畢業(yè)設(shè)計(jì)---單片機(jī)控制恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)論文

1、<p>　　題 目 單片機(jī)控制恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) </p><p>　　1.1課題來源及研究意義</p><p>　　水是人民生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可缺少的重要組成部分，但是由于受到輸送管道和供水設(shè)備的限制，生產(chǎn)和生活用水普遍存在著高峰期流量不足問題，因此擺在用戶面前的突出問題一是蓄水，二是升壓。傳統(tǒng)的蓄水加壓辦法是采用高位水箱和水塔，靠水的勢(shì)能向用戶提供一定壓力的

2、生活用水和生產(chǎn)用水。這種辦法顯然比較落后，一是投資大，二是不利與維護(hù)和抗震。1982年以后開始出現(xiàn)氣壓供水設(shè)備，雖比前者有所改進(jìn)，但仍有很多不足之處，如占地面積大，水罐和泵房投資高，電機(jī)頻繁啟動(dòng)，耗電量大且供水壓力不穩(wěn)。究竟采用何種供水方式效果更好呢？根據(jù)流體力學(xué)的原理，水泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比，而電機(jī)軸上消耗的功率與轉(zhuǎn)速的平方成正比。由此可見，采用交流變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)即可做到用水量和供水量的統(tǒng)一，又極大地降低了電耗。近幾年隨著交流變

3、頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和微型計(jì)算機(jī)的推廣應(yīng)用，上述想法已成為現(xiàn)實(shí)。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　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(dòng)控制、變壓變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

4、定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對(duì)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(tái)變頻器只帶一臺(tái)水泵機(jī)組的方式，幾乎沒有用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)水泵機(jī)組運(yùn)行的情況，因而投資成本高。即1968年，月麥的丹佛斯公司發(fā)明并首家生產(chǎn)變頻器(丹佛斯是傳動(dòng)產(chǎn)品全球五大核心供應(yīng)商之一)后，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(dòng)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

5、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，像瑞典、瑞士的ABB集團(tuán)推出了HVAC變頻技術(shù)，法國的施耐德公司就推出了恒壓供水基板，備有..“變頻泉固定方式”，“變頻泵循壞方式”兩種模式。它將PID調(diào)節(jié)器和P LC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</p><p>　　目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外品牌的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管的管網(wǎng)壓力的閉

6、環(huán)調(diào)節(jié)及多臺(tái)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(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干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。深圳華為電氣公司和成都希望集團(tuán)也推出了恒壓供水專用變頻器( 2.2k-30w)，無需外接PLC和PID可完成。最多四臺(tái)水泵的循壞切換、定時(shí)起動(dòng)、停止和定時(shí)循環(huán).. (月麥丹佛斯公司的VLT系列變頻器可實(shí)現(xiàn)七臺(tái)水

7、泵機(jī)組的切換)。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(chǎng)所。</p><p>　　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(duì)于能適應(yīng)不同的用水場(chǎng)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)的變頻但壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究遷是不夠的。因

8、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)踐中。</p><p>　　1.3 研究的目標(biāo)及主要內(nèi)容</p><p>　　本課題的目標(biāo)是通過變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，達(dá)到相關(guān)工藝的標(biāo)準(zhǔn)要求，確保供水系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)、高效、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，使之達(dá)到國內(nèi)甚至國際的領(lǐng)先水平。</p><p>　　本文研究的主要內(nèi)容如下 : </p&

9、gt;<p>　　(1)通過揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線分析供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，根據(jù)管網(wǎng)和水泵</p><p>　　的運(yùn)行曲線，說明供水系統(tǒng)的節(jié)能原理。</p><p>　　(2)變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及J作原理。</p><p>　　(3)分析變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)，探討變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制策略，并歸納實(shí)用性的控制方案。</p>&

10、lt;p>　　(4)研究單片機(jī)控制的設(shè)計(jì)原理及方法。</p><p>　　(5)在實(shí)際供水系統(tǒng)中運(yùn)行該系統(tǒng)，分析系統(tǒng)性能。 </p><p>　　(6)恒壓供水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p>　　1.4研究手段與研究方法</p><p>　　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(hào)，通過變頻器內(nèi)置的PID控制器，來

