1、目 录 中文摘要 .1 中文摘要 .2 1 绪论 .3 1.1 课题研究的目的与意义 3 1.2 国内外发展的状况 3 1.3 变频供水系统应用范围 5 1.4 恒压供水的实现 5 2 变频调速系统能耗分析 .7 2.1 供水系统分析 7 2.2 变频调速恒压供水工况与能耗机理分析 8 3 系统结构与设备选型 .11 3.1 系统总体设计 11 3.2 变频调速 11 3.3 单片机 16 3.4 控制算法 17 4 系统硬件设计 .20 4.1 系统工作过程说明 20 4.2 变频器部分硬件设计 21 4.3 单片机部分硬件设计 23 5 系统软件设计 .29 5.1 主程序流程 29 5.
2、2 继电器动作控制流程 30 5.3 PID 控制流程31 结论 .33 致谢 .34 参考文献 .35 附录 1 36 附录 2 37 1 单片机恒压供水系统的设计 摘 要：建设节约型社会， 合理开发、 节约利用和有效保护水资源是一项艰巨任务。 根据居民用水时间集中，用水量变化较大的特点，因此居民原供水系统存 在了耗能高，可靠性低，水资源浪费严重，管网系统待完善的问题。提出 利用压力反馈，PID 控制，配以变频器、单片机、压力传感器等，根据管 网的压力，通过变频器控制水泵的转速，从而使管网中的压力始终保持在 合适的范围。从而解决因楼层太高而导致压力不足及小流量时能耗大的问 题。 另外水泵耗电
3、功率与电机转速的三次方成正比关系，所以水泵调速运 行的节能效果非常明显，平均耗电量较通常供水方式节省近四成。结合使 用可编程控制器，可实现主泵变频，副泵软启动，具有短路保护、过流保 护功能，工作稳定可靠，电机的使用寿命大大延长。 关键字：恒压变频供水，单片机，差压供水，自动控制 2 1 绪 论 1.1 课题研究的目的与意义 随着高层建筑层数的不断加高，高层居民经常出现用水难问题。该设计针对上 述问题，要求研制变频调速恒压供水控制器，该控制器是基于单片机为核心，以管 网水压为设定参数，通过控制变频器的输出频率从而自动调节水泵电机的转速，实 现管网水压的闭环调节(PID)，使供水系统自动稳定于设定
4、的压力值。传统的蓄水加 压办法有：高位水箱、气压给水以及无水箱供水等三种方式。高位水箱给水的方式， 靠水的势能向用户提供一定压力的生活用水和生产用水。这种办法显然比较落后， 一是投资大，二是不利与维护和抗震。将增加房屋强度设计要求，增加成本。而且 采用高位水箱最重要的是将产生二次污染。1982 年以后开始出现气压供水设备，虽 比前者有所改进，但仍有很多不足之处，如占地面积大，水罐和泵房投资高，电机 频繁启动，耗电量大且供水压力不稳。1究竟采用何种供水方式效果更好呢？根据 流体力学的原理，水泵的流量与转速成正比，而电机轴上消耗的功率与转速的平方 成正比。由此可见，采用交流变频调速恒压供水系统即可
5、做到用水量和供水量的统 一，又极大地降低了电耗。近几年随着交流变频调速技术的发展和微型计算机的推 广应用，上述想法已成为现实。 1.2 国内外发展的状况 变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。在早期，由于国 外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控 制、变压变频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为 执行机构，为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部 提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。从查阅的资料的情况来看， 国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没 有用一
6、台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因而投资成本高。即 1968 年，丹麦 的丹佛斯公司发明并首家生产变频器后，随着变频技术的发展和变频恒压供水系统 的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现 3 和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器， 像 ABB 集团推出了 HVAC 变频技术，法国的施耐德公司就推出了恒压供水用的变 频器。它将 PID 调节器和 P LC 可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上，通过 设置指令代码实现 PLC 和 PID 等电控系统的功能，只要搭载配套的恒压供水单元， 便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多七台电机(泵)的供水系统。这 类设备虽然说是微化了电路结构，降低了设备成本，但其输出接口的扩展功能缺乏 灵活性，系统的动态性能和稳定性不高，与别的监控系统(如 BA 系统)和组态软件难 以实现数据通信，并且限制了带负载的容量，因此在实际使用时其范围将会受到限 制。2 目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外品牌的变频器控 制水泵的转速，水管的管网压力的闭环调节及多台
