《变频控制器设计论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变频控制器设计论文.doc（44页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、毕 业 论 文 （设 计） 用 纸毕业论文(设计)开题报告 论文题目： 变频控制器设计 学 院: 继续教育学院 专 业: 电气工程及自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 讲师 2017年1月25日毕 业 论 文 开 题 报 告1、本课题的研究意义：近年来，随着城市居民区的不断扩建与改造，楼房层数的不断加高，我国居民用水难的问题越来越突出，原有的自来水管网的压力出现了不足，用水困难给生活带来极大不便。为解决上述问题，本文研制了变频供水控制器。该控制器是以AT89C51为核心，并与变频器、压力传感器等器件有机结合起来，构成了变频恒压供水系统。该系统是以管网水压为设定参数，通过控制变频
2、器的输出频率来自动调节水泵电机的转速，并根据用水量的大小由单片机控制水泵数量及变频器对水泵的调速，实现管网水压的闭环调节，即变频供水。2、本课题的基本内容简介：针对供水系统难以为被控对象确定精确的数学模型、水压精度要求不太高的特征，本文提出的是一种基于变频恒压的供水控制方案。并利用单片机对其进行控制，实现了变频调速控制相结合，抗干扰能力强，是一种很理想的控制器。此外，变频调速给水的供水压力可调，可以方便地满足各种供水 压力的需要。在设计阶段可以降低对供水压力计算准确度的要求，因为随时可以方便地改变供水压力。但在选泵时应注意 ，泵的功率宜大一些，因为变频调速其最大压力受水泵限制 。最低使用压力也
3、不应太小，因为水泵不允许在低扬程大流量下长期超负荷工作，否则应加大变频器和水泵电机的容量， 以防止发生过载。为了方便远程监控，用组太王进行了简单的动画连接，动画的形式实时显示现场设备的运行状态。毕 业 论 文 开 题 报 告3、论文提纲：1）绪论2）基于AT89C51的变频恒压给水控制器的设计3）变频恒压供水控制器在PC上位机的通讯结论致谢参考文献4、研究进程计划及时间安排：第一周：拟定论文题目开题第二周：查找论文所需相关资料第三周：初稿完成第四周：检查修改完成一次论文初稿，根据指导老师的讲评及意见，修改并提交二次论文草稿第五周：讲评第二次论文草稿、集中解决有关论文漏洞问题并及时修改，基本完成
4、论文大纲要求第六周：最终定稿第七周：论文成型，指导老师讲评修改并定稿，整理打印论文、装订论文第八周：准备参加答辩毕 业 论 文 开 题 报 告5、参考文献目录：1 符锡理，“变频调速供水泵原理和实践”J变频器世界，1999，N010。2 符锡理，“变频恒压给水设备变频泵固定运行方式与循环运行方式的对比分析”J变频器世界，2000，N012。3 李长军，“变频调速在恒压供水的应用”，J煤矿机械，2004，第11期4 徐惠民，单片微型计算机原理接口应用.M北京邮电大学出版社，1999年。5 李大有，单片机应用与设计M电子工业大学出版社，1998年 6 孙涵芳，单片机原理及应用 M北京航天大学出版社
5、 1988年7微机原理及其应用/刘海宽主编.M哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.2002.88电器与PLC控制技术/张万忠主编.M-北京：化学工业出版社.2003.8 9 单片机原理及其接口技术/胡汉才编著M.-北京：清华大学出版社.199610 电气传动/何建平，陆志国主编.M重庆：重庆大学出版社.2002.311 变频电源实用技术/周志敏主编.M北京：中国电力出版社.2005.412 李旭霞等，工业自动化通用组态软件“组态王”的功能分析及应用，仪器仪表用户，J2001, 8 (04) P29-3113朱有辉，变频调速技术应用于恒压供水，J电气时代，2004, 10期P89-9214蒋岚，住宅小
6、区变频调速供水方式浅谈，J大众科学，2004, 09期P56-5715 王柏林、李训铭，变频调速泵洪水系统分析，J河海大学学报，23 C2 ), 16 冯博琴主编。微型计算机原理与接口技术。M北京：清华大学出版社，199917 周志敏主编。变频电源实用技术。M北京：中国电力出版社，200218 李大有主编。单片机应用与设计。M北京：电子工业大学出版社，199819 A D Application of variable Frequncy。onstant Pressure Water Supply Equipmentin Lage-scale Pumping Station，J Drainage