11、改變電動(dòng)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(dòng)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。</p><p>　　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(zhǎng)周

12、期運(yùn)行。</p><p>　　長(zhǎng)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(duì)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

13、。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</p><p><b>　　二、相關(guān)背景資料</b></p><p>　　2.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的特點(diǎn)</p><p>　　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(chǎng)合的供水要求，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn): </p><p>　　(1)

14、供水系統(tǒng)的控制對(duì)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(duì)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).</p><p>　　(2)用戶著網(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</p><p>　　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)</p

15、><p><b>　　線性系統(tǒng)。</b></p><p>　　{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</p><p>　　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(duì)象的模型具有很強(qiáng)的多變性，</p><p>　　(4)在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于有定量泵的加入

16、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(duì)象是時(shí)時(shí)變化的。</p><p>　　(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(dòng)器故障等)時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動(dòng)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(dòng)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

17、的故障程序，保證在緊急情況下的仍能進(jìn)行供水。</p><p>　　(6)水泵的電氣控制柜，其有遠(yuǎn)程和就地控制的功能和數(shù)據(jù)通訊接口，能與控制信號(hào)或控制軟件相連，能對(duì)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。</p><p>　　(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(duì)每臺(tái)水泵進(jìn)行軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流可從零到電機(jī)額定電流，減少了啟動(dòng)電流對(duì)

18、電網(wǎng)的沖擊同時(shí)減少了啟動(dòng)慣性對(duì)設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。</p><p><b>　　2.2單片機(jī)歷史</b></p><p>　　單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段。 </p><p>　　1.SCM即單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer）階段，主要是尋求最佳

19、的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。 </p><p>　　2.MCU即微控制器（Micro Controller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí)，對(duì)象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對(duì)象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU

20、的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù)Philips公司。 </p><p>　　Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢(shì)，將MCS-51從單片微型計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。因此，當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時(shí)，不要忘記Intel和Philips的歷史功績(jī)。 </p><p>　　3.

21、單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢(shì)。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。因此，對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。</p><p>　　三、主要工作進(jìn)度安排</p><p>　　第一周 制定畢業(yè)設(shè)

22、計(jì)進(jìn)度計(jì)劃，收集中外文資料。</p><p>　　第二周 深入了解課題，做出初步構(gòu)思，完成3000調(diào)研報(bào)告</p><p>　　第三周 查閱資料，完成一萬字符的外文資料翻譯。</p><p>　　第四周 課題的前期研究，撰寫論文提綱。</p><p>　　第五周 完成單片機(jī)控制恒壓供水程序設(shè)計(jì)、驗(yàn)證設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可行性。</p>&

23、lt;p>　　第六周 完成變頻恒壓供水的工況分析和能耗機(jī)理分析。</p><p>　　第七周 設(shè)計(jì)cpu基本單元連接電路。</p><p>　　第八周 完成薄碼盤接口電路，壓力顯示電路，壓力檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)。</p><p>　　第九周 完成系統(tǒng)開關(guān)電路圖，輸出控制電路原理圖的設(shè)計(jì)。</p><p>　　第十周 完成恒壓供水系統(tǒng)主程序框圖

24、，T。定時(shí)控制計(jì)算和功能處理服務(wù)程序框圖。</p><p>　　第十一周 對(duì)設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行仿真和分析。</p><p>　　第十二周 整理設(shè)計(jì)資料 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書的初稿</p><p>　　第十三周 修改、完善并提交畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。整理所有中外文資料，準(zhǔn)備答辯。</p><p>　　第十四周 畢業(yè)答辯。</p><p&

