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(zhì)遭二次污染的機會(huì )少等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多的城市和生活小區已經(jīng)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(guò)檢測實(shí)際水壓值，比較設定水壓值和實(shí)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(shí)，控制器控制變頻器使電動(dòng)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(shí)，控制器控制變頻器使電動(dòng)機的電壓和頻率降低，水泵轉速下降，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定值上。

    由于變頻器的價(jià)格較高，變頻調速恒壓供水系統通常采用多臺水泵并聯(lián)運行，幾臺水泵共用一臺變頻器。工作時(shí)，控制器根據用水量的大小，控制配電系統自動(dòng)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(xiàn)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(lái)的4～２０ｍＡ的壓力信號經(jīng)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(huán)，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(kāi)關(guān)命令，均通過(guò)光電耦合電路進(jìn)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(dòng)或停止，單片機通過(guò)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(shí)，水泵1開(kāi)；當P1.0＝1時(shí)，水泵1停。

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

    開(kāi)機命令P1.2：當P1.2＝0時(shí)，系統開(kāi)始工作，當P1.2＝１時(shí)，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(shí)子程序等。

    主程序包括系統初始化，開(kāi)機命令的檢測等，主程序框圖見(jiàn)圖3。

    T1中斷服務(wù)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(jiàn)圖4。

    A／D轉換采用定時(shí)轉換方式，啟動(dòng)A／Ｄ后，用軟件延時(shí)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(guān)，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(tài)。如控制量為零，說(shuō)明系統壓力過(guò)高，水泵1已經(jīng)調至最低轉速，這時(shí)需要水泵2停止工作；如果控制量為最大值，說(shuō)明系統壓力過(guò)低，水泵1已經(jīng)調至最高轉速，這時(shí)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(shí)一段時(shí)間，在延時(shí)階段經(jīng)過(guò)反復測量，如果控制量一直不變，再進(jìn)行切換。系統多于2臺水泵時(shí)，切換原理相同，但需增加判斷多臺水泵開(kāi)、停狀態(tài)的循環(huán)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(fā)展方向，采用單片機控制的變頻供水系統具有工作可靠、實(shí)現容易、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，是較理想的控制器。