7、 and Irrigation Machinery，2004，vol. 22 (4) P23-2520 Mouser H, Ramamurthy A. S.。JAdvances in Wate- Resources,2000 (613)21 王柏林、李训铭，变频调速泵供水系统分析，J河海大学学报，22 Sachedev M. S, Phadke A. G. Microprocessor Relavs and Protection SystemsJ23 李素玲，IEEE Tutorial Course，J IEEE Press, 2003, P60-7024 全自动变频恒压供水系统的设计，J西北
8、轻工业学院学报，1997, 15 (4) P74-7825 解宏基、任光，一种多功能变频恒压供水单片机控制系统，J自动化博览，1999,(6)P10-1226 刘美俊，基于AT89C51单片机的变频恒压供水控制系统，J轻工机械，2004,02期P102 10427 韩荣超，单片机自动控制变频恒压供水系统，M广西土木建筑，2000, 25 (4 ) P190 19228 赵晶，电路设计与制版Prote199高级应用，M第1版，2000年，人民邮电出版社29 胡汉刁 单片机原理及其接口技术，M第1版，200?年，清华大学出版社30 王津，单片机原理与应用，M第1版，2000年，重庆大学出版社31
9、51单片机与74HC164静态显示接口，M中国电子技术信息网，网址: www. CETINet. com32 王福瑞等，单片微机测控系统设计大全，M第1版，1998年，北京航空航天大学出版社33 万福君，单片微机原理系统设计与应用，M第2版，2001年，中国科学技术大学出版社34 赵全起，应用MC1413集成电路实现水塔自动供水J CH I A WAIf:R &WASTEWATER, 1999 (5) P36-3735 刘兴瑜，文生平，串行接口器件的单片机直接编程设计，J自动化与信息工程，2001, O1期P141636 Timer NE/SA/SF555/SE555C，Product spe
10、cification，Philips Sern conduc toysinear Products P346-35237 明李华，1CS - 51单片机实用接口技术，第1版，1992，北京航空航天大学出44张会敏等，Fuzzy-PID算法在炉温控制中的应用，J自动化与仪器仪表， 2002, 03期P28-3038 Sun Ming, Study of Fuzzy PID Control，JComputer Application, 2004.4 P51 -5339 LIU Wen ding, FAN Hui 1i，Fuzzy-PID Controller of water Supply Sys
11、tem under Stable Pressure，Sciech Information J Development&Economy，2002, 0440 Eker, Kara，Modelling and simulation of a water supply system for feedback control, Proceedings of the Universities M Power Engineering Conference, 2001，vol.36 P1937-194141 欧金成、欧世乐、林德杰等，组态软件的现状和发展，M工业控制计算机.2002, 15(4) P1-54
12、2 袁秀英，组态控制技术，M第1版，2003，电子工业出版社43 金丹，沈显明.世纪星组态软件在工业控制系统中的应用.M制造业自动6、指导教师审阅意见：同意开题变频控制器设计摘 要近年来，随着城市居民区的不断扩建与改造，楼房层数的不断加高，我国居民用水难的问题越来越突出，原有的自来水管网的压力出现了不足，用水困难给生活带来极大不便。为解决上述问题，本文研制了变频供水控制器。该控制器是以AT89C51为核心，并与变频器、压力传感器等器件有机结合起来，构成了变频恒压供水系统。该系统是以管网水压为设定参数，通过控制变频器的输出频率来自动调节水泵电机的转速，并根据用水量的大小由单片机控制水泵数量及变频
13、器对水泵的调速，实现管网水压的闭环调节，即变频供水。针对供水系统难以为被控对象确定精确的数学模型、水压精度要求不太高的特征，本文提出的是一种基于变频恒压的供水控制方案。并利用单片机对其进行控制，实现了变频调速控制相结合，抗干扰能力强，是一种很理想的控制器。此外，变频调速给水的供水压力可调，可以方便地满足各种供水 压力的需要。在设计阶段可以降低对供水压力计算准确度的要求，因为随时可以方便地改变供水压力。但在选泵时应注意 ，泵的功率宜大一些，因为变频调速其最大压力受水泵限制 。最低使用压力也不应太小，因为水泵不允许在低扬程大流量下长期超负荷工作，否则应加大变频器和水泵电机的容量， 以防止发生过载。
