小區(qū)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、湖南現(xiàn)代物流職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論文題目 小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)專 業(yè)：物流工程自動(dòng)化班 級(jí)： 02自動(dòng)化方向?qū)W生姓名：蔣兆異指導(dǎo)老師： 鐘雙紅2011年11月29日目錄引言隨著近年來(lái)我國(guó)城市建設(shè)的發(fā)展，各生活小區(qū)，高校以及企業(yè)等水用戶對(duì)供水品質(zhì)的要求不斷提高，為滿足用戶的要求，就需要高效、節(jié)能的自動(dòng)調(diào)節(jié)供水系統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)大部分供水泵站采用的是傳統(tǒng)供水工藝，利用恒速水泵，手工操作，人工監(jiān)控、經(jīng)驗(yàn)管理，管網(wǎng)供水量的變化靠大小水泵的搭配開(kāi)停加上調(diào)節(jié)閥來(lái)滿足。這種傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)存在漏失多、耗能高，技術(shù)水平低，綜合效率低的缺點(diǎn)。針對(duì)上述問(wèn)題，本文研制了變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)是以管網(wǎng)水壓為

2、設(shè)定參數(shù)，通過(guò)控制變頻器的輸出頻率從而自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使供水系統(tǒng)自動(dòng)恒穩(wěn)于設(shè)定的壓力值。即用水量增加時(shí)，頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量相應(yīng)增大，當(dāng)用水量超過(guò)一臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過(guò)控制器加泵；用水量減少時(shí)，頻率降低，水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量相應(yīng)減小。也就是根據(jù)用水量的大小，由供水控制器控制水泵數(shù)量以及變頻器對(duì)水泵的調(diào)速，來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水。同時(shí)達(dá)到供水效率的目的“用多少水，供多少水”。采用該供水系統(tǒng)不需建造高位水箱、水塔，水質(zhì)無(wú)二次污染，是一種理想的現(xiàn)代化建筑供水方案。此外，恒壓供水系統(tǒng)對(duì)于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的。例如在某些生產(chǎn)過(guò)程中，若自來(lái)水供水因故壓力不足或短

3、時(shí)斷水，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)使產(chǎn)品報(bào)廢和設(shè)備損壞。又如發(fā)生火災(zāi)時(shí)，若供水壓力不足或無(wú)水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。所以，某些用水區(qū)采用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。概論變頻調(diào)速恒壓供水的目的和意義眾所周知,水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分，在節(jié)水節(jié)能已成為時(shí)代特征的現(xiàn)實(shí)條件下，我們這個(gè)水資源和電能短缺的國(guó)家，長(zhǎng)期以來(lái)在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動(dòng)化程度低。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過(guò)于求的情況，此時(shí)將會(huì)造成能

4、量的浪費(fèi)，同時(shí)有可能使水管爆破和用水設(shè)備的損壞。供水廠希望通過(guò)對(duì)原有系統(tǒng)的技術(shù)改造，提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化水平。并在此基礎(chǔ)之上配備相應(yīng)的系統(tǒng)管理軟件，改變傳統(tǒng)的落后管理方式，使管理工作規(guī)范化，提高水廠的業(yè)務(wù)管理水平。由于水廠原有的供水控制系統(tǒng)是一個(gè)完全依靠值班人員手動(dòng)控制的系統(tǒng)，所以對(duì)該系統(tǒng)技術(shù)改造的要求是在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)進(jìn)行，設(shè)計(jì)一套取水和供水的自動(dòng)控制系統(tǒng)，克服由于采用單純手動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制帶來(lái)的控制不方便、控制系統(tǒng)對(duì)供水管網(wǎng)中壓力和水位變化反應(yīng)遲鈍的問(wèn)題，降低能源消耗和資源浪費(fèi)，提高設(shè)備的可維護(hù)性和運(yùn)行的可靠性，以達(dá)到降低自來(lái)水的生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)管理水平的目的。在相當(dāng)比較大規(guī)模的工業(yè)生

5、產(chǎn)供水系統(tǒng)，變頻調(diào)速恒壓供水有它自身的特點(diǎn)：1.供水量在短時(shí)間內(nèi)（一天時(shí)間內(nèi)）變化大，這種變化在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)甚至是幾倍或上十倍。2.對(duì)供水壓力的要求比較嚴(yán)格，供水的壓力隨供水的流量的變化而變化，甚至少量的水消耗都需要一定的管道壓力。3.一般情況下，供水系統(tǒng)的水流量受到水消耗量的控制，而水流量又是通過(guò)供水水泵的輸出來(lái)提供的。；從上即可結(jié)論：以變頻器為主體構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)不僅能夠最大程度滿足需要，也提高整個(gè)系統(tǒng)的效率，延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命、節(jié)約能源、而且能夠構(gòu)成復(fù)雜的功能強(qiáng)大的供水系統(tǒng)。1變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)恒壓供水是指在供水網(wǎng)中用水量發(fā)生變化時(shí)出口壓力保持不變的供水方式。傳統(tǒng)的恒壓供水方式是采用水塔、高

