基于单片机的恒压供水控制系统

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一、绪论

（一）课题背景及意义.随着社会经济的迅速发展,水对人民生活与工业生产的影响日益加强,人们对供水的质量和安全可靠性的要求不断提高.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

二、系统总体说明

(一)系统工作过程.系统由传感器、控制器、变频器、水泵机组和相关电气器件组成,系统结构如图所示

整个系统的工作过程为：由首端的压力传感器将网管水压P1的非电量信号转变为电信号并输入AD转换装置与给定量P0做比较,得出偏差量△P,再经过PID处理得出最佳的运行参数,经DA转换将其转换为模拟信号并输入变频器,调节变频器的输出频率从而控制水泵机组的转速来控制网管水流量,使水压趋近于设定值,从而实现闭环恒压控制.

对于多泵并联运行的方式,控制器对每台水泵实现软启动、调速和运行方式切换.首先由系统判断目前是否已达到设定压力,决定是否增加或减少水泵,即当一台水泵在最高频率运行的时候仍不能达到设定水压,则通过继电器将工频泵切入运行,同时控制另一台变频泵运行,直至达到设定压力为止,反之,水压高于设定值时,控制器控制变频器降低输出频率使电机降低转速,当其中一台水泵在最低频运行仍不能达到设定压力时,控制器自动切掉工频运行泵,以维持网管水压恒定.

综上所述,本系统可根据用户用水量的变化自动自动控制泵组水泵的运行方式,以提高系统的稳定性和供水的质量

（二）系统设计方案选择.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：一是流量调节,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,供水量增加；转速下降,供水量降低.

采用阀门控制法设计系统时,供水系统管路情况复杂,管阻特性难以预测,因而需留有很大的裕量,即便在用水高峰期电动机也是处于轻载状态,所以电动机工作效率和功率因数很低.而对于用水流量经常变化的场合（例如生活用水）,采用调速调节供水量,具有优良的节能效果.因此本系统采用调速调节法.

（三）系统总体说明.本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0～5V的模拟信号,送到单片机系统的A/D转换输入端,再经A/D转换变成相应的数字信号,送入单片机进行数据处理.单片机经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,通过D/A转换变成0～5V的模拟信号,送入变频器中,以控制变频器输出频率的大小,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,电机转速减小,管道压力降低,以维持管道压力恒定.系统结构框图如图所示

三、软件部分

主程序部分完成系统所要求的全部功能.本系统运行主程序的设计思想和工作过程是：首先要进行一系列的初始化工作,并设置固定的水压参考值,并将其存储在设定的单片机ROM中.并利用单片机的P1.0和P1.1端口输出高低电平来分别控制继电器的开合,从而控制整个系统的开停及水泵的启停.当系统开启后先将压力传感器采集到的实际压力数据和设定的参考压力值送到A/D转换器,A/D转换器采用中断方式对采集到的模拟压力信号进行转换,将转换后的数字信号存在设定的ROM中.本系统实现恒压供水的关键是对当前的实际水压和设置的参考水压进行比较、分析,并采取相应的措施对水压进行调整,使之保持在压力设定值附近,此工作就是由PID控制器来完成的.将A/D转换后的压力值进行判断,判断实际压力值是否和设定压力值相等,若相等则返回继续采集,若不相等则将比较后的结果送到AT89C51经PID控制器进行运算后送到D/A转换器将转换后的模拟信号作为控制信号送到变频器,控制变频器的输出频率,从而控制水泵电动机的转速以调节管道压力保持恒定.主程序流程图如图所示

四、设计总结

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.采用单片机控制的恒压供水系统具有工作可靠、实现容易、成本低廉等特点,是较理想的控制器.

本课题利用单片机和变频器实现了基于PID控制的变频调速恒压供水系统.本论文的研究主要包括以下内容：首先根据恒压供水方案的比较分析,确立系统的总体方案；接着分析了系统的控制原理及节能原理,并描述了硬件电路.

本系统具有很强的通用性.系统设计易于移植和修改.因此,利用类似原理,系统可适用于各种水（包括生活用水、消防用水、锅炉给水等）、气（包括蒸汽、天然气等）、油等流体负载供应输送系统和各种绿色家电的恒量变频控制系统中,有效达到恒压、定速、定量的功能.

由于开发时间紧,而课题研究任务量重,难免会有许多不尽人意之处,需要进一步改进和完善的地方还有很多.