单片机恒压供水系统设计

学建专一班月日2012摘要学建专一班月日2012摘要关键字：恒压变频供水，单片机，恒压供水，自动Aspeople'slivingstandardisrisingtotheapplicationofnewtechnologiesandadvancedequipment,thedesignofwatersupplytonewdevelopmentopportunities,thecurrentAspeople'slivingstandardisrisingtotheapplicationofnewtechnologiesandadvancedequipment,thedesignofwatersupplytonewdevelopmentopportunities,thecurrentplanningofresidentialbuildingstendtobemoreuser-friendlymulti-levelresidentialportfolio,itisnolongerjusttochasefacadeandflatappearanceandreasonable,butthepursuitofsmoothlayoutanddesignandimplementpeople-centeredconceptofspace,especiallyinthetideofmarketeconomy,andstrivetomaximizethelanduseefficiency.Theconstantpressurewatersupplyistheamountofwaterinthewatersupplynetworkchanges,theoutletpressuretomaintainaconstantwatersupply.Thewaterpressurevalueisdeterminedonthebasisofuseroftheinverter,thePIDregulator,sensors,devices,constitutethecontrolsystemadjustneeds,organiccombinationmicrocontrollersandthepumpoutputflow,constantpressurewaterKeywords:constantfrequencyofwatersupply,microcontroller,constantpressurewatersupply,automaticcontrol1论1.1恒压供水1论1.1恒压供水二次污染。1982年以后开始出现气压供水设备，虽比前者有所改进，但仍有很多不的推广应用，上述想法已成为现实。1.2变频恒压供水系统主要特.6.通过通信控制，可以实现五人职守，节约了人力物力。1.3变频6.通过通信控制，可以实现五人职守，节约了人力物力。1.3变频供水系统应用范135kw以下，控制系统简单。由于这一范围电机功率在135kw~320kw之间，电网电压通常为220V或380V。受中小水厂规模和于用水有着季节和时段的明显变化，日常供水运行控制就常采用水泵的运行方式调于用水有着季节和时段的明显变化，日常供水运行控制就常采用水泵的运行方式调第2变调速系统能第2变调速系统能2.1所示，n为水泵特性曲线，A管路特性曲线，H0为管网末端的服务压力，H1Qmax2.1节能分析曲线图这样c点和d点扬程的差值即为全速水泵的能量浪费。Qmax下降HQ1nx。而管路的特性曲线将向上平移到A1，两线交点e即为此时的工况点，这样，在水量减A0A0滑动，管网的服务压力H0恒定不变，其扬程与系统阻力相适应，没有能量的浪费。此方案与泵出口恒压松散水相比，其能耗下降了h1.式中，Q、H、P、n泵电机选定后，ps为定值，也就是说电机转速与电源的频率高低成正比，频率变频调速恒压供水工况与能耗机理hy=y-hy=y-管路沿程摩擦损失系数；j-局部损失系数；L-管路长度（m）；A-1h=LQ2+=s参数都能去顶，S也就确定了。由式（2.4）可知管路水力损失与流量的平方成正2.2.1An1R1的交点。在常规供水系统中，采用阀门控制流量，需要减少流量时关小阀门，管路性能曲线有R1变Q0Q1R1保持不变，水泵的特性n0n1n0n1，运行工Q1.2.4.2BH1BQ1O的面积成正比，运行相同的情况下，采用变频调速控制比恒速泵控制节能效果明显[5]运行在C点泵的轴功率PB运行在C点泵的轴功率PB=PC=jp=j此范围内，电动机的负载率在50%~100%范围内变化，电动机的效率基本上都2.3频调2.3.1目前变频器对电动机的控制方式大体可分为：V/f恒定控制、转差频率控制、1)V/f恒定控制简介。V/f控制是在改变电动机电源频率的同时改变电动机电源1)V/f恒定控制简介。V/f控制是在改变电动机电源频率的同时改变电动机电源下降。因为是控制电压（Voltage）与频率(Frequency)的比，称为V/f恒定控制。保持V/f恒定控制是异步电动机变频调速最基本的控制方式，它在控制电动机E1＝4.44Kw1Фmf1式中Kwl——f1——有良好的静、动态性能，在电气机车、交流伺服系统中展现良好的应用前景[8]保存开机设定的原始参数[5]3.13.1.1NE555周周脉冲宽度计算公式：TW振荡周期计算公式：T=0.7(R1+3.1.2NE555本系统中，采用MciorMaster430系列变频器，型号为HVAC(风机和水泵节能1.MM430123456789图MM4302.3.41模拟输出2031123456789图MM4302.3.41模拟输出20314567模拟输出89RS- RL3- RL3- RL3- RL2- RL2- RL1- RL1- RL1- 3.4水位传感器3.4水位传感器1.