单片机控制的恒压供水装置设计.docVIP

基于单片机控制的恒压供水装置设计 方勇 安庆师范学院 安徽 安庆 080506003 指导老师：吴文进 摘要： 针对供水系统水泵多、水泵工作方式多, 要求供水压力稳定等特点, 设计了一种新型恒压变频供水自动控制系统。该系统是以AT89C51 单片机和变频器为核心, 采用改进的PID 算法，通过单片机在LCD1602上显示变频器的频率、日期和水的压力等。本文分析了系统的工作原理和工作过程, 给出了硬件框图及控制算法实现流程图, 着重说明了PID 算法在单片机上的实现方法, 同时阐述了系统的工作特点, 实践证明这是一种经济实用的先进控制技术。 关键词：单片机; 变频器; PID 算法; 供水控制系统；LCD屏 1.　引言 高楼供水是给水排水工程的重要组成部分, 与人民生活、生产活动、消防安全保障密切相关。随着人们生活水平的提高、高层建筑的快速发展, 高楼供水系统的应用越来越多。供水系统的供水水压会随着管路的加长而逐渐减弱, 生活区用水, 一天内不同时段的用水量具有明显的差异, 昼夜负荷变化大, 供水量不固定, 不能满足用户及消防安全保障的需要; 要解决高层建筑的供水和生活区供水问题, 就要解决压力不断减弱和不稳定问题。目前通常采用的方法是在供水管网的用户端进行二次加压。二次加压有组合泵供水、气压供水、调节阀门供水、高位水塔供水等多种方式。在这些供水方式中, 常因供水拖动电机一直高速运行而造成了较大的能量损耗。为了解决高楼供水水压不稳及节能等问题, 我们设计了基于AT89C51单片机的变频调速恒压供水系统。该系统是根据用户用水量的变化, 经单片机运算并与给定参数进行比较, 随时调节水泵电机转速和水泵开启台数, 从而调节供水量, 实现恒压变流量供水。且该系统具有电动机缺相或过载保护功能, 当电动机发生缺相或过载现象时, 系统及时启动保护装置, 避免电动机烧毁等故障发生。 2. 控制系统原理及硬件电路部分 2.1 恒压供水系统的控制原理 根据恒压供水系统的工作要求，其控制系统结构示意图如图1 所示。这个系统采用3 台水泵并联运行方式，压力传感器将主水管网水压变换为电信号，经模/ 数转换器转换，变为数字信号输入到控制器(AT89C51)，控制器根据给定的压力设定值与实际检测值进行PID 运算，输出控制信号经模拟量输出模块至变频器，调节水泵电机的供电电压和频率。当用水量较小时，一台泵在变频器的控制下稳定运行；当用水量大时，但水泵全速运行仍不能保证管网的压力稳定时，控制器自动将原工作在变频状态下的泵投入到工频运行，同时将下一台备用泵用变频器起动后投入运行，以加大管网的供水量保证压力稳定。若2 台泵运转仍不能满足压力的要求，则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行，再将一台备用泵投入变频运行。当用水量减少时，首先表现为变频器已工作在最低速信号有效，这时压力上限信号如仍出现，控制器首先将最先工频运行的泵停掉，以减少供水量。当上述2 个信号仍存在时，控制器再停掉第2 台工频运行的电机，直到最后一台泵用变频器恒压供水。所有水泵电机从停止到启动及从启动到停止都由变频器来控制，实现带载软启动，避免了启动大电流给水泵电机带来冲击，相对延长了电机的使用寿命。同时，系统供水采用变频泵循环方式，以“先开先关”的顺序关泵，工作泵与备用泵不固定死，这样，既保证供水系统有备用泵，又保证系统泵有相同的运行时间，有效地防止因为备用泵长期不用发生锈死现象，提高了设备的综合利用率，降低了维护费用。 2.2 变频调速的特点及分析　　用户用水的多少是经常变动的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水多而供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力大。保持供水压力的恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高了供水的质量。　　恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的。例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如发生火灾时，若供水压力不足或或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以，某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。　　随着电力技术的发展，变频调速技术的日臻完善，以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命；可以消除起动和停机时的水锤效应。其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能，将使供水实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率的运行目的。2.2.1 恒压供水的变频应用方式　　通常在同一路供水系统中，设置多台