14、为了方便远程监控，用组太王进行了简单的动画连接，动画的形式实时显示现场设备的运行状态。综上所述，交流变频调速恒压供水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实现容易、价格低廉等特点，是较理想的控制器。关键字：变频恒压供水系统；组态AbstractIn recent years, with the continuously building and rebuilding of residential areas the problem of our inhabitants using water is more and more serious, the old t
15、ap waters pressure appears deficient, the difficulty of using water bring the big inconvenience to the inhabitants daily life. In order to solve the above problem, this paper introduces a new style of VVVF constant-pressure water-supply controller. It can be used in water supply for daily life and u
16、se in case of fire and other case. The frequency-conversion pumps use cycling soft-starting and timing cutting. The software adopts the dynamic digital filter skills. It has complete protective functions.In the light of that the excise mathematical model of water supply system is difficult to find a
17、nd no morefor the control precision, this paper put forwards ath design for water request supply under constant pressure. And also simulate system with Matlab, the simulation result shows that this compound control system more significant robustness. Moreover, the configuration monitor software-king
18、view is also introduced. The data acquisition and control scheme are analyzed.Sum up the above, the VVVF constant-pressure water supply controller is the development direction of modernization city and communitys water supply, and it has the characteristics such as stable working, easily realizing a
19、nd low price etc. So it is more perfect controller.Key words Water supply system under constant pressure; Kingview 佳木斯大学继续教育学院 第44页目 录摘 要1Abstract2第 1 章绪 论51.1交流变频恒压供水控制器的研究背景及意义51.1.1课题提出的背景和意义51.1.2变频技术的发展51.1.3关于变频给水的原理61.1.4变频调速在供水中的应用91.2研究环境91.3本文的组织结构10第 2 章基于AT89C51的变频恒压给水控制器的设计112.1系统概述及控制原
20、理112.1.1系统的组成122.1.2设计方案及系统优点142.2控制的硬件系统设计172.2.1硬件总体说明172.2.2系统的显示部分172.2.3按键接口电路的设计192.2.4单片机借口电路与MC1413集成电路192.2.5EEPROM93C46在供水控制器中的应用192.2.6定时复位电路202.2.7锁存电路202.2.8数模(D/A)和模数(A/D)转换电路202.3软件系统设计212.3.1独立按键程序设计222.3.2显示子程序222.3.3模数转换(A/D压力数据采集)子程序222.3.4系统的主程序流程图222.4系统抗干扰措施232.4.1硬件抗干扰技术242.4.