单片机的基本参数例如速度，程序存储器容量，I/O引脚数2RL1-RL2-RL1-RL3-RL1-RL3-RL2-RL3-FlashFlash和OTP（一次性可编程）相比较，最好是FlashIP（双列直插），PLCC（PLCC有对应插座）还是贴片。DIP封装在做功耗，比如设计并口加密狗，信号线取电只能提供几个mA,电压范围内工作。该系统采用PID控制方法，将PID算法编入单片机自动运行。其算法程序流1.数字PIDtk∫e(t)dt≈∑0de(t)≈T式中：T为采样周期，kT]u(k)=KP[e(k) i=0e(i)+TTT]u(k)=KP[e(k) i=0e(i)+TTI式(3-5)的控制算法提供了执行机构的位置u（k），如阀的开度，所以被称为数2.数字PID∆u(k)=u(k)−u(k−=Kp[e(k)−e(k−1)]+KIe(k)+KD[e(k)−2e(k−1)+e(k−=δPTKI=KPT称为积分系I = ∆u(k)=q0e(k)+q1e(k−1)+q2e(k−q=K(1+T q=K(1+ Tq= 2）实际供水系统如图4.1.1电机实际供水系统如图4.1.1电机M1工作工频直接接入电网，M2作变频调速电机。结合图4.1.2，这个恒压供水系统由两个泵，其中一台泵(M1)工作在工频，在系V/FKM1KM3M1KM3M1M1的起动过程，变频器相当于软启动器的作用。电机M1起动结束后，变频器停止输出同时KM1断开，KM3吸合，再经过KM2M1M2直接接到变频器。4.2变频器部分硬件设如图4.2。电机M1的作用如图4.2。电机M1的作用是在供水系统用水量最小的情况时，维持管道水压。4.2.1M1M1频，M1与变频器断开直接接到电网运行之后单片机根据需要控制KM22使之投入行，根据负载的不同，通行，根据负载的不同，通过V/F控制改变M2转速4.3单片机部分硬件设4.3.14.3.1如图4.3.1图中包括了以单片机为核心的五个部分。其总体硬件图见附录1图4.3.2如图4.3.2，系统供电将220V的市电转换成5V直流电。系统首先通过变压器将图4.3.3如图4.3.3，该电路为单图4.3.3如图4.3.3，该电路为单片机提供稳定的12MHz的外部时钟频率。其中以一12MHz的晶震为核心图4.3.4单片机控制的继电器电路图4.3.5图4.3.55）A/D转换采样电图4.3.6A/D图4.3.6A/D4.3.24.3.74.3.8X25045芯片4.3.8X25045芯片包含一个看门狗定时器，可通过软件预置系统的监控时间。时章主程序流开YN有参数修改5.2继电器动作控制流控制信号输章主程序流开YN有参数修改5.2继电器动作控制流控制信号输PID延并显示采样植A/D可变参数设固定参数设系统初始开Y读取标志位，判断是否停止状态NKM22_0标志位置e(k)<设输出e(k)与u开Y读取标志位，判断是否停止状态NKM22_0标志位置e(k)<设输出e(k)与u（k超过预设其它情标Y位是否置5.2KM22标志位置KM22_0标志位置N变频器停止延开读取标KM22开读取标KM22Y；KM22=1，从停止到运行u(k-1)=e(k-1)=e(k-3.4节中式（3-7）PID增量算法计算采样时刻到NY5.3PID该系统的调节采用PID控制算法。在工业中，由于对象的精确数学型难以确定存储e(k-1)→e(k-2)；e(k)→e(k-1)；u(k)→u(k-输出u(k)=△u(k)+u(k-KM22，KM220M2是否是从停机状态到运行状数，应该要归零处理。其具体程序参见附录2。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杜消府．小气压罐与变频调速结合的节能供水系统[J]，中国给水排水，200507杜消府．小气压罐与变频调速结合的节能供水系统[J]，中国给水排水，200507韩安荣．通用变频器及其应用[M]宋舒,王秋才．高层建筑恒压供水控制系统[J]，现代电子技术，199908期水,201003陈伯时．电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社李华.变频调速应用手册[M]以单片以单片机为主的主要2主要程1）A/D2主要程1）A/D#include<at89x51.h>#defineuintunsignedintsbitst=P3^2;sbitoe=P3^1;uintad_0809,ad_data1,ad_data2,ad_data3,ad_data0;ucharucharx[8];//八通道数据待存数组voiddelaynms(uintx);//nms延时程序voiddisplay();//显示程序voidkey();//键扫描程序{{ad0809();//AD0809//nmsvoiddelaynms(uint{uchari;{void{uchar{{P2=0x0d;//选通第三个数码管void{uchari,m=1;{P0=td[i];//选通通2void{if(!P3_5)//P3.5是否按{delaynms(20);//延时判{while(!P3_5);//等待P3。