论文变频控制器设计.docx

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论文变频控制器设计

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。

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

Abstract

Inrecentyears,withthecontinuouslybuildingandrebuildingofresidentialareastheproblemofourinhabitant'susingwaterismoreandmoreserious,theoldtapwater'spressureappearsdeficient,thedifficultyofusingwaterbringthebiginconveniencetotheinhabitant'sdailylife.Inordertosolvetheaboveproblem,thispaperintroducesanewstyleofVVVFconstant-pressurewater-supplycontroller.Itcanbeusedinwatersupplyfordailylifeanduseincaseoffireandothercase.Thefrequency-conversionpumpsusecyclingsoft-startingandtimingcutting.Thesoftwareadoptsthedynamicdigitalfilterskills.Ithascompleteprotectivefunctions.

Inthelightofthattheexcisemathematicalmodelofwatersupplysystemisdifficulttofindandnomoreforthecontrolprecision,thispaperputforwardsathdesignforwaterrequestsupplyunderconstantpressure.AndalsosimulatesystemwithMatlab,thesimulationresultshowsthatthiscompoundcontrolsystemmoresignificantrobustness.Moreover,theconfigurationmonitorsoftware--kingviewisalsointroduced.Thedataacquisitionandcontrolschemeareanalyzed.

Sumuptheabove,theVVVFconstant-pressurewatersupplycontrolleristhedevelopmentdirectionofmodernizationcityandcommunity'swatersupply,andithasthecharacteristicssuchasstableworking,easilyrealizingandlowpriceetc.Soitismoreperfectcontroller.

KeywordsWatersupplysystemunderconstantpressure;Kingview

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。

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，对于变频泵固定运行方式，可以设计成变频泵定时轮换