基于單片機的恒壓供水控制系統

一、緒論

（一）課題背景及意義。隨著社會經濟的迅速發展，水對人民生活與工業生產的影響日益加強，人們對供水的質量和安全可靠性的要求不斷提高。用戶用水的多少是經常變動的，因此供水不足或供水過剩的情況時有發生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少，則壓力低；用水少而供水多，則壓力大。保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時供水也多，用水少時供水也少，從而提高了供水的質量

二、系統總體說明

（一）系統工作過程。系統由傳感器、控制器、變頻器、水泵機組和相關電氣器件組成，系統結構如圖所示

整個系統的工作過程為：由首端的壓力傳感器將網管水壓P1的非電量信號轉變為電信號并輸入AD轉換裝置與給定量P0做比較，得出偏差量△P，再經過PID處理得出最佳的運行參數，經DA轉換將其轉換為模擬信號并輸入變頻器，調節變頻器的輸出頻率從而控制水泵機組的轉速來控制網管水流量，使水壓趨近于設定值，從而實現閉環恒壓控制。

對于多泵并聯運行的方式，控制器對每臺水泵實現軟啟動、調速和運行方式切換。首先由系統判斷目前是否已達到設定壓力，決定是否增加或減少水泵，即當一臺水泵在最高頻率運行的時候仍不能達到設定水壓，則通過繼電器將工頻泵切入運行，同時控制另一臺變頻泵運行，直至達到設定壓力為止，反之，水壓高于設定值時，控制器控制變頻器降低輸出頻率使電機降低轉速，當其中一臺水泵在最低頻運行仍不能達到設定壓力時，控制器自動切掉工頻運行泵，以維持網管水壓恒定。

綜上所述，本系統可根據用戶用水量的變化自動自動控制泵組水泵的運行方式，以提高系統的穩定性和供水的質量

（二）系統設計方案選擇。由水泵------管道供水原理可知，調節供水流量原則上有兩種方法：一是流量調節，開大供水閥，流量上升；關小供水閥，流量下降。第二種方法是調速調節，水泵轉速升高，供水量增加；轉速下降，供水量降低。

采用閥門控制法設計系統時，供水系統管路情況復雜，管阻特性難以預測，因而需留有很大的裕量，即便在用水高峰期電動機也是處于輕載狀態，所以電動機工作效率和功率因數很低。而對于用水流量經常變化的場合（例如生活用水），采用調速調節供水量，具有優良的節能效果。因此本系統采用調速調節法 。

（三）系統總體說明。本恒壓供水控制器以單片機為核心，在水泵的出水管道上安裝一個壓力傳感器，用于檢測管道壓力，并把出口壓力變成0～5V的模擬信號，送到單片機系統的A/D轉換輸入端，再經A/D轉換變成相應的數字信號，送入單片機進行數據處理。單片機經運算后與設定的壓力進行比較，得出偏差值，再經PID調節得出控制參數，通過D/A轉換變成0～5V的模擬信號，送入變頻器中，以控制變頻器輸出頻率的大小，以此改變水泵的電機轉速，從而達到控制管道壓力的目的。當實際管道壓力小于給定壓力時，變頻器輸出頻率升高，電機轉速加快，管道壓力升高；反之，頻率降低，電機轉速減小，管道壓力降低，以維持管道壓力恒定。系統結構框圖如圖所示

三、軟件部分

主程序部分完成系統所要求的全部功能。本系統運行主程序的設計思想和工作過程是：首先要進行一系列的初始化工作，并設置固定的水壓參考值，并將其存儲在設定的單片機ROM中。并利用單片機的P1.0和P1.1端口輸出高低電平來分別控制繼電器的開合，從而控制整個系統的開停及水泵的啟停。當系統開啟后先將壓力傳感器采集到的實際壓力數據和設定的參考壓力值送到A/D轉換器，A/D轉換器采用中斷方式對采集到的模擬壓力信號進行轉換，將轉換后的數字信號存在設定的ROM中。本系統實現恒壓供水的關鍵是對當前的實際水壓和設置的參考水壓進行比較、分析，并采取相應的措施對水壓進行調整，使之保持在壓力設定值附近，此工作就是由PID控制器來完成的。將A/D轉換后的壓力值進行判斷，判斷實際壓力值是否和設定壓力值相等，若相等則返回繼續采集，若不相等則將比較后的結果送到AT89C51經PID控制器進行運算后送到D/A轉換器將轉換后的模擬信號作為控制信號送到變頻器，控制變頻器的輸出頻率，從而控制水泵電動機的轉速以調節管道壓力保持恒定。主程序流程圖如圖所示

四、設計總結

變頻調速恒壓供水是現代化城市和生活小區供水的發展方向。采用單片機控制的恒壓供水系統具有工作可靠、實現容易、成本低廉等特點，是較理想的控制器。

本課題利用單片機和變頻器實現了基于PID控制的變頻調速恒壓供水系統。本論文的研究主要包括以下內容：首先根據恒壓供水方案的比較分析，確立系統的總體方案；接著分析了系統的控制原理及節能原理，并描述了硬件電路。

本系統具有很強的通用性。系統設計易于移植和修改。因此，利用類似原理，系統可適用于各種水（包括生活用水、消防用水、鍋爐給水等）、氣（包括蒸汽、天然氣等）、油等流體負載供應輸送系統和各種綠色家電的恒量變頻控制系統中，有效達到恒壓、定速、定量的功能。

由于開發時間緊，而課題研究任務量重，難免會有許多不盡人意之處，需要進一步改進和完善的地方還有很多。

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