5为高电平2）PID控制子程序#include<stdio.h>struct_pidintpv;2）PID控制子程序#include<stdio.h>struct_pidintpv;/*integerthatcontainstheprocessvalue*/intsp;/*integerthatcontainsthesetpoint*/floatintegral;floatpgain;floatigain;floatdgain;intstruct_pidintprocess_point,floatp_gain,i_gain,d_gain,DESCRIPTIONThisfunctioninitializesthepointersinthe_pidstructuretotheprocessvariableandthesetpoint.*pvand*spareintegervoidpid_init(struct_pid*warm,intprocess_point,int{pid=warm;pid->sp=set_point;}DESCRIPTIONSetstheproportionalgain(p_gain),integralgain(i_gain),derivitivegain(d_gain),andthedeadband(dead_band)ofapidcontrolstructurevoidpid_tune(struct_pid*pid,floatp_gain,floati_gain,floatd_gain,int{pid->pgain=p_gain;pid->igain=i_gain;pid->dgain=d_gain;pid->deadband=}DESCRIPTIONSetanewvaluefortheintegralterm}DESCRIPTIONSetanewvaluefortheintegraltermofthepidThisisusefulforsettingtheinitialoutputofthepidcontrolleratstartup.voidpid_setinteg(struct_pid*pid,float{pid->last_error=0;}DESCRIPTIONBumplesstransferalgorithim.Whensuddenlychangingsetpoints,orwhenrestartingthePIDequationafteranextendedpause,thederivativeoftheequationcancauseabumpinthecontrolleroutput.Thisfunctionwillhelpsmoothoutthatbump.Theprocessvaluein*pvshouldbetheupdatedjustbeforethisfunctionisused.voidpid_bumpless(struct_pid{}DESCRIPTIONPerformsPIDcalculationsforthe_pidstructure*a.Thisfunctionusesthepositionalformofthepidequation,andincorporatesanintegralwinduppreventionalgorithim.Rectangularintegrationisused,sothisfunctionmustberepeatedonaconsistenttimebasisforaccuratecontrol.RETURNVALUEThenewoutputvalueforthepidUSAGE#include"control.h"*/floatpid_calc(struct_pid{intfloatpterm,dterm,result,ferror;err=(pid->sp)-(pid->pv);if(abs(err)>pid-{ferror=(float)err;/*dointegertofloatconversiononlypterm=pid->pgain*pterm=pid->pgain*if(pterm>100||pterm<-{pid->integral=}{pid->integral+=pid->igain*ferror;if(pid->integral>100.0){pid->integral=}elseif(pid->integral<0.0)pid->integral=}dterm=((float)(err-pid->last_error))*pid->dgain;result=pterm+pid->integral+dterm;}pid->last_error=err;return(result);}void{intcount=0;pid=//printf("EnterthevaluesofProcesspoint,Setpoint,Pgain,Igain,Dgain//scanf("%d%d%f%f%f",&process_point,&set_point,&p_gain,&i_gain,process_point=set_point=40;p_gain=(float)(5.2);i_gain=(float)(0.77);dead_band=2;integral_valprintf("ThevaluesofProcesspoint,Setp