25、gt;<b>　　可行性分析</b></p><p>　　作為交流變頻調(diào)速裝置的一個(gè)代表，變頻器恒壓供水裝置技術(shù)已經(jīng)成熟，從節(jié)能運(yùn)行到系統(tǒng)穩(wěn)定可靠得到社會(huì)認(rèn)可。該系統(tǒng)伴隨著控制器和變頻器的發(fā)展技術(shù)也不斷更新和發(fā)展。就控制器來說，其發(fā)展經(jīng)歷了從繼電器邏輯，到單片機(jī)、PLC,再到專用控制器等幾步。從變頻器調(diào)速來說，其發(fā)展經(jīng)歷了多段速度控制、模擬量給定控制到專用控制器。每一步發(fā)展都意味著更新更好的

26、器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)方式。這為利用單片機(jī)變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)供水的恒壓控制提供了理論依據(jù)和硬件技術(shù)上面的支持。</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，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

27、壓供水和水泵提水相結(jié)合的方式，并配以變頻器、軟啟動(dòng)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。</p><p>　　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)

28、現(xiàn)主泵變頻，副泵軟啟動(dòng)，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(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。</p><p>　　關(guān)鍵字：恒壓變頻供水，單片機(jī)，差壓供水，自動(dòng)控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Buiding the conservation-oriented society,the reasonab

29、le development,saves and the effective protecting water resources is an arduous task,according to the university water used time,the water consumption change major characteristic,analyzed the campsus original water suppl

30、y system existence cost to be high,the reliability was low,the water resources waste,the pipe network system treated the consummation the question .Proposed that draws water the way which using the runing water hydraulic

31、 press</p><p>　　Moreover the water pump consumes the electric power and the electric machinery ratational speed is proportional three cubed the relations,therefore the water pump velocity madulation movement

32、’s energy conservation effect is obvious,the sverage power consumption usual water supply way saves 40%.The union uses the programmable controller,mayrealize the main pump frequency conversion,the auxiliary pump soft sta

33、rt,has the short circuit protection,the overflow protection,function stably,the work reli</p><p>　　Key words:Constant pressure frequency conversion watersupply, SCM, differential pressure water supply,automa

34、tic control</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　緒論…………………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1變頻恒壓供水系統(tǒng)主要特點(diǎn) ……………………………………………………………1</p><p>　　1.2傳統(tǒng)定壓方式的弊病 …………………

35、…………………………………………………2</p><p>　　1.3恒壓供水設(shè)備的主要應(yīng)用場(chǎng)合 …………………………………………………………2</p><p>　　1.4恒壓供水技術(shù)的實(shí)現(xiàn) ……………………………………………………………………2</p><p>　　1.5變頻節(jié)能理論 ……………………………………………………………………………2</p>

36、<p>　　1.6變頻恒壓供水系統(tǒng)及控制參數(shù)選擇 ……………………………………………………3</p><p>　　1.7變頻恒壓供水系統(tǒng)的特點(diǎn) ………………………………………………………………4</p><p>　　第二章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)工作原理 ………………………………………………5</p><p>　　2.1系統(tǒng)工作過程 ………………………

37、……………………………………………………6</p><p>　　2.2變頻調(diào)速的基本調(diào)速原理 ………………………………………………………………8</p><p>　　2.3變頻調(diào)速恒壓供水工況分析與能耗機(jī)理分析 …………………………………………9</p><p>　　2.4本章小結(jié) ………………………………………………………………………………12</p>

38、;<p>　　第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………13 </p><p>　　3.1 CPU基本單元連接圖設(shè)計(jì)………………………………………………………………13</p><p>　　3.2 撥碼盤接口電路設(shè)計(jì) …………………………………………………………………14</p><p>　　3.3壓力顯示電路設(shè)計(jì)……

39、…………………………………………………………………14</p><p>　　3.4反饋壓力檢測(cè)電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………15</p><p>　　3.5輸出控制電路設(shè)計(jì)………………………………………………………………………16</p><p>　　3.6開關(guān)電路設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………17<

40、;/p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………19</p><p>　　4.1控制系統(tǒng)原理及設(shè)計(jì) …………………………………………………………………19</p><p>　　4.2控制器顯示面板設(shè)計(jì)……………………………………………………………………21</p><p>　　4.3各部分軟件的設(shè)