21、2软件杭干扰技术242.5变频恒压供水控制器的性能特点252.6恒压供水设备的应用场合25第 3 章变频恒压供水控制器在PC上位机的通讯273.1Kingview组态软件简介273.1.1组态王软件的结构273.1.2组太王和下位机通信283.1.3怎样产生动画效果283.2系统开发过程293.2.1制作图形画面293.2.2构造数据库293.2.3定义动画连接293.2.4运行和调试303.3通讯方式303.4系统功能实现30结 论32致 谢33参考文献34第 1 章 绪 论1.1 交流变频恒压供水控制器的研究背景及意义1.1.1 课题提出的背景和意义近年来，随着居民区的不断扩建与改造，楼房
22、层数的不断加高，我国民用水难问题越来越突出，特别是高层建筑居民，原有的自来水管网的压力出现不足，大部分地区普遍存在着用水高峰期高层供不上水，高层居民经常出现用水难问题，给生活带来极大不便。这种用水难问题在大城市表现尤为突出。针对上述问题，本文研制了变频调速供水控制器，该控制器是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)，使供水系统自动稳于设定的压力值。即用水量增加时，频率升高，水泵转速加快，供水量相应增大，当用水量超过一台泵的供水量时，通过控制器调节;用水量减少时，频率降低，水泵转速减慢，供水量相应减小。也就是根据用水量的大小，由
23、供水控制器控制水泵数量以及变频器对水泵的调速，来实现恒压供水。同时达到供水效率的目的“用多少水，供多少水”。采用该供水系统不需建造高位水箱，水塔，水质无二次污染，是一种理想的现代化建筑供水方案。此外，恒压供水系统对于某些上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。1.1.2 变频技术的发展变频调速技术是集电子、自动控制、微电子、电机学等技术之人成的一项先进技术。
24、言以其优异的调速性能、显著的节能效果被广泛应用在各个领域，是电气传动的发展方向。随着电力电子技术的飞速发展，电力电子器件的理论研究和制造工艺水平的不断提高，电力电子器件在容量、耐压、特性等方面得到了很大的发展，变频调速技术己日臻完善。进入90年代电力电子器件向着大容量、高频率、响应快、低损耗的方向发展。作为应用现代电力电子器件与微计算机技术有机结合的交流变频调速装置，随着产品的开发创新和推广应用，使得交流异步电动机调速领域发生一场巨大的技术革命。交流变频调速装置不仅仅可以大幅度节能，而且在改善机械性能、实现完善的自动控制、环境保护等多方面都有显著的效果。现代楼宇自动控制中，采用变频调速技术将会
25、改善系统的品质，并产生巨大的经济效益。1.1.3 关于变频给水的原理目前，变频调速生活给水在建筑给水中应用越来越广，其主要原因是：1.变频调速给水的供水压力可调，可以方便地满足各种供水 压力的需要。在设计阶段可以降低对供水压力计算准确度的要求，因为随时可以方便地改变供水压力。但在选泵时应注意 ，泵的扬程宜大一些，因为变频调速其最大压力受水泵限制 。最低使用压力也不应太小，因为水泵不允许在低扬程大流量下长期超负荷工作，否则应加大变频器和水泵电机的容量， 以防止发生过载。 2.目前，变频器技术已很成熟，在市场上有很多国内外品牌 的变频器，这为变频调速供水提供了充份的技术和物质基础。变频器已在国民经
26、济各部门广泛使用。任何品牌的变频器与 变频供水控制器配合，即可实现多泵并联恒压供水。因为建 筑供水的应用广泛，有些变频器设计生产厂家把变频供水控制器直接做在供水专用变频器中；这种变频器具有可靠性好， 使用方便的优点。3.变频调速恒压供水具有优良的节能效果。由水泵管道供水原理可知，调节供水流量，原则上有二种方法；一是节流调节，开大供水阀，流量上升；关小供水阀 ，流量下降。调节流量的第二种方法是调速调节，水泵转速升高，供水流量增加；转速下降，流量降低，对于用水流量经常变化的场合(例如生活用水)，采用调速调节流量，具有优良的节能效果。我国国家科委和国家经贸委在中国节能技术 政策大纲中把泵和风机的调速