6、位水箱、氣壓罐等設(shè)施實(shí)現(xiàn)的。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟和廣泛使用，利用變頻器、PID調(diào)節(jié)器、單片機(jī)、PLC等器件的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成及原理一般規(guī)定城市管網(wǎng)的水壓只保證6層以下樓房的用水，其余上部各層均需“提升”水壓才能滿足用水要求。以前大多采用傳統(tǒng)的水塔、高位水箱，或氣壓罐式的增壓設(shè)備，但它們都必須由水泵以高出實(shí)際用水高度的壓力來(lái)“提升”水量，其結(jié)果增大了水泵的軸功率和能量損耗。用變頻調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水，與用其他方式實(shí)現(xiàn)恒壓供水相比較，節(jié)能效果十分明顯，具有一系列優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)電流可以限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動(dòng)時(shí)對(duì)電

7、網(wǎng)的沖擊；由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長(zhǎng)泵和閥門(mén)等的使用壽命；可以消除啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)；在鍋爐和其他燃燒重油的場(chǎng)合，恒壓供油可使油的燃燒更加充分，大大減少了對(duì)環(huán)境的污染。近年來(lái)，隨著城市居民區(qū)的不斷擴(kuò)建與改造，樓房層數(shù)的不斷加高，我國(guó)居民用水難的問(wèn)題越來(lái)越突出，原有的自來(lái)水管網(wǎng)的壓力出現(xiàn)了不足，用水困難給生活帶來(lái)極大不便。為解決上述問(wèn)題，本文研制了交流變頻恒壓供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)控制部分是以AT89C51為核心,并與變頻器、壓力傳感器等器件有機(jī)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成了變頻恒壓供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以管網(wǎng)水壓為設(shè)定參數(shù)，通過(guò)控制變頻器的輸出頻率來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并根據(jù)用水量的大小由單片機(jī)控制水

8、泵數(shù)量及變頻器對(duì)水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，即恒壓供水。恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用變頻器對(duì)水泵電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，組成供水壓力的閉環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入CPU即單片機(jī)芯片進(jìn)行運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，改變水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和控制水泵電動(dòng)機(jī)的投運(yùn)臺(tái)數(shù)，從而使給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值。系統(tǒng)由變頻器、控制器、傳感器、水泵電機(jī)及相關(guān)電氣控制設(shè)備集成而成，是一種具有變頻調(diào)速和全自動(dòng)閉環(huán)控制功能的機(jī)電一體化智能設(shè)備。系統(tǒng)構(gòu)成框圖為1-1。由上圖可以看到變頻恒壓供水控制系統(tǒng)通過(guò)測(cè)到的管網(wǎng)壓力，經(jīng)變

9、頻器的內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器運(yùn)算后，調(diào)節(jié)輸出頻率，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓供水。變頻器的頻率超限信號(hào)（一般可作為管網(wǎng)壓力極限信號(hào)）可適時(shí)通知CPU進(jìn)行變頻泵邏輯切換。為防止水錘現(xiàn)象的產(chǎn)生，泵的起停將聯(lián)動(dòng)其出口閥門(mén)。系統(tǒng)工作原理如下：假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)由三臺(tái)水泵，一臺(tái)變頻器，一臺(tái)控制器和一個(gè)壓用戶壓力傳感器變頻控制柜水池圖1-1變頻恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1-1 frequency constant pressure water system chart力傳感器及若干輔助部件構(gòu)成。各部分功能如下：安裝于供水管道上的壓力傳感器將檢測(cè)的管網(wǎng)壓力轉(zhuǎn)換成15伏的電信號(hào)，輸入至供水控制器的輸入模塊，信號(hào)經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算處理后與設(shè)

10、定的信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，得出偏差值，再經(jīng)過(guò)PID處理得出最佳的運(yùn)行工況參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，由系統(tǒng)的輸出模塊輸出變頻器的頻率設(shè)定值至變頻調(diào)速器，變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)管網(wǎng)的實(shí)際壓力，使之趨向于設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的恒壓供水。對(duì)于多臺(tái)泵調(diào)速的方式，控制器控制泵站投運(yùn)水泵的臺(tái)數(shù)及變泵量的運(yùn)行工況，并實(shí)現(xiàn)對(duì)每臺(tái)水泵根據(jù)CPU指令實(shí)施軟啟動(dòng)、軟切換及變頻運(yùn)行。系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算判定目前是否已經(jīng)達(dá)到設(shè)定壓力，決定是否增加或減少水泵。綜上所述，交流變頻調(diào)速恒壓供水是現(xiàn)代化城市和生活小區(qū)供水的發(fā)展方向。采用單片機(jī)控制的變頻供水系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)容易、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，是較理想的控制器。變頻恒壓供水系統(tǒng)的特點(diǎn)本