41、計(jì) ……………………………………………………………………23</p><p>　　結(jié)論 …………………………………………………………………………………………30</p><p>　　謝辭 …………………………………………………………………………………………31</p><p>　　參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………………32<

42、;/p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　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(chǎng)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

43、規(guī)范、安全又經(jīng)濟(jì)合理的供水方式，對(duì)我們供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了新的挑戰(zhàn)。</p><p>　　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。</p>

44、<p>　　1.1變頻恒壓供水系統(tǒng)主要特點(diǎn)</p><p>　　1.節(jié)能，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)電20%~40%，能實(shí)現(xiàn)綠色省電。</p><p>　　2.占地面積小，投資少，效率高。</p><p>　　3.配置靈活，自動(dòng)化程度高，功能齊全，靈活可靠。</p><p>　　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

45、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。</p><p>　　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。</p><p>　　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。</p><p>　　1.2傳統(tǒng)定壓方式的弊病</p><p>　　1.管理不便，因與大氣連通

46、容易引起管道腐蝕。</p><p>　　2.由于水箱內(nèi)微生物，藻類寄生，還可能對(duì)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(cè)。</p><p>　　3.定壓水箱需占用較大的空間，需要專門的地點(diǎn)來放置。</p><p>　　4.高位定壓水箱系統(tǒng)的控制靠投入泵的臺(tái)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(zhǎng)期在高效區(qū)工作，效率低下。&l

47、t;/p><p>　　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。</p><p>　　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(huì)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。</p><p>　　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

48、的能量消耗在閥上，造成了電能的浪費(fèi)。</p><p>　　1.3恒壓供水設(shè)備的主要應(yīng)用場(chǎng)合</p><p>　　1.高層建筑，城鄉(xiāng)居民小區(qū)，企事業(yè)等生活用水。</p><p>　　2.各類工業(yè)需要恒壓控制的用水場(chǎng)合，冷卻水循環(huán)，熱力網(wǎng)水循環(huán)，鍋爐補(bǔ)水等。</p><p><b>　　3.中央空調(diào)系統(tǒng)。</b></p

49、><p>　　4.自來水廠增壓系統(tǒng)。</p><p>　　5.農(nóng)田灌溉，污水處理，人造噴泉。</p><p>　　6.各種流體恒壓控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.4恒壓供水技術(shù)實(shí)現(xiàn)</p><p>　　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(hào)，通過變頻器內(nèi)置的PID控制器，來改變電動(dòng)水泵轉(zhuǎn)速。當(dāng)用

50、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(dòng)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。</p><p>　　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(zhǎng)周期運(yùn)行。</p&

51、gt;<p>　　長(zhǎng)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(duì)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

52、站上的應(yīng)用，成功的解決了能耗和污染兩大難題。</p><p><b>　　1.5變頻節(jié)能理論</b></p><p>　　1.5.1交流電機(jī)變頻調(diào)速原理</p><p>　　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(duì)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)

53、對(duì)電機(jī)變頻無級(jí)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。</p><p>　　流量與轉(zhuǎn)速成正比：Q∝N</p><p>　　轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比：T∝</p><p>　　功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比：T∝N</p><p>　　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

54、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><p>　　P變= NP額= QP額</p><p><b>　　其中，P為功率</b></p><p><b>　　N為轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　　Q為流量</b></p><p

55、>　　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%</p><p>　　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(dòng)控制恒壓、無污染等明顯優(yōu)勢(shì)。而且新型的變頻恒壓供水系統(tǒng)能自動(dòng)控制一臺(tái)或多臺(tái)主泵和一臺(tái)休眠泵的運(yùn)行。在

56、管網(wǎng)用水量減少到單臺(tái)主泵流量約1/6~1/8時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止主泵，啟動(dòng)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。</p><p>　　1.6變頻恒壓供水系統(tǒng)及控制參數(shù)選擇</p><p>　　1.6.1變頻恒壓供水系統(tǒng)組成</p><p>　　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)

