毕业设计变频调速(li)_

第1章绪论1.1引言长春市锦江花苑是一新型的智能小区，随着现代通信技术、计算机网络技术、自动控制技术等高科技技术的发展及其在建筑领域的日益广泛的应用，家庭的智能化设备从无到有，小区的智能化系统从简单的楼宇对讲系统逐步发展到综合布线、计算机网络、小区公共安防系统、小区设备管理自动化系统以及物业管理系统，而新型的供水系统也成为了其必不可少的一部分。

近年来我国中小城市发展迅速，集中用水量急剧增加。

据统计，从1998年到2006年，我国人均日生活用水量（包括城市公共设施等非生产用水）有241.1升增加到322.5升，增长了33.7%[1]，与此同时我国城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。

一般规定城市管网的水压只保证6层以下楼房的用水，其余上部各层均须“提升”水压才能满足用水要求。

以前大多采用传统的水塔、高位水箱，或气压罐式增压设备，但它们都必须由水泵以高出实际用水高度的压力来“提升”水量，其结果增大了水泵的轴功率和能量损耗。

由于传统的供水方式管理不便，水箱与大气连通，从而造成腐蚀，而且水箱内有微生物，会对系统造成二次污染，所以需要定期维护，但是使用高水位水箱供水，在系统流量比较大时，部分用户尤其是高层用户会感觉供水压力不足。

在用水量高峰期时供水量普遍不足，造成城市公用管网水压浮动较大。

由于每天不同时段用水对供水压力的要求变化较大，仅仅靠供水厂值班人员依据经验进行人工手动调节很难及时有效的达到目的。

这种情况造成用水高峰期时供水压力不足，用水低峰期时供水压力过高，不仅十分浪费能源而且存在事故隐患。

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。

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[2]。

自从通用变频器问世以来，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。

变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用[3]。

变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。

恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。

在实际应用中得到了很大的发展。

随着电力电子技术的飞速发展，变频器的功能也越来越强。

充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面有着非常重要的意义。

变频调速恒压供水控制装置能够极大地改善给水管网的供水环境，该系统可根据管网瞬间压力变化，自动调节水泵电机的转速和多台水泵电机的投入及退出，使管网主干出口端保持在恒定的设定压力值，整个供水系统始终保持高效节能和运行在最佳状态。

新技术和先进设备的利用，使给供水的设计得到发展的机遇，当前住宅小区的规划趋向于人性化，不再追求平面的美观与合理，而是追求空间上布局的流畅和设计中贯彻以人为本的理念，特别是在市场经济的浪潮中，力求土地使用效率的最大化。

于是选择一种符合各方面规范，卫生方面又经济合理的供水方式，对我们以往的供水方式提出了挑战。

恒压供水是指在供水管网中流量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式，供水管网压力值是根据用户需求来确定的，随着变频调速技术的成熟和发展，利用变频器，PI调节器，传感器等器件的有机组合，构成控制系统，实现恒压供水。

新型供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。

恒压供水调速系统的这些优越性，引起国内几乎所有供水设备厂家的高度重视，并不断投入开发、生产这一高新技术产品。

1.2调研（社会调查）情况总结根据长春市代表性小区的居民问卷调查显示，目前已有一部分小区实现了恒压管网供水（如星宇花园，富豪家园），一般是2000年后新盖的小区，而在另外一份调查中显示，71%的居民对现今的供水不满意，提出城市用水时间不均衡，夜间用水少，早晨、傍晚用水量大，使得用水高峰时候，出现高层住户断水，而夜间用水低谷期供水压力又过高，造成水管共振，发出噪声，污染环境。

为了实现生活区的全自动恒压供水，平抑用水高峰期和低谷期的水压差，要求对相距较远的水泵进行远程控制；同时用微型计算机和变频器等组成恒压供水控制系统。

随着科技的发展和进步，恒压供水的成本也大大的降低，相对于传统供水实现了无人值守，节省了后期管理费用，由于水泵实现了软起软停，有效地消除了水锤效应，减少了维修费用，并且水泵的寿命大大延长。

1.2.1恒压管网供水的优点(1)恒压管网供水能自动24小时维持恒定压力[4]并根据压力信号自动启动备用泵，无级调整压力，供水质量好，与传统供水比较，不会造成管网破裂及开水笼头时的共振现象。

(2)避免了泵的频繁启动及停止，而且启动平滑，减少了电机水泵的启动冲击，增加了电机水泵的使用寿命，也避免了传统供水中的水锤现象。

(3)传统供水中设计有水箱，不但浪费了资金，占用了较大的空间，而且水压不稳定，水质有污染，不符合卫生标准，而采用恒压管网供水，此类问题也就迎刃而解了。

(4)采用恒压管网供水，系统可以根据用户实际用量，自动进行检测，控制马达转速，达到节能效果。

避免了水塔供水无人值班时，总要开启一个泵运行的现象，节省了人力及物力。

(5)恒压管网供水可以自动实现多泵循环运动功能，延长了电机水泵的使用寿命。

(6)恒压管网供水系统保护功能齐全，运行可靠，具有欠压、过流、过载、过热、缺相、短路保护等功能。

1.2.2恒压管网供水的特点(1)采用高性能变频器，配用先进的数字微机控制技术，自动化程度高，可实现恒压变量，多恒压变量，变压变量多种控制方式。

系统运行平稳，安全可靠，故障率低。

(2)微机控制水泵，可靠地实现软启动，无冲击电流，机械磨损小，可延长设备使用寿命。

(3)根据用水量变化，可完成泵组的循环变频，按照先开先停的原则运行，均衡各泵的工作量，从而延长水泵寿命。

(4)设备效率高，节能效果显著，设备能自动检测，自动调节用户管网水量、水压，使水泵始终运行在高效区，比气压罐式供水节电14.7％，比恒速运行水泵节电58.2％。

(5)实现微分控制时，对多路泵进行软启动调速运行，必要时切换为工频运行，具备手动操作功能，当变频器、控制器故障时，将转换开关切入“手动”位置，人工操作面板上各泵的启停按纽，实现连续供水。