11、文研究的變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用生活水等多種場(chǎng)合的供水，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：1) 滯后性供水系統(tǒng)的控制對(duì)象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個(gè)過(guò)程控制量，同其他一些過(guò)程控制量(如：溫度、流量、濃度等)一樣，對(duì)控制作用的響應(yīng)具有滯后性。同時(shí)用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應(yīng)。2) 非線性用戶管網(wǎng)中因?yàn)橛泄茏?、水錘等因素的影響，同時(shí)又由于水泵的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化不成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個(gè)非線性系統(tǒng)。3) 多變性變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)要具有廣泛的通用性，面向各種各樣的供水系統(tǒng)，而不同的供水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、用水量和揚(yáng)程等方面存在著較大的差異，因此其控制對(duì)象的模型具有

12、很強(qiáng)的多變性。4) 時(shí)變性在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制包括定量泵的停止和運(yùn)行)是時(shí)時(shí)發(fā)生的，同時(shí)定量泵的運(yùn)行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確定性地發(fā)生變化，因此可以認(rèn)為，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對(duì)象是時(shí)變的。5) 容錯(cuò)性當(dāng)出現(xiàn)意外的情況(如突然斷電、泵、變頻器或軟啟動(dòng)器故障等)時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動(dòng)器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況自動(dòng)進(jìn)行投切，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。在故障發(fā)生時(shí)，執(zhí)行專門(mén)的故障程序，保證在緊急情況下的仍能進(jìn)行供水。6)可擴(kuò)充性水泵的電氣控制柜，具有遠(yuǎn)程和就地控制的功能和數(shù)據(jù)通訊接口，能與控制信號(hào)或控制軟件相連，能

13、對(duì)供水的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送，以便顯示和監(jiān)控以及報(bào)表打印等。7) 節(jié)能性系統(tǒng)用變頻器進(jìn)行調(diào)速，用調(diào)節(jié)泵和固定泵的組合進(jìn)行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對(duì)每臺(tái)水泵進(jìn)行軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流可從零到電機(jī)額定電流，減少了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊的同時(shí)減少了啟動(dòng)慣性對(duì)設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)1) 工作原理在設(shè)備開(kāi)始運(yùn)行前, 首先應(yīng)建立相關(guān)設(shè)備在工作壓力下的動(dòng)作參數(shù)等。當(dāng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí), 對(duì)供水管網(wǎng)的水壓及水壓率變化的信號(hào),由壓力變送器不斷檢測(cè)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸?shù)阶冾l控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)將電信號(hào)和設(shè)定壓力值進(jìn)行對(duì)比運(yùn)算。 如果實(shí)際壓力比設(shè)定壓力低,然后將控制水泵加速運(yùn)動(dòng)；如果實(shí)際壓力

14、高于設(shè)定壓力，則會(huì)控制水泵減速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，水泵將保持這一運(yùn)動(dòng)的頻率. 當(dāng)一臺(tái)水泵工作頻率達(dá)到最高頻率時(shí)，若管網(wǎng)壓力仍達(dá)不到預(yù)設(shè)水壓，則將次臺(tái)泵切換到工頻運(yùn)行，變頻器將自動(dòng)啟動(dòng)下一臺(tái)水泵，控制其變頻運(yùn)行。此后往復(fù)工作直至滿足設(shè)定壓力要求為止。反之，若管網(wǎng)壓力大于設(shè)定水壓，控制器控制變頻器頻率降低，當(dāng)頻率低于下限時(shí)自動(dòng)切掉一臺(tái)工頻泵或此變頻泵，始終使管網(wǎng)水壓保持恒定。工頻泵以最高頻率運(yùn)行, 輔助泵供水也變?yōu)樽冾l恒壓供水方式, 進(jìn)一步提高了工作效率,達(dá)到了節(jié)能的目的。2) 系統(tǒng)框圖圖1 系統(tǒng)框圖Fig.1 System constitution3) 系統(tǒng)特點(diǎn)高效節(jié)能. 根據(jù)需要設(shè)定的供水