57、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(hào)反饋PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器對(duì)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。</p><p>　　1.6.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的參數(shù)選取</p><p>　?。?）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

58、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。</p><p>　?。?）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(tái)的必要手段。變頻器根據(jù)負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性的大小，在啟動(dòng)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(huì)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(zhǎng)會(huì)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

59、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(chǎng)使用當(dāng)中的許多變頻器加減速時(shí)間的設(shè)置過長(zhǎng)，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(chǎng)使用時(shí)要根據(jù)所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載性質(zhì)不同，測(cè)試出負(fù)載的允許最短加減速時(shí)間，進(jìn)行設(shè)定。對(duì)于水泵電機(jī)，加減速時(shí)間的選擇在0.2~20秒之間。</p><p>　　1.7變頻恒壓供水系統(tǒng)的特點(diǎn)</p><p>　　本文研究的變

60、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(chǎng)合的供水要求，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn): </p><p>　　(1)供水系統(tǒng)的控制對(duì)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(duì)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).</p><p>　　(2)用戶管網(wǎng)中因?yàn)橛泄茏?、水錘等因素的影響，同時(shí)又由于水泵自身

61、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)。</p><p>　　{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(duì)象的模型具有很強(qiáng)的多變性，</p><p>　　(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

62、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(duì)象是時(shí)時(shí)變化的。</p><p>　　(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(dòng)器故障等)時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動(dòng)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(dòng)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

63、能進(jìn)行供水。</p><p>　　(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(hào)或控制軟件相連，能對(duì)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。</p><p>　　(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(duì)每臺(tái)水泵進(jìn)行軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流可從零到電機(jī)額定電流，減少了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊同時(shí)減少了啟動(dòng)慣性對(duì)設(shè)備的

64、大慣量的轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。</p><p>　　變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)工作原理</p><p>　　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

65、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(huì)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(huì)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)。</p><p>　　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、

66、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。</p><p>　　圖2.1供水系統(tǒng)組成原理圖</p><p>　　圖2.2供水控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)工作過程<

67、;/b></p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)際狀況，白天一般只需開動(dòng)一臺(tái)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(dòng)一臺(tái)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(dòng)控制系統(tǒng)可以根據(jù)運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短來調(diào)整選擇不同的機(jī)組運(yùn)行。</p><p>　　分析

68、自動(dòng)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(dòng)；（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(duì)應(yīng)著三個(gè)切換過程。</p><p><b>　　切換過程Ⅰ</b></p><p>　　1

69、#電機(jī)變頻啟動(dòng)，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(duì)拖動(dòng)1#泵的電動(dòng)機(jī)采用軟啟動(dòng)，1#電機(jī)啟動(dòng)，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

70、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(dòng)，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(dòng)運(yùn)行，在系統(tǒng)調(diào)節(jié)下變頻器輸出頻率不斷增加，直

71、到管網(wǎng)水壓達(dá)到設(shè)定值（Pi＜P＜Pm）為止。</p><p><b>　　切換過程Ⅱ</b></p><p>　　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)

72、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(dòng)下變頻運(yùn)行。</p><p><b>　　3切換過程Ⅲ</b></p><p>　　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(dòng)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50H

73、z），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(dòng)。控制系統(tǒng)又回到初始工作狀態(tài)Ⅰ，開始新一輪循環(huán)。</p><p>　　圖2.3 1#和2#機(jī)組工作過程流程圖</p><p>　　2.2變頻調(diào)速

74、的基本調(diào)速調(diào)速原理</p><p>　　水泵機(jī)組應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)。即通過改變電動(dòng)機(jī)定子電源效率來改變電動(dòng)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。</p><p>　　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

75、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。</p><p>　　圖2.4節(jié)能分析曲線圖</p><p>　　(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

76、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)。</p><p>　　(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

77、，則H1即為水泵的能量浪費(fèi)。</p><p>　　(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(dòng)，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.</p><p>　

