單片機在變頻調速恒壓供水系統中的應用

1、變頻調速恒壓供水系統工作原理

      變頻調速恒壓供水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。變頻調速恒壓供水系統構成如圖1。

      變頻調速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、變頻調速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Flash　Memory);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。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。

控制量計算子程序框圖見圖6。

3、結論

      變頻調速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。