27、技术列为国家九五计划重点推广的节能技术项目。应当指出，变频恒压供水节能的效果主要取决于用水流量的变化情况及水泵的合理选配，为了使变频恒压供水具有优良的节能效果，变频恒压供水宜采用多泵并联的供水模式。由多泵并联恒压变频供水理论可知多泵并联恒压供水，只要其中一台泵是变频泵，其余全是工频泵，可以实现恒压变量供水 。在变频恒压变量供水当中，变频泵的流量是变化的，当变频泵是各并联泵中最大，即可保证恒压供水。多泵并联恒压供水，在设计上可做到在恒压条件下各工频泵的效率不变(因工况不变)，并使之处于高效率区工作，变频泵的流量是变化的 ，其工作效率随流量而改变。因为采用多泵并联恒压供水，变频泵的功率降低，从而可
28、以降低多泵并联变频恒压供水系统的能耗，改善节能状况。 当多泵并联恒压供水系统采用具有自动睡眠功能的变频器 ，当用水流量接近于零，变频泵能自动睡眠停泵，从而可以做到不用水时自动停泵而没有能量损耗，具有最佳的节能效果。多泵并联变频恒压变量供水的工作模式通常是这样的：当用水流量小于一台泵在工频恒压条件下的流量，由一台变频泵调速恒压供水；当用水流量增大，变频泵的转速自动上升；当变频泵的转速上升到工频转速，为用水流量进一步增大，由变频供水控制器控制，自动启动一台工频泵投入，该工频泵提供的流量是恒定的(工频转速恒压下的流量)，其余各并联工频泵按相同的原理投入。 在多泵并联变频恒压变量的供水情况下，当用水流
29、量下降 ，变频调速泵的转速下降(变频器供电频率下降)；当频率下降到零流量的时候，变频供水控制器发出一个指令，自动关闭一台工频泵使之超出并联供水。为了减少工频泵自动投入或超出时的冲击(水力的或电流的冲击)。在投入时，变频泵的转速自动下降，然后慢慢上升以满足恒压供水的要求。在超出时，变频泵的转速应自动上升，然后慢慢下降以满足恒压供水的要求。上述频率自动上升，下降由供水变频控制器控制。 另一种变频供水模式通常叫做恒压变量循环状启动并先开先停的工作模式。在这种供水模式中，当供水流量少于变频泵在恒压工频下的流量时，由变频泵自动调速供水，当用水流量增大，变频泵的转速升高。当变频泵的转速升高到工频转速，由变
30、频供水控制器控制把该台水泵切换到由工频电网直接供电(不通过变频器供电)。变频器则另外启动一台并联泵投入工作。随用水流量增大，其余各并联泵均按上述相同的方式软启动投入。这就是循环软启动投入方式。 当用水流量减少，各并联工频泵按次序关泵超出，并泵超出的顺序按先投入先关泵超出的原则由变频控制器单板计算机 控制。 由上述可见，对于变频恒压变量给水通常有两种工作模式 ，一是变频泵固定方式，二是变频循环软启动工作方式。在变频泵固定方式中，各并联水泵是按工频方式自动投入或超出的。因为变频泵固定不变，当用水流量变化，变频泵始终处于运行状态，因此变频泵的运行时间最长。为了均衡各水泵的 运行时间，对于变频泵固定运
31、行方式，可以设计成变频泵定时轮换运行方式。即当某一台变频泵运行一定时间后，由变频 控制器控制变频泵自动进行轮换。例如：开始时1泵变频，2泵工频，当1泵变频运行T时间后(T可按序设定)自动轮换为2泵变频，1泵工频；在此状态下运行T时间后自动轮换为1泵变频，2工频，。如此反覆进行定时轮换。 显然，具有变频泵自动轮换控制的变频恒压变量供水系统 ，变频泵是定时改变的，即任何一台并联泵都有可能成为变频泵。由变频恒压变量供水理论可知，为了保证恒压供水，变频泵必须是各并联泵中的最大者。为此，对于变频恒压供水并 变频泵自动定时轮换的水机，各并联水泵的大小应相同以保 证恒压供水。 按变频器工作原理，在运行中的变
