恒壓供水系統的應用

1、單片機恒壓供水系統工作原理

    變頻調速單片機恒壓供水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。

    單片機恒壓供水系統工作原理是：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、單片機恒壓供水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ＦｌａｓｈＭｅｍｏｒｙ)；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

    變頻調速恒壓供水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。

    主程序包括系統初始化，開機命令的檢測等，主程序框圖見圖3。

    T1中斷服務程序包括了除主程序以外的所有子程序的管理和應用，程序框圖見圖4。

    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

    變頻調速單片機恒壓供水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。