15、壓力來(lái)變頻調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速；根據(jù)管網(wǎng)的供水量, 使水泵運(yùn)行于最高效率模式。與普通的無(wú)塔給水設(shè)備相比,變頻供水節(jié)能效果達(dá)到20%。對(duì)電網(wǎng)沖擊小,保護(hù)功能完善。消除了水泵電機(jī)直接起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊和干擾,設(shè)備控制系統(tǒng)具有減少短路,大壓力、超負(fù)荷運(yùn)行停機(jī), 散熱等的多種保護(hù)功能,大大提高了工作效率, 延長(zhǎng)水泵使用壽命。人機(jī)連接面板操作靈活,設(shè)定參數(shù)方便。但建立靈敏的頻率下限、上升時(shí)間、減速時(shí)間、 水泵行業(yè)的時(shí)間等每一種操作參數(shù)仍有困難?？娠@示系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間, 查找每一種故障原因。固定時(shí)間喚醒功能。因?yàn)橄到y(tǒng)投運(yùn)水泵數(shù)量是根據(jù)管網(wǎng)用水量多少?zèng)Q定的，因此,當(dāng)水量相當(dāng)大的時(shí)候，一些小范圍內(nèi)的變化可能引起一些水泵長(zhǎng)期

16、運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的嚴(yán)重磨損，而其他水泵很長(zhǎng)一段時(shí)間的不使用又造成生銹。解決了這個(gè)問(wèn)題,系統(tǒng)便能更方便使用。 對(duì)于同一電流容量的多臺(tái)水泵,由于泵的平均運(yùn)行時(shí)間是相同的, 必須設(shè)定與工頻泵相同的時(shí)間參數(shù)。設(shè)定后,就有固定時(shí)間進(jìn)行交替運(yùn)行的水泵。變量泵連續(xù)工作時(shí)間一超過(guò)設(shè)定的時(shí)間值, 就會(huì)處于休息的狀態(tài), 則變頻器自動(dòng)切換啟動(dòng)休息時(shí)間最長(zhǎng)的變量泵, 并停止原變量泵,保證每個(gè)水泵運(yùn)行時(shí)間相等, 延長(zhǎng)水泵使用壽命。水泵運(yùn)行的時(shí)間可以自由設(shè)定。一旦變頻器出現(xiàn)故障,可以手動(dòng)改變頻率,以保證供水不間斷。由于掉電引起的停機(jī)在來(lái)電系統(tǒng)也能夠自動(dòng)開(kāi)始運(yùn)行。4) 適用范圍廣泛適用于居民區(qū)、賓館和其他公共建筑的生活用水、鍋爐、

17、泵站等各類(lèi)工礦企業(yè)生產(chǎn)用水、消防用水、,鍋爐恒壓供水、石油管線增壓進(jìn)出水系統(tǒng)、農(nóng)田灌溉等。新概念變頻恒壓供水系統(tǒng)變頻恒壓供水系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用多年. 本文介紹一種新型的自動(dòng)控制并且操作方便經(jīng)濟(jì)的恒壓供水裝置，這種新的裝置能夠利用POD方便的監(jiān)測(cè)和控制水壓。關(guān)鍵詞：恒壓供水,變頻器, POD和PID控制,串行通信 1) 概述變頻恒壓供水裝置已經(jīng)發(fā)展成熟，在市場(chǎng)上也得到很好的反映。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,從節(jié)約能源的角度得到了社會(huì)的認(rèn)同。這一系統(tǒng)是繼控制器與變頻調(diào)速技術(shù)的不斷恢復(fù)和發(fā)展。談到控制器,從繼電器邏輯電路,單片集成電路,可編程控制器,專用控制器經(jīng)歷了幾個(gè)階段。速度調(diào)節(jié)由變頻器說(shuō),其發(fā)展經(jīng)歷了多段速度控制

18、, 模擬量控制分配的專用控制器。每一步發(fā)展都意味著用更好的組成取代傳統(tǒng)方式。隨著富士電機(jī)新一代人機(jī)接觸界面發(fā)展， 變頻恒壓供水裝置出現(xiàn)新的技術(shù)創(chuàng)新的機(jī)會(huì)，即POD，需控制器采用人機(jī)接觸面,通過(guò)RS-485通信口。完成PLC及專用控制器的功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)更可靠,功能更先進(jìn)，外圍元件少,造價(jià)便宜,維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。 2) 系統(tǒng)功能該供水裝置可用于生活,工業(yè)及消防供水。根據(jù)用水?dāng)?shù)量的大小, 通過(guò)安裝在管網(wǎng)中的壓力傳感器和變頻器反饋, 實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)的PID控制,保持管網(wǎng)壓力的恒定?？刂瞥绦蛴蒔OD規(guī)定，這個(gè)供水裝置實(shí)現(xiàn)了以下幾種功能：(1) 運(yùn)行的軟起動(dòng)及固定時(shí)間的停機(jī)功能；(2) 手動(dòng)/自動(dòng)功能；(3