78、　根據(jù)水泵相似原理：Q1/Q2=n1/n2</p><p>　　H1/H2=(n1/n2)*2</p><p>　　P1/P2=(n1/n2)*3</p><p>　　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(hào)，組成閉環(huán)壓力自控調(diào)速系

79、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。</p><p>　　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(dòng)，降低了起動(dòng)電流，避免了對(duì)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

80、種保護(hù)功能，提高了系統(tǒng)的安全可靠性。</p><p>　　目前水泵電機(jī)絕大部分是三相交流異步電動(dòng)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：</p><p>　　n=120(1-s)/p （2.3.1）</p><p>　　式中s為電機(jī)的滑差（s=0.02），p為電機(jī)極對(duì)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)

81、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(jí)調(diào)速的。</p><p>　　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</p><p><b>　　N=PQ</b></p><p>　　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。</p&g

82、t;<p>　　2.3變頻調(diào)速恒壓供水工況分析與能耗機(jī)理分析</p><p>　　2.3.1管路水力損失及性能曲線</p><p>　　管路水力損失分為沿程損失和局部損失兩種</p><p><b>　?。?.3.2） </b></p><p>　　沿程損失

83、 （2.3.3）</p><p>　　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(zhǎng)度（m）；A-過水截面的面積。</p><p>　　將式中（2.3.1）和（2.3.3）代入（2.3.1）可得</p><p>　　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

84、（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</p><p>　　Hx=Hsj+Hs (2.3.5)</p><p>　　由式（2.3.5）可以得到如圖所示的Hs-Q管路性能曲線</p><p>　　圖2.5本泵工作點(diǎn)的確定</p><p>

85、;　　2.3.2水泵變頻調(diào)速節(jié)能分析</p><p>　　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

86、，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。</p><p>　　圖2.6變頻調(diào)速恒壓供水單臺(tái)水泵工況調(diào)節(jié)圖</p><p>　　求出運(yùn)行在B點(diǎn)

87、的泵的軸功率 </p><p>　　運(yùn)行在C點(diǎn)泵的軸功率 </p><p><b>　　兩者之差：</b></p><p>　　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。</p><p>　　相反，采用變頻調(diào)速控制水泵電機(jī)時(shí)，

88、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。</p><p>　　2.3.3調(diào)速范圍的確定</p><p>　　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(hào)的水泵時(shí)即可確

89、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(dòng)機(jī)的負(fù)載率在50%~100%范圍內(nèi)變化，電動(dòng)機(jī)的效率基本上都在高效區(qū)。</p><p><b>　　2.4本章小結(jié)</b></p><p>　　本章從水泵理論和管網(wǎng)特性曲線分

90、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(duì)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：</p><p>　　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。</p>&l

91、t;p>　　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(dòng)工作點(diǎn)，使其符合要求。</p><p>　　變頻恒壓調(diào)速供水系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)單元設(shè)計(jì)主要包括CPU基本單元、撥盤電路、顯示電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、D/A轉(zhuǎn)換電路和相應(yīng)的開關(guān)電路等部分。</p><p>　　3.1CPU基本單元連接圖</p>&

92、lt;p>　　CPU基本單元主要包括8051單片機(jī)、373鎖存器、2732EPRM只讀存儲(chǔ)器、撥碼盤接口（74LS240）、顯示器接口（74LS273）、和A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等，電路如圖3.1所示。根據(jù)7-33譯碼器接線可知；</p><p>　　存儲(chǔ)器EPROM地址范圍是0000H~0FFFH。</p><p>　　8421撥碼盤借口（74LS240）地址是1000H。</

93、p><p>　　D/A轉(zhuǎn)換器（0832）接口地址是2000H。</p><p>　　設(shè)定壓力顯示接口（74LS273）地址是3000H。</p><p>　　反饋壓力顯示接口（74LS273）地址是4000H。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)化器（0809）通道地址是5000H~5007H。</p><p>　　圖3.1 C