32、频器不允许在其输出端 进行切换；否则在切换过程中会使变频器中的某些电子器件受 到大电流冲击而降低其寿命。在变频泵自动轮换过程中，要在变频器的输出端进行切换；为了保护变频器，在进行自动切换之前应使变频器停止运行。在变频器停止运行的条件下，在其输出端进行切换。在切换好后再重新启动变频器而恢复正常运行。因此，自动轮换控制的电路比较复杂，会增加变频 控制柜的造价并降低其使用可靠性。 当变频恒压变量供水系统具有变频泵自动轮换功能，其优点是各并联泵可定时轮换到变频运行，使各并联泵的磨损均衡 。但是，在任一台泵变频运行时，万一水泵故障有可能使变频器保护跳闸而停止工作。各并联水泵是由变频器控制运行的 ；当变频
33、器跳闸，必然使所有并联水泵停机而中断供水。 因此，当水泵的可靠性一定，具有自动轮换控制功能的变频恒压供水机的供水可靠性将低于不具备自动轮换控制功能的 变频恒压供水机。笔者认为，供水可靠性是主要矛盾。因此我们不主张采用具有自动轮换控制功能的变频恒压给水系统。多泵并联，循环软启动的变频恒压给水系统，同样存在上 述变频恒压自动轮换工作模式的缺点。为了保证恒压供水，同样要求各并联泵的大小相同。 综上可述，为保证供水可靠性，不主张采用自动轮换和变频循环软启动的工作模式。清华紫光集团自动化工程部在 其ABB恒压供水系统用户手册中说，“循环软启动!这是一个危险的诱惑，很多搞恒压供水的人热衷于发展此项技术，但
34、我们的建议是否定的。”我赞同清华紫光集团自动化工程部的上述学术见解，不热衷于搞变频循环软启动供水。 由水泵管路供水原理可知，当节流损耗等于零，则供水系统具有最佳的节能效果，此时水泵的供水扬程完全消耗在供水高度和供水流阻损失上。这种变频调整供水称为理态的变压变量供水，这种供水系统的扬程流量曲线和管路系统的流 阻流量曲线重合。在理想的变压变量供水系统中，在用水点，其扬程恒定，属于恒压供水。在实际建筑中，用水点是多处，不是一处，因此很难确定何处是恒压用水点。变压变量供水系统没有通用性，在工程上很少应用。一种实用的变压变 量供水系统叫做准变压变量供水系统；在准变压变量供水系统中，其恒压值随用水流量增加
35、而跃阶上升。例如多泵并联恒 压供水，当一台泵工作，其恒压值为P1；当投入一台泵，其恒压值自动变为P1P1；当二、三、四台泵投入，其恒压值分别自动变为P1P1P2，P1P1P2P3，P1P1 P2P3P4，。其中P1，P1，P2，P3，P4， 可按需要设定；因此，准变压变量系统(设备)的供水特性可以 十分接近理想的变压变量供水特性，具有优良的节能效果，这种供水系统(设备)具有通用性。例如国际上著名的ABB供水专用 变频器就具有上述的准变压变量供水控制功能。 事实上，在建筑供水当中，准变压变量供水模式也很少应用，因为在实际使用当中，很难给出P1，P2，P3等等 的具体参数。1.1.4 变频调速在供
36、水中的应用作为交流变频调速装置的一个代表，变频器恒压供水装置技术己经成熟，在市场上得到良好反映，从节能运行到系统稳定可靠得到社会认可。该系统伴随着控制器和变频器的发展技术也不断更新和发展。就控制器来说，其发展经历了从继电器逻辑，到单片机、PLC，再到专用控制器等几步。从变频器调速来说，其发展经历了多段速度控制、模拟量给定控制到专用控制器。每一步发展都意味着更新更好的器件代替传统方式。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