19、) 消防功能,保持最大水壓； (4) 水位聯(lián)網(wǎng)功能,根據(jù)水位開(kāi)關(guān),決定是否開(kāi)啟設(shè)備； (5) 變頻器電機(jī)保護(hù)功能；(6) 分時(shí)功能,夜間用水量少自動(dòng)設(shè)置低壓, 供應(yīng)高峰時(shí)設(shè)置高壓狀態(tài)；(7) 水需求量周期分析等功能, 自動(dòng)描繪管網(wǎng)24小時(shí)內(nèi)壓力變化曲線，方便調(diào)試；(8) 不需要電鈕開(kāi)關(guān),計(jì)量器具, 所有壓力及變頻器參數(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)視和設(shè)定。3) 系統(tǒng)框圖 這一設(shè)備的變頻器, POD和低壓電器,包括壓力表, 電力節(jié)點(diǎn)水位計(jì)等。 系統(tǒng)電氣示意圖如圖2。 其構(gòu)成如下：用富士電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品. (1) 變頻器： FRN15P11S-4C1 ( 15kW風(fēng)機(jī)水泵專用) (2) 低壓電器：富士專用開(kāi)放K1 ：

20、 SA33B/30A30A K2 ： SA63B/60A60A富士接觸器C1-C4的： SC-E1 30A (3) 人機(jī)接觸界面：富士UG221H-LC4 5.7英寸單色藍(lán)屏4) 系統(tǒng)分析本系統(tǒng)充分利用人機(jī)接觸界面POD和變頻器通訊的特點(diǎn), 無(wú)須PLC及專用設(shè)備。(1) 變頻器分析：富士G11/P11系列新增許多功能,實(shí)現(xiàn)完美控制與匹配(2) PID功能：將實(shí)際管網(wǎng)壓力回饋到變頻器模擬量輸入口處，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)恒壓控制; (3) 串行通訊功能：圖2 系統(tǒng)示意圖Fig.2 System constitution帶RS-485通信功能 可以和POD進(jìn)行直接與上位機(jī)溝通(4) 自由設(shè)定功能： 可以由X1-

21、X8 8輸入端輸入和將Y1-Y4 4輸出端設(shè)定為自由定義端,解決了POD沒(méi)有輸出端口的問(wèn)題。 (5) 人機(jī)接觸界面(6) UG220H-LC4功能強(qiáng)大,價(jià)格便宜; 有三個(gè)通訊口和一個(gè)打印機(jī)連接口. 可同時(shí)連接PLC和設(shè)置一個(gè)萬(wàn)年歷; (7) 宣傳介紹可能對(duì)公司的調(diào)查,圖表,標(biāo)志和聯(lián)絡(luò)方法等進(jìn)行了介紹;(8) 電流動(dòng)作圖： 根據(jù)圖表的各種電氣部分制作相應(yīng)的動(dòng)畫(huà)圖,顯示變頻器的起停,接觸器吸合/分離和電動(dòng)機(jī)起停等; (9) 監(jiān)控畫(huà)面：可顯示變頻運(yùn)行頻率,電壓,電流等參數(shù)，顯示管網(wǎng)設(shè)定壓力和實(shí)際壓力; (10) 系統(tǒng)維護(hù)：可以建立相應(yīng)的使用手冊(cè), 以便介紹系統(tǒng)各部分的注意事項(xiàng)及維護(hù)。5) 單片機(jī)介紹

22、單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái)，以其極高的性能價(jià)格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣、發(fā)展很快。而51單片機(jī)是各單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種。 本次設(shè)計(jì)以AT89S51芯片為核心，輔以必要的外圍電路，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)易的電子時(shí)鐘，它由5V直流電源供電。在硬件方面，除了CPU外，使用四個(gè)七段LED數(shù)碼管來(lái)進(jìn)行顯示，LED采用的是動(dòng)態(tài)掃描顯示，使用74LS14芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。通過(guò)LED能夠比較準(zhǔn)確顯示時(shí)、分。兩個(gè)簡(jiǎn)單的按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的調(diào)整。軟件方面采用匯編語(yǔ)言編程。整個(gè)電子鐘系統(tǒng)能完成時(shí)間的顯示，調(diào)時(shí)，定時(shí)鬧鐘，復(fù)位等功能。 通過(guò)這次設(shè)計(jì)讓我更深入了解單片機(jī)基本電路、如何控制和定時(shí)器和中斷編程的

23、基本方法，從而鍛煉了我學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)軟、硬件的能力單片機(jī)是把主要計(jì)算機(jī)功能部件都集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。它是一種集計(jì)數(shù)和多中接口于一體的微控制器，被廣泛應(yīng)用在智能產(chǎn)品和工業(yè)自動(dòng)化上，而51單片機(jī)是個(gè)單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種。 本課題選擇89S51為核心控制元件，設(shè)計(jì)了一個(gè)日常生活中用到的電子音樂(lè)門(mén)鈴系統(tǒng)。當(dāng)功能按鍵按下，音樂(lè)響起，發(fā)光二極管隨著音樂(lè)的節(jié)拍進(jìn)行閃爍，LED顯示相應(yīng)的定時(shí)器初值。音樂(lè)演奏過(guò)程中再次按下按鍵無(wú)效，只有當(dāng)音樂(lè)段結(jié)束再次按下才有效。如果是電子音樂(lè)門(mén)鈴在響，按下復(fù)位按鍵就終止，顯示初始狀態(tài)。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，具有一定的實(shí)用價(jià)值。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)以AT

