基于单片机的恒压供水系统设计方案.doc

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1、基于单片机的恒压供水系统设计方案1.1设计背景随着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。由于能源的问题不得不改变以往的供水方案，来改变在供水中的能源浪费问题，在国外已有很多关于很压供水的研究，其中主要由两种，一是基于单片机加通用变频器的恒压供水，一是基于PLC加专用变频器的恒压供水，两种各有自己的特点，第一种价格便宜，通用性强，易于操作，不需专业人员就能操作，而后

2、者价格高，对专业知识要求高，非专业人员不易操作，但是其抗干扰能力强，在市场上也有很大的应用，但是大多数人需要一个即便宜又容易操作的恒压供水系统，本设计就利用单片机和通用变频器来设计此恒压供水系统，并通过对系统的优化来消除此系统的缺点，也就是来提高单片机系统的抗干扰能力，来体现其通用性强，易于操作的优点。1.2设计目标该系统主要以单片机为主控模块，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，使供水系统自动恒稳于设定的压力值，实现恒压供水。即用水量增加时，频率升高，水泵转速加快，供水量相应增大；用水量减少时，频率降低，水泵转速减慢，供水量相应减小。

3、采用该供水系统不需建造高位水箱或水塔，水质无二次污染，是一种理想的现代化建筑供水方案。本次设计的预期目标是：完成系统硬件电路的设计，并绘制出相应的原理电路图；完成所需控制软件的流程设计和编程任务。1.3实施计划3月下旬至4月初，查阅和收集文献资料；4月初至4月中旬，提出设计方案，并对方案进行比较和论证，选出最佳方案；4月中旬至5月初，完成硬件电路设计；5月初月至五月中旬完成相关软件编程；5月中旬至5月底进行系统的模拟测试；6月上旬撰写设计报告，并准备毕业设计答辩。总体方案设计通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了三种技术方案来实现系统功能。下面我将首先对

4、这三种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后阐述我最终选择方案的原因。1.1方案比较1.1.1方案一单片机开关A/D转换恒速泵压机变频泵压机D/A转换压力传感器管网水压图2-1方案一的原理框图方案一系统由泵机和可变频网络组成。如图2-1所示，以80C196为核心构成控制器，将设定值与压力反馈值进行PID运算。系统通过压力传感器将电器部分与泵组联系起来，构成闭环系统。1.1.2方案二方案二系统由变频器、控制器、传感器、主副两个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。它可同时对二台三相380/50H

5、z,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2-2所示。从下图中我们可以看到，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，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。4位LED显示上位机通信四位独立式键盘AT89C51变频器M2（工频）A/D转换D/A输出压力传感器M1（变频）图2-2方案二的原理框图调节水压专用变频器水泵电机管道压力传感器压力给定1.1.1方案三图2-3方案三的原理框图系统由专用变频器、压力传感器、水泵等组成。如图2-3。专用

6、变频器就是指有置PID功能的变频器。随着电力电子技术的飞速发展变频器的功能也越来越强。充分利用变频器置的各种功能，对变频调速恒压供水设备进行合理的设计。国外不少生产厂家近年来纷纷推出了一系列新型产品。如ABB公司的ACS600,ACS400系列产品，富士公司的G11S/P11S系列产品。这些产品将PID调节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器，形成了带有各种应用的新型变频器。1.1方案论证方案一的工作流程是80C196为核心构成控制器，将设定值与压力反馈值进行PID运算。系统通过压力传感器将电器部分与泵组联系起来，构成闭环系统。运算结果以0-10v的电压信号输给变频器，

7、实现恒压供水。方案二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，由系统的输出部分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