变频调速单片机恒压供水系统的应用

 

1、单片机恒压供水系统工作原理

    变频调速单片机恒压供水系统与水塔或楼顶的高位水箱供水相比，具有投资省、节约能源、水质遭二次污染的机会少等优点，越来越多的城市和生活小区已经或正打算采用变频调速恒压供水。

 

    单片机恒压供水系统工作原理是：控制器通过检测实际水压值，比较设定水压值和实际水压值的差别，按PID控制规律运算后，输出控制信号至变频器，变频器则根据控制器的输入信号调节水泵电机的供电电压和频率。

 

    当用水量增加时，控制器控制变频器使电动机的电压和频率加大，水泵转速升高，出水量增加；当用水量减少时，控制器控制变频器使电动机的电压和频率降低，水泵转速下降，出水量减少。通过这种控制方式，就可以使自来水管道压力保持在设定值上。

 

    由于变频器的价格较高，变频调速恒压供水系统通常采用多台水泵并联运行，几台水泵共用一台变频器。工作时，控制器根据用水量的大小，控制配电系统自动选择所需投入运行的水泵数量，一般方法是保持其中一台水泵处于变频器控制下，其它水泵则根据供水量的变化，在工频下全速运行或停机待命。

 

2、单片机恒压供水系统单片机控制器设计

    2.1硬件设计

    单片机控制器及变频调速恒压供水系统的原理接线图如图2。系统采用Ａｔｍｅｌ公司的AT89C51单片机作为控制CPU(因为该单片机片内具有4KB的ＦｌａｓｈＭｅｍｏｒｙ)；为确保系统稳定可靠运行，采用MAX813作为系统的电压监控及Ｗａｔｃｈｄｏｇ电路；压力变送器送来的4～２０ｍＡ的压力信号经IC7转换为0～５Ｖ的电压信号；由A／D转换电路ADC0809将压力传感器的检测水压值和设定电位器的设定值转换为数字量，供单片机使用；D／A转换电路采用DAC0832，将单片机输入的控制量转换为4～２０ｍＡ电流环，控制变频器的输出频率。由单片机到配电部分的控制信号及系统的一些控制开关命令，均通过光电耦合电路进行隔离，以减少强电回路对单片机的影响。

 

    2.2软件设计

    假设供水系统共有2台水泵，其中水泵1为变频运行，水泵2为工频运行，由接触器分别启动或停止，单片机通过继电器控制接触器的工作。软件设计如下：

 

    2.2.1单片机接口地址分配和控制端口功能

    A／D转换器ADC0809：80XXH～８７XXH；压力传感器为IN0通道，设定电位器为IN1通道。

    D／A转换器DAC0832：08XXH。

    水泵1继电器控制P1.0：当P1.0＝0时，水泵1开；当P1.0＝1时，水泵1停。

    水泵2继电器控制P1.1：当P1.1＝0时 ，水泵2开；当P1.1＝1时，水泵2停。

    开机命令P1.2：当P1.2＝0时，系统开始工作，当P1.2＝１时，系统停止工作。

 

    2.2.2软件程序设计

    变频调速恒压供水系统的单片机控制器软件包括主程序、控制量计算子程序、继电器控制子程序、A／D转换子程序、延时子程序等。

    主程序包括系统初始化，开机命令的检测等，主程序框图见图3。

    T1中断服务程序包括了除主程序以外的所有子程序的管理和应用，程序框图见图4。

    A／D转换采用定时转换方式，启动A／Ｄ后，用软件延时150μｓ，再读出转换结果。

 

    继电器控制子程序完成水泵2的运转和停止控制。由于变频器的控制量与水泵1的运转速度直接相关，因此程序根据变频器的控制量大小就可判断水泵1的工作状态。如控制量为零，说明系统压力过高，水泵1已经调至最低转速，这时需要水泵2停止工作；如果控制量为最大值，说明系统压力过低，水泵1已经调至最高转速，这时需要水泵2投入运行。由于供水系统压力的变化惯性较大，所以当控制量出现最大值或最小值后，需延时一段时间，在延时阶段经过反复测量，如果控制量一直不变，再进行切换。系统多于2台水泵时，切换原理相同，但需增加判断多台水泵开、停状态的循环判断程序。

    控制量计算子程序包括变频器控制量的计算和控制量的输出，其中控制规律采用PID调节规律。

 

3、结论

    变频调速单片机恒压供水系统是现代化城市和生活小区供水的发展方向，采用单片机控制的变频供水系统具有工作可靠、实现容易、价格低廉等特点，是较理想的控制器。