24、89S51芯片為核心控制元件，輔以必要的外圍電路，設(shè)計(jì)了一個(gè)具備復(fù)讀與重放功能的復(fù)讀機(jī)，它由5V直流電源供電。本系統(tǒng)在普通放音器的基礎(chǔ)上加上一個(gè)復(fù)讀鍵來(lái)進(jìn)行控制?？刂乒δ馨ò聪聫?fù)讀鍵控制電路通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換芯片采集語(yǔ)音信號(hào)存入單片機(jī)中，按復(fù)讀鍵進(jìn)行復(fù)讀放音，再按放音鍵開(kāi)始正常放音。AD采樣電路采用ADC0809來(lái)實(shí)現(xiàn)，DA轉(zhuǎn)換電路采用DAC0832來(lái)實(shí)現(xiàn)，并后置功率放大器來(lái)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器工作。本論文主要介紹了復(fù)讀機(jī)的軟、硬件部分的設(shè)計(jì)，以及在設(shè)計(jì)、調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方案。PLC 簡(jiǎn)介可編程控制器是60年代末在美國(guó)首先出現(xiàn)的，當(dāng)時(shí)叫可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic

25、 Controller），目的是用來(lái)取代繼電器。以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。可編程序控制器是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種新型的、通用的自動(dòng)控制裝置。因其具有一系列其他工業(yè)控制系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)電一體化、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造等方面應(yīng)用越來(lái)越廣泛，成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一?？删幊绦虻倪壿嬁刂破鳎≒LC），是由Richard E.Morley 于1968年發(fā)明的，如今已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)、運(yùn)輸、化學(xué)等工業(yè)中。當(dāng)時(shí)的PLC以軟式連線邏輯或所謂的繼電器梯形邏輯（RLL）代替HARDWIRED邏輯，程序的語(yǔ)言看起來(lái)象HARDWIRED邏輯，因此配置

26、時(shí)間從6個(gè)月降到了6天。雖然現(xiàn)在的PC控制已經(jīng)開(kāi)始得到應(yīng)用，但由于PLC的高性能高效率和低價(jià)位以及高可靠性，使它仍然廣泛應(yīng)用于大多數(shù)工業(yè)控制中。而且，根據(jù)在PLC市場(chǎng)或Richard E.Morley的一項(xiàng)研究，一個(gè)每年1500萬(wàn)件PLC硬件營(yíng)業(yè)額超過(guò)80億美圓預(yù)言被證實(shí)，雖然計(jì)算機(jī)硬件的價(jià)格正穩(wěn)定的下降。PLC的發(fā)明者，Richard E.Morley，認(rèn)為PLC市場(chǎng)是一個(gè)40億的行業(yè)。雖然PLC被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，但是基于PLC控制系統(tǒng)的的程序設(shè)計(jì)仍然非常依賴反復(fù)試驗(yàn)。PLC軟件設(shè)計(jì)和軟件工程一樣面臨著軟件危機(jī)。Morley較多的強(qiáng)調(diào)了這個(gè)反面?！叭绻孔酉褴浖?xiàng)目一樣建造，一只啄木

27、鳥(niǎo)就能破壞整個(gè)文明”。尤其，在PLC程序設(shè)計(jì)過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題是消除軟件錯(cuò)誤并且降低舊的梯形邏輯程序的維修費(fèi)。雖然PLC的硬件成本正在連續(xù)下降，降低梯形邏輯的掃描時(shí)間仍然是工業(yè)應(yīng)用中面臨的一個(gè)問(wèn)題，以便低成本的PLC能被使用。通常，在產(chǎn)生PLC過(guò)程中的生產(chǎn)力比其他領(lǐng)域低，例如，VLSI設(shè)計(jì)，有高效率的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具?，F(xiàn)有的軟件工程方法學(xué)對(duì)基于PLC的軟件設(shè)計(jì)不一定適用，因?yàn)镻LC語(yǔ)言需要同時(shí)考慮硬件和軟件。所以現(xiàn)在的軟件工程方法學(xué)對(duì)建立PLC的軟件設(shè)計(jì)不是必然可用的。在許多工業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用中，超過(guò)50%的人力被預(yù)定為測(cè)試和檢查PLC程序錯(cuò)誤。另外，當(dāng)今的基于PLC的控制系統(tǒng)沒(méi)有被正確的用于支持日