(6)数字设定工作水压，并用数码显示实际工作压力，使实际工作压力与设定压力一致。

(7)自来水压超低报警停机，水压恢复后自动开机运行，管网高水压报警，LED 频率指示，变频器异常指示，电机故障工况指示。

(8)保护功能：欠压保护、过载保护、缺相保护、失速保护、电机接地保护。

(9)根据用户需要可灵活改变工作方式：一台泵变频工作，其他泵工频工作；夜间小流量泵定时停机；多台泵循环变频工作。

1.3本章小结本章介绍了现今我国供水方式的现状和长春市锦江花苑智能小区的概况，以及恒压供水在现今社会的应用和地位，与传统的供水方式相比体现了采用此供水方式的必要性，还着重介绍了恒压供水的优点和特点，引出下文。

第2章总体方案设计2.1 系统组成本系统以AT89S52单片机[5]作为智能小区恒压管网供水的控制核心，实现通过TLC549的A/D转换和PWM脉宽调制，通过变频器内部的PI调节器来改变水泵转速，采用HD7279A作为键盘与显示借口芯片，实现数码管显示，主要显示数据为供水压力系统和水池水位。

数据传输由PTR8000完成。

图2-1系统组成的结构框图2.2 系统的工作过程AT89S52微处理器为本系统的控制核心，对恒压供水采用离散闭环控制方案，采用安装在出水口的远传压力传感器，该传感器将压力信号（通常量程为0~1MPa）转换为0~5V的电信号，系统采用TLC549对传感器输出的模拟电压进行采集。

TLC549为8位串行转换器芯片，与微处理器AT89S52连接，控制器通过I/O CLOCK,CS,DATA OUT三条串线进行串行接口，TLC549是以8位开关电容逐次逼近A/D转换器为基础构造的CMOS A/D转换器，TLC549将采集到的模拟电压转化为数字的高低电平，在CS（芯片选择输入端）有效的一个时间段内启动本次A/D转换，由外部时钟信号控制TLC的采样，保持及输出时间。

图2-2系统整理流程图采集带的模拟信号经A/D转换后引入单片机的P1口，经过子程序实现BCD 码的转换，将数据送至数码管显示，与设定值进行比较，判断当前管网压力的合理性，调用恒压调节PI算法子程序，经过脉宽调制，若当前管网压力大于设定值，则在周期不变的情况下，减少脉宽输出高电平对应得时间，从而控制电动机的转速，达到降低管网压力的目的；若当前管网压力小于当前设定值，则在周期不变的条件下，增大脉宽输出高电平对应时间，当然低电平对应时间相应减小如图2-2所示。

考虑到该离散控制系统属于过程控制范畴，实施性要求不高，因为本系统采用软件技术实现PWM变换，P3.5为PWM输出端，该信号经过线性积分电路，变成模拟信号，加到变频器的V/F控制端，达到控制水泵转速，从而实现对管网水压的控制。

为了实现对现场设备的远程控制及单片机间的通信，系统采用了PTR8000模块进行通讯，PTR8000在正常工作前应由CPU先根据需要写好配置寄存器，或是按照默认配置工作，其后的工作主要是两个：发送数据和接收数据。

设备投入运行前，首先应设定设备的工作压力等相关运行参数，设备运行时，由压力传感器连续采集供水管网中的水压及水压变化率信号，并将其转换为电信号传送至变频控制系统，控制系统将反馈回来的信号与设定压力进行比较和运算，如果实际压力比设定压力低，则发出指令控制水泵加速运行，如果实际压力比设定压力高，则控制水泵减速运行，当达到设定压力时，水泵就维持在该运行频率上。

如果变频水泵达到了额定转速（频率），经过一定时间的判断后，如果管网压力仍低于设定压力，则控制系统会将该水泵切换至工频运行，并变频启动下一台水泵，直至管网压力达到设定压力；反之，如果系统用水量减少，则系统指令水泵减速运行，当降低到水泵的有效转速后，则正在运行的水泵中最先启动的水泵停止运行，即减少水泵的运行台数，直至管网压力恒定在设定压力范围内。

主泵停止工作，副泵进行供水也为变频恒压供水方式，进一步提高了工作效率，节约了能源。

2.3本章小结本系统介绍了本次设计的总体方案设计和工作过程，此恒压供水系统以AT89S52单片机作为控制核心，实现通过TLC549的A/D转换和PWM脉宽调制，通过变频器内部的PI调节器来改变水泵转速，采用HD7279A作为键盘与显示借口芯片，实现数码管显示，主要显示数据为供水压力系统和水池水位。