37、，即用水多时供水也多，月水少时供水也少，从而可提高了供水的质量。为了提高供水质量，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，起动平就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。 还可以消除起动称停机时的水锤效应。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，将使供水系统实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率运行的目的。 综上所述，变频调速给水在建筑给水中应用越来越广泛，其主要原因是:1.变频调速给水的供水压力可调，可以方便地.满足各种供水压力的需要。2.目前，变频器技术己
38、经成熟，在市场上有很多国内外品牌的变频器，这为变频调速提供了充分的技术和物质基础。3.变频调速恒压供水具有优良的节能效果。1.2 研究环境本文的研究环境是Windows2000操作系统，PC机的硬件配置如下:硬盘:40G内存:128MCPU: PIIII.OG网卡:3COM Fast EtherLink XL 10/100Mb TX Ethernet NIC1.3 本文的组织结构本文组织如下: 按照论文的选题背景、目的和意义 以引言开始，介绍了基于AT89C51的变频恒压供水控制器的总体设计方案。包括硬件系统的设计、软件系统的设计以及系统的抗干扰设计。其中，软件系统设计主要是根据各模块的程序流
39、程图，应用单片机编程语一言C51来完成的。 自整定PID在变频恒压供水控制器中的应用及组太王仿真。主要是将PC机与变频器相结合，来实现PID参数的自整定。 然后是变频恒压供水控制器与 PC位机的通讯界面的设计。主要是应用目前比较流行的组态软件组态王(Kingview)建立一个功能齐全、可实际使用的上位机监控系统。 最后总结全文并展望今后的研究工作。 我设计的论文就是按以上的顺序进行开展。第 2 章 基于AT89C51的变频恒压给水控制器的设计2.1 系统概述及控制原理给水行业为贯彻城市供水行业2000年技术进步发展规划中提出的“二提高三降低”(即提高供水水质，提高供水安全可靠性，降低能耗、降低
40、漏和降低药耗)的奋斗目标和要求。由此，住宅小区的给水系统己逐渐取消了高位水箱，而采用变频调速供水，克服了传统供水方法的缺点。这种供水方式既满足供水安全，又避免水质的二次污染。对于多层住宅来说，是一种比较完善的供水系统。 目前的自动恒压供水系统应用的电动机调速装置均采用交流变频技术，而系统的控制装置采用以单片机为基础的供水控制器，因单片机系统不仅可实现泵组、阀门的逻辑控制，并可完成系统的数字PID调节功能，可对系统中的各种运行参数、控制点的实时监控，并完成系统运行工况的LED显示、故障报警等功能。给水控制器采用单片机技术，具有锅炉给水、采暖循环、恒压给水等多种可选方式。本设计仅要求具有带缺水保护
41、，两泵循环启、停的恒压给水功能。自动恒压供水系统还具有标准的通讯接口，可与城市供水系统的上位机联网，实现城区供水系统的优化控制，为城市供水系统提供了现代化的调度、管理、监控及经济运行的手段。在自动恒压供水系统中，由于管网是封闭的，泵站供水的流量是由用户用水量决定的，泵站供水的压力以满足管网中压力最不利点的压力损失。根据反馈原理:要想维持一个物理量不变或基本不变，就应该引入这个物理量与恒值比较，形成闭环系统。我们要想保持水压的恒定，因此就必须引入水压反馈值与给定值比较，从而形成闭环系统。但被控制的系统特点是非线性、大惯性的系统，现代控制和PID相结合的方法，在压力波动较大时使用模糊控制，以加快响