28、益增多的對(duì)制造系統(tǒng)的靈活性和重新配置的需求。另外，一個(gè)更進(jìn)一步的問(wèn)題：推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法學(xué)的需要，是大規(guī)模的逐漸增加的軟件復(fù)雜性14。提出PLC概念的是美國(guó)通用汽車(chē)公司。PLC的基本設(shè)計(jì)思想是把計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象，將控制內(nèi)容編成軟件寫(xiě)入控制器的用戶程序存儲(chǔ)器內(nèi),使控制器和被控對(duì)象連接方便。70年代中期以后，PLC已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時(shí)的PLC已不再是僅有邏輯(Logic)判斷功能，還同時(shí)具有

29、數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)頒布的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)可編程控制器作了如下的定義：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的設(shè)計(jì)。 可編程控制器是面向用戶的專用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有許多明顯的特點(diǎn)。 1) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)； 2) 編程直觀、簡(jiǎn)單； 3) 適應(yīng)性好； 4) 功能完善，接口功

30、能強(qiáng)。S7-200PLC是德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的一種小型PLC，其許多功能達(dá)到大、中型PLC的水平，而價(jià)格和小型PLC的一樣，因此，它一經(jīng)推出，即受到了廣泛的關(guān)注。特別是S7-200 CPU22*系列PLC（它是CPU21*系列的替代品），由于它具有許多功能模塊和人機(jī)界面（HMI）可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)更加簡(jiǎn)單，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)。S7系列還有S7-300和S7-400系列，它們分別為中大型PLC，完全可以替代西門(mén)子早期的S5系列PLC，S7系列PLC的編程使用STEP7

31、語(yǔ)言編程?？紤]到西門(mén)子公司的產(chǎn)品在中國(guó)應(yīng)用非常廣泛，其功能比較全面和典型，具有一定的代表性。硬件系統(tǒng)基本組成S7-200PLC硬件系統(tǒng)的配置方式采用整體式加積木式，即主機(jī)中包含一定數(shù)量的輸入/輸出點(diǎn)，同時(shí)還可以擴(kuò)展I/O模塊和各種功能模塊。一個(gè)完整的系統(tǒng)組成：1) 基本單元 基本單元有時(shí)又稱做CPU模塊，也有的稱之為主機(jī)或本機(jī)。它包括CPU、存儲(chǔ)器、基本輸入/輸出點(diǎn)和電源等，它是PLC的主要部分。實(shí)際上它就是一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，可以單獨(dú)完成一定的控制任務(wù)。2) 擴(kuò)展單元 主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時(shí)，用戶可以根據(jù)需要擴(kuò)展各種I/O模塊，所能連接的擴(kuò)展單元的數(shù)量和實(shí)際能使用的I/O點(diǎn)

32、數(shù)是由多種因素共同決定的。3) 特殊功能模塊 當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時(shí)，需要擴(kuò)展功能模塊。它們是完成某種特殊控制任務(wù)的一些裝置。4) 相關(guān)設(shè)備 相關(guān)設(shè)備是為充分和方便地利用系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開(kāi)發(fā)和使用的一些設(shè)備，主要有編程設(shè)備、人機(jī)操作界面和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。5) 工業(yè)軟件 工業(yè)軟件是為更好的管理和使用這些設(shè)備而開(kāi)發(fā)的與之相配套的程序，它主要由標(biāo)準(zhǔn)工具、工程工具、運(yùn)行軟件和人機(jī)接口軟件等幾大類(lèi)構(gòu)成。CPU的主要特點(diǎn)和技術(shù)規(guī)范S7-200PLC的電源電壓有（20.4-28.8）VDC和（85-264）VAC兩種，主機(jī)上還集成了24V直流電源，可以直接用于連接傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的輸出類(lèi)型

33、有晶體管（DC）、繼電器（DC/AC）兩種輸出方式。它可以用普通輸入端子捕捉比CPU掃描周期更快的脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高速計(jì)數(shù)。2路最大可達(dá)20kHz的高頻脈沖輸出，可用以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位的任務(wù)?？梢杂媚K上的電位器來(lái)改變它對(duì)應(yīng)的特殊寄存器中的數(shù)值，可以實(shí)時(shí)的更改程序運(yùn)行中的一些參數(shù)，如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的設(shè)定值、過(guò)程量的控制 參數(shù)等。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可用于對(duì)信息加注時(shí)間標(biāo)記，記錄機(jī)器運(yùn)行時(shí)間或?qū)^(guò)程進(jìn)行時(shí)間控制。存儲(chǔ)系統(tǒng)S7-200系列PLC的存儲(chǔ)系統(tǒng)有RAM和EEPROM兩種 存儲(chǔ)器的構(gòu)成，CPU模塊內(nèi)部配備一定容量的RAM和EEPROM，同時(shí)，CPU模塊支持可選的EEPROM存儲(chǔ)器卡。