94、PU基本單元連接圖</p><p>　　3.2撥碼盤接口電路</p><p>　　該系統(tǒng)采用兩位8421BCD碼撥盤作為數(shù)字壓力設(shè)定，設(shè)定范圍0.00~0.99MPa(相當(dāng)于揚(yáng)程是0~99m)。電路接線如圖3.2所示，系統(tǒng)工作時(shí)CPU可通過接口電路74LS240將撥碼盤的值讀入內(nèi)存。讀取程序?yàn)椋?lt;/p><p>　　MOV DPTR,#1000H ;DPRT指向

95、撥碼盤借口地址</p><p>　　MOV A,@DPTR ;讀取的BCD碼值送A</p><p>　　MOV 35H,A ;A內(nèi)容送35H單元</p><p>　　在該接線中，撥碼輸出為兩位BCD碼反碼，經(jīng)74LS240反向后，恰好是BCD碼的原碼。</p><p>　　圖3.2撥碼盤接口電路</p>

96、<p><b>　　3.3壓力顯示電路</b></p><p>　　系統(tǒng)壓力顯示包括設(shè)定壓力顯示和反饋壓力顯示兩種，各自采用兩位共陽極數(shù)碼管（LA5012）顯示器顯示。系統(tǒng)工作時(shí)，CPU將待顯示的壓力BCD碼通過輸出接口（74LS273）送至BCD七段譯碼器74LS47后直接驅(qū)動(dòng)LED，電路如圖3.3所示。設(shè)定和反饋壓力BCD碼如果分別存放在內(nèi)存46H和47H中，則顯示程序如下&

97、lt;/p><p>　　MOV DPTR,#3000H DPRT指向設(shè)定壓力想時(shí)期接口地址</p><p>　　MOV A,46H 壓縮式設(shè)定壓力BCD碼送A</p><p>　　MOVX @DPTR,A 輸出設(shè)定壓力顯示</p><p>　　MOV DPTR,#4000H

98、 DPRT指向反饋壓力顯示器接口地址</p><p>　　MOV A,47H 壓縮時(shí)反饋壓力BCD碼送A</p><p>　　MOVX @DPRT,A 輸出反饋壓力顯示</p><p>　　圖3.3壓力顯示電路</p><p>　　3.4反饋壓力檢測(cè)電路</p><

99、p>　　系統(tǒng)壓力檢測(cè)電路主要由壓力傳感器（或壓力變送器）、信號(hào)隔離器和0809A/D轉(zhuǎn)換器等組成。加線性隔離器的目的是防止系統(tǒng)的共模干擾侵入計(jì)算機(jī)，提高系統(tǒng)的可靠性。壓力檢測(cè)電路如圖7-36所示。反饋壓力采集程序如下。反饋壓力采集程序如下</p><p>　　MOV DPTR,#5000H DPTR指向0809通道0地址</p><p>　　MOVX

100、@DPTR,A 啟動(dòng)該通道A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　UP: MOV A ,PI 讀轉(zhuǎn)換狀態(tài)EOC</p><p>　　JNB ACC·5,UP EOC≠1未轉(zhuǎn)換完，等待</p><p>　　MOVX @DPTR,A 轉(zhuǎn)換完讀回壓力值

101、</p><p>　　MOVX 48H,A 結(jié)果存入48H中</p><p>　　圖3.4反饋壓力檢測(cè)電路</p><p><b>　　3.5輸出控制電路</b></p><p>　　系統(tǒng)在運(yùn)行中，將壓力設(shè)定值和反饋值進(jìn)行比較后再按PID算法進(jìn)行計(jì)算，在將計(jì)算算結(jié)果u（k）經(jīng)0832D

102、/A轉(zhuǎn)換后變成模擬控制電壓信號(hào)，在經(jīng)過線性隔離作用于交流變頻調(diào)速器。變頻調(diào)速器按其控制信號(hào)u（k）的大小來調(diào)節(jié)水泵的速度，以達(dá)到恒壓的目的。輸出控制電路如圖3.5所示。</p><p>　　CPU訪問0832D/AZ轉(zhuǎn)換器的輸出控制程序如下</p><p>　　MOV DPTR,#2000H DPTR指向0832地址</p><p>　　MOV

