關(guān) 鍵 詞：恒壓供水系統(tǒng)；變頻調(diào)速；單片機(jī)
中圖分類號：TP368.1;TU991.62 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號：1001-4551(2000)04-0028-02
Application of Chip Microprocessors on Constant Pressure Water Supply System by Frequency Speed Control
LI Lan-cun
(Handan University, Handan 0560017)
Abstract: This article explains the constant pressure water supply system by frequency speed control using 8501 chip, give the hardware structure and the diagram programming frame using single-chip microcomputer control. In the system, the control signal of frequency regulation made by 8501 CPU is sent to the main bridge circuit by amplifying so as to vary the speed to remain the constant pressure.
Key words: constant pressure water supply system; frequency speed regulation; single-chip computer.
1 前 言
供水系統(tǒng)的動力，通常優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、價格低廉的三相鼠籠式異步電動機(jī)。系統(tǒng)中，水的流出量是隨用戶用水需求變化而變化的，傳統(tǒng)的控制方法是調(diào)節(jié)風(fēng)門。隨著電子技術(shù)、交流調(diào)速技術(shù)的不斷完善和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻調(diào)速方法在恒壓供水控制系統(tǒng)得以應(yīng)用，這不僅大大提高了系統(tǒng)的自動化程度，而且也有效地解決了這一問題，減少了能源浪費(fèi)。
2 系統(tǒng)設(shè)計
2．1 原理
壓力傳感器將總水管的水壓變換為電信號，經(jīng)放大器放大、 D/A 轉(zhuǎn)換，輸入到單片機(jī)，由單片機(jī)對 D/A 轉(zhuǎn)換值進(jìn)行 PID 運(yùn)算處理，進(jìn)而控制變頻器的輸出頻率。當(dāng)水壓低于給定壓力時，變頻器的頻率增加；當(dāng)水壓高于給定壓力時，變頻器的頻率減小。這種變化，直至水管壓力與給定值相當(dāng)。
2．2 硬件結(jié)構(gòu)
如圖 1 所示。恒壓供水系統(tǒng)的動力通常都使用三相異步電動機(jī)，其三相交流電源通過半控全波整流電路整流成直流，再經(jīng)逆變器逆變獲得。電源頻率的大小取決于大功率晶體管的導(dǎo)通頻率。改變晶體管基極的控制信號，就可以很容易地改變?nèi)嚯娫吹念l率，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的變頻調(diào)速。
圖 1 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)
8501 是高檔 8 位單片機(jī)，它留有 P0、P1、P2、P3 4個 I/O 接
口， 內(nèi)部有256B RAM、4KB ROM和 2 個 16 位定時器 / 計數(shù)器與 5 個中斷源。系統(tǒng)把Ｐ0.7～Ｐ0.0作為系統(tǒng)運(yùn)行壓力與給定
壓力信號差輸入端，把 
作為外部中斷源的請求信號，把 P1.3 ～P1.7 作為單片機(jī)的輸出端。P1.3～P1.5輸出信號經(jīng)驅(qū)動器電路放大，用于控制逆變電路中大功率晶體管的通斷；P1.6～P1.7輸出信號經(jīng)驅(qū)動電路放大，用于控制晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通。
?。玻场?軟件結(jié)構(gòu)
為方便調(diào)試和編程，系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，其程序
包括１個主程序模塊、３個中斷服務(wù)子程序模塊和 １ 個 PID
調(diào)節(jié)子程序模塊。
2.3.1 主程序框圖
主程序框圖，如圖 2 所示。
2.3.2 程序各模塊功能
主程序模塊
主要用于單片機(jī)初始化和水管壓力信號的采集及處理等。
INT0中斷程序模塊
主要用于啟動定時器。當(dāng)變壓器次級交流電壓信號 V2由負(fù)到正過零時，此信號連至 CPU 的 INT0 端，CPU 響應(yīng)外部中斷，執(zhí)行 INT0 中斷服務(wù)程序，啟動 T0 計數(shù)。
T0中斷程序模塊
用于控制半波整流電路中晶體管的移相角 a 變化，改變電路所加直流電壓大小。
T1中斷程序模塊
用于控制逆變電路中大功率晶體管的導(dǎo)通、關(guān)斷時間，改變電動機(jī)交流電源的頻率。
2.3.3 軟件編制過程中的兩個關(guān)鍵問題
T0初始值的設(shè)置
已知電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速為 nN ，當(dāng)供水系統(tǒng)在額定流量QN、額定水管壓力 Pg 時，則要求供給電動機(jī)的直流電壓 Ud=為定值。又知 U2=220V，則 a 為定值。按照我國目前使用的單相交流電源頻率大小，不難推算，Vg1 離交流電源過零點(diǎn)的時間a/∏×0.01,T0的初值為216 - （a/∏×0.01）(2×10-6) 。當(dāng)定時器 T0 溢出時，CPU經(jīng)Ｐ1.7發(fā)出控制信號Vg1，使 VT1 導(dǎo)通。 Vg1產(chǎn)生半個周期（即T/2=0.01s)后，產(chǎn)生 Ｖg2。為保證這一時間差實(shí)現(xiàn)，就需要對T0重新賦初值216-0.01/(2×10-6)。當(dāng)T0再次溢出時，CPU經(jīng)P1.6發(fā)出控制信號Ｖg2，使 VT2 導(dǎo)通。這樣 VT1、VT2 輪換導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)半控全波整流。
T1初始值的修改
T1 初始值 X1 的設(shè)定，決定著變頻電源的頻率 f ，其關(guān)系可表示為（ 216 – X1）×（ 2×10-6）= 1/3f 。而變頻電源的頻率由水管壓力與給定壓力的信號差決定。單片機(jī)根據(jù) PID 運(yùn)算結(jié)果，確定 X1 =216 –[1+( PID運(yùn)算結(jié)果 - 給定值）· k］/（6×10-6˙f）。這樣，反復(fù)循環(huán)，直至水管壓力與給定值相同。
3 結(jié) 論
以 8501 CPU 為核心的變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)，控制靈活，調(diào)速方便，且節(jié)水節(jié)電效果顯著。同時，消除了原有系統(tǒng)供水管網(wǎng)經(jīng)常出現(xiàn)的超壓現(xiàn)象，有利于減小管網(wǎng)、閥門等損壞的可能性，延長供水管網(wǎng)的壽命，在生產(chǎn)中有很廣泛的推廣價值。
參考文獻(xiàn)
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