34、超級(jí)電容和電池模塊用于長(zhǎng)時(shí)間保存數(shù)據(jù)，用戶數(shù)據(jù)可通過(guò)主機(jī)的超級(jí)電容存儲(chǔ)若干天；電池模塊可選，可使數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)時(shí)間延長(zhǎng)到200天結(jié)束語(yǔ)：變頻供水系統(tǒng)與原來(lái)系統(tǒng)相比上升了一個(gè)層次 ,從功能和成本來(lái)說(shuō),是一種巨大的進(jìn)步，盡快使人機(jī)接觸界面給水設(shè)備變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)性能優(yōu)點(diǎn)1) 高效節(jié)能優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié)能運(yùn)行。由電機(jī)學(xué)公式可知，系統(tǒng)電機(jī)功耗與電機(jī)轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系，在壓力不變時(shí)，水泵出水量與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。系統(tǒng)中采用恒壓工作方式，當(dāng)用水量減少時(shí)，系統(tǒng)保持管網(wǎng)恒壓，通過(guò)降低水泵轉(zhuǎn)速來(lái)減少供水量，耗電量按立方特性降低。根據(jù)實(shí)際用水情況設(shè)定管網(wǎng)壓力，自動(dòng)控制水泵出水量，減少

35、了水的跑、漏現(xiàn)象。2) 設(shè)備投資省、占地面積小變頻恒壓供水與其他供水方式比較，由于主要設(shè)備只是控制柜及水泵，省去了大量的設(shè)備占地面積，從而大幅度節(jié)省了土建投資，而且就設(shè)備本身而言，供水量越大，采用變頻恒壓供水設(shè)備的價(jià)格優(yōu)勢(shì)就越顯著。3) 設(shè)備運(yùn)行合理、可靠性高、配置靈活采用閉環(huán)調(diào)節(jié)控制技術(shù)，達(dá)到了恒壓供水，避免了由于超壓供水造成的電能浪費(fèi)。變頻器采用軟啟動(dòng)工作方式，消除了直接啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊和干擾，徹底避免了水泵啟動(dòng)時(shí)大電流和水壓突增的情況，減少對(duì)供電電網(wǎng)的沖擊，降低了電機(jī)及電氣元件的故障率。由于系統(tǒng)本身檢測(cè)及保護(hù)功能完備，延長(zhǎng)機(jī)泵和閥門(mén)管網(wǎng)的使用壽命。由于是軟起和全停，電機(jī)軸上的平均扭矩和磨

36、損減少，減少了維修量和維修費(fèi)用，并且水泵的壽命大大提高。模擬和數(shù)字信號(hào)全部采用光隔離，全面提高電磁兼容性。13144) 自我保護(hù)功能完善系統(tǒng)性能可靠，而且對(duì)輸入電源欠壓、過(guò)壓、缺相，對(duì)水泵電機(jī)的過(guò)電流、短路均有保護(hù)功能。如某臺(tái)泵出現(xiàn)故障，主動(dòng)向上位機(jī)發(fā)出報(bào)警信息，同時(shí)啟動(dòng)備用泵，以維持供水平衡。萬(wàn)一自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，用戶可以直接操作手動(dòng)系統(tǒng)以保護(hù)供水。5) 操作維護(hù)簡(jiǎn)便按鍵操作，數(shù)字顯示，非專業(yè)人員也可以方便的操作本系統(tǒng)，專業(yè)人員可以根據(jù)本說(shuō)明方便的對(duì)設(shè)備進(jìn)行性能測(cè)試和簡(jiǎn)單維護(hù)。6) 減少污染由于變頻恒壓調(diào)速直接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染，防止了很多傳染疾病的傳染源頭。恒壓供水設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)合1) 居民樓、住宅樓、村鎮(zhèn)的集中生活供水系統(tǒng)2) 高層建筑、賓館、飯店等生活供水系統(tǒng)3) 綜合市場(chǎng)、寫(xiě)字樓、商務(wù)樓宇的生活供水系統(tǒng)4) 自來(lái)水廠、供水加壓泵站5) 工礦企業(yè)的生產(chǎn)、生活用水、恒壓流量供水工藝流程等技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析本設(shè)計(jì)在滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)的前提下，不僅考慮到系統(tǒng)的實(shí)用性，還要努力降低成本，使其經(jīng)濟(jì)使用。實(shí)踐表明，元件的質(zhì)量對(duì)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)的影響很大，應(yīng)選擇正品元器件。使用前還要進(jìn)行必要的篩選，所以本設(shè)計(jì)采用的元件都為正品。本設(shè)計(jì)采用ATMEL公司的AT89C52單片機(jī)控制變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，所用的芯片價(jià)格便宜