103、 A ,25H 取控制信號(hào)u（k）送A</p><p>　　MOVX @DPTR,A 輸出該控制信號(hào)</p><p>　　圖3.5輸出控制電路</p><p><b>　　3.6開關(guān)電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)在自動(dòng)方式下運(yùn)行時(shí)，CPU將不斷通過和位查詢緩沖水箱是否有水。

104、當(dāng)緩沖水箱無水時(shí)，為防止點(diǎn)擊空轉(zhuǎn)要自動(dòng)停機(jī)，同時(shí)通過發(fā)出無水指示。當(dāng)緩沖水箱的水位達(dá)到上限水位時(shí)，變?yōu)楦唠娖?，系統(tǒng)會(huì)自行啟動(dòng)，恢復(fù)供水。當(dāng)時(shí)，處于生活供水方式，系統(tǒng)通過閉環(huán)調(diào)速維持恒壓供水。當(dāng)檢測(cè)到時(shí)，將自動(dòng)進(jìn)入消防狀態(tài)，在消防期間CPU將使，三個(gè)固態(tài)繼電器全部接通接觸器1C、2C和3C均吸合，大泵、小泵和消防泵全速，當(dāng)自來水管網(wǎng)壓力大于設(shè)定壓力時(shí)，u（k）為負(fù)值，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停機(jī)，處于節(jié)能狀態(tài)，同時(shí)發(fā)出滿圧指示。此外，本系統(tǒng)還具有用

105、水高峰時(shí)自動(dòng)投入大泵，用水低峰時(shí)自動(dòng)投入水泵的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，開關(guān)電路如圖7-38所示。</p><p>　　圖3.6系統(tǒng)開關(guān)電路圖</p><p>　　第四章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1控制系統(tǒng)原理及設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1.1變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)電路簡(jiǎn)略圖</p><p>　　

106、4.1.2控制面板及連接</p><p><b>　　各端子功能：</b></p><p>　　1和8：短接為報(bào)警信號(hào)</p><p>　　2和8：短接為低水位</p><p>　　3和8：短接為動(dòng)壓力</p><p>　　4和8：短接為消防壓力</p><p>　　8、9

107、：變頻器的控制電壓</p><p>　　10、11、12：外接遠(yuǎn)傳壓力表</p><p>　　13：接1#泵變頻接觸器線圈</p><p>　　14：接1#泵工頻接觸器線圈</p><p>　　15：接2#泵變頻接觸器線圈</p><p>　　16：接2#泵工頻接觸器線圈</p><p>　　1

108、7：接3#泵變頻接觸器線圈</p><p>　　18：接3#泵工頻接觸器線圈</p><p>　　19：接4#泵變頻接觸器線圈</p><p>　　20：接4#泵工頻接觸器線圈</p><p>　　23：接220V交流電源零線</p><p>　　24：接220V交流電源火線</p><p>　

109、　4.1.3控制面板電路圖</p><p>　　4.2控制器顯示面板</p><p>　　4.2.1顯示面板結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　1.數(shù)碼顯示區(qū)：</b></p><p>　　作用：顯示實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)值和設(shè)定的數(shù)據(jù)值</p><p><b>　　2.狀態(tài)指示燈：</b>

110、;</p><p>　　作用：指示當(dāng)前各泵的工作狀態(tài)和報(bào)警狀態(tài)。</p><p>　　1泵、2泵、3泵：指示當(dāng)前各泵的工作狀態(tài)。熄滅：該泵未工作；綠燈：該泵工作與變頻；紅燈：該泵工作于工頻。</p><p>　　超壓、水位、變頻：指示當(dāng)前故障報(bào)警狀態(tài)，熄滅表示正常工作運(yùn)行，常亮表示對(duì)應(yīng)故障發(fā)生并且停止運(yùn)行，故障解除后自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。</p><p&