42、应速度;在压力范围较小时采用PID来保持静态精度。 控制原理为： 该变频恒压供水控制器以单片机为核心，在水泵的出水管道上安装一个压力传感器，用于检测管道压力，并把出口压力变成05V或420mA的模拟信号，送到单片机系统的A/D转换输入端，在经A/D转换成相应的数字信号，送入单片机进行数据处理。单片机经过运算后与设定的压力进行比较，得出偏差值，再经PID调节得出控制参数，经D/A转换成05V或510V的模拟信号，送入变频器中，以控制其输出频率的大小，以此改变水泵的电机转速，从而达到控制管道压力的目的。当实际管道压力小于给定压力时，变频器输出频率升高，电机转速加快，管道压力升高；反之，频率降低，电
43、机转速减小，管道压力降低。其变换过程可以表示如下：检测压力控制器输出变频器频率电机转速反之相反，最终达到恒压给水。2.1.1 系统的组成系统由变频器、控制器、传感器、水泵电机及相关电气控制设备集成而成，是一种具有变频调速和全自动闭环控制功能的机电一体化智能设备。它可同时对一台或多台三相380/220V, 50/60Hz异步电动机行变频调速和闭环控制，其系统组成示意图如图2-1所示。图2-1自动恒压供水系统结构框图 从上图中我们可以看到，自动恒压供水控制系统的基本控制策略是:采用电动机调速装置与供水控制器构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压勺的闭环控制，
44、在管网流量变化时达到稳定: 供水压力和节约电能的目的。 整个系统的具体工作流程为:系统通过安装在出水总管上的压力传感器，将供水管网的非电量信号(动态压力)转变成电信号，输入至供水控制器的输入模块，信号经单片机运算处理后与设定的信号进行比较运算，得出偏差值，再经过PID处理得出最佳的运行工况参数，并将其转换成模拟信号，由系统的输出模块输出变频器的频率设定值至变频调速器，变频调速器控制水泵的转数来调节管网内的实际压力值趋向于设定压力值，从而实现闭环控制的恒压供水。.对于多台泵调速的方式，控制器控制泵站投运水泵的台数及变量泵的运行工况，并实现对每台水泵根据CPU指令实施软启动、软切换及变频运行。系统
45、通过计算判定目前是否己达到设定压力，决定是否增加(投入)或减少(撤出)水泵。即:当一台水泵工作频率达到最高频率时，若管网水压仍达不到预设水压，则将此台泵切换到工频运行，变频器将自动启动下一台水泵，控制其变频运行。此后，往复工作，直至满足设定压力要求为让:反之，若管网水压大于预设水压，控制器控制变频器频率降低，使变频泵转速降低，当频率低于下限时自动切掉一台工频泵或此变频泵，始终使管网水压保待恒定。进入消防运行时，按下消防按扭，所有水泵逐台切入工频运行保证消防用水压力，用户可在适当地方外加消防按扭，以保证迅速切入工频状态。总之，系统可根据用户用水量的变化，自动确定泵组的水泵的循坏运行，以提高系统的
46、稳定性及供水的质量。 下面我们对系统的各组成部分分别加以介绍: 由水泵管道供水原理可知，调节供水流量原则上有两种方法:一是节流调节，开大供水阀，流量上升，关小供水阀，流量下降。第二种方法是调速调节，水泵转速升高，供水流量增加;转速下降，流量降低，对于用水流量经常变化的场合（例如生活用水），采用调速调节流量，具有优良的节能效果，本文所采用的就是后一种方法，即调速调节方法。 水池:在这我们所要做的工作是对其水位进行监测，当水位过低时，就产生报警信号，再通过继电器把报警信号传给单片机，单片机控制报警灯亮同时一发出报警声，同时停泵保护。 水泵:水泵电机是输出环节，转速由变频器控制，实现变流量恒压控制。在这些水泵中，一般只有一台变频泵。当供水设备供电开始工作时，先起动变频泵，管网水压达到设定值时，变频器的输出频率则稳定在一定的数值上。每台水泵均采用星-星的启动方式，各水泵之间实行变频循环软起动。软起动可减小电动机硬起动(即直接