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1、第12卷第4期广西工学院学报Vol.12No.42001年12月JOURNALOFGUANGXIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYDec.2001文章编号1004-6410(2001)04-0010-03单片机控制变频调速恒压供水系统12刘永信,李春贵(1.内蒙古大学自动化系,内蒙古呼和浩特010021;2.广西工学院计算机系,广西柳州545006)摘要:本文介绍了由单片机控制的变频调速恒压供水系统原理、硬件构成以及应用软件的设计。用模糊控制实现系统的恒压变流量,在投入实际运行后效果良好。文中给出了系统框图和程序流程图。关键词:模糊控制;单片机;变频器;恒压供水中图分类号:TP273
2、文献标识码:A本文介绍的变频调速恒压供水系统可控制多台(2台～4台)同容量水泵机组,其中每台泵均由变频器平滑启动。系统根据管网瞬间压力变化,自动确定泵组的工作台数及状态(工频或变频供电),并由变频器实时调节一台水泵电机的转速,保证实现恒压变流量供水。系统适用于小区或高楼供水,能够极大地改善给水管网的供水环境,并且高效、节能。1系统结构与工作原理系统由MCS-51单片机系统、压力传感器、变频器、继电器控制逻辑、水泵机组、缓冲水箱、水位计及供水管网等组成(见图1)。系统开始工作时,首先投入#1泵,由变频器软启动,若用水量大,转速上升至额定转速而管网水压仍低于设定#值时,则将1泵转投入工频电网运行,
3、同##时使变频器与1泵脱离,转入软启动2#泵;若2泵转速升至额定转速时,管网水#压仍未上升到设定值,则将2泵转投入工图1恒压供水系统总体框图#频电网运行,同时使变频器与2泵脱离,转入启动##3泵;对4泵也是同样处理,直至压力达到设定值。当用户用水量减少时,则管网水压升高,当水压高###于设定值时,控制器将1泵(或2泵、3泵)从工#频电网中退出,由4泵变频调节水压,保持压力恒定。总之,在正常运行时,仅有一台水泵工作于变频状态,其余泵或停机或工作于工频供电状态。2系统硬件结构设计图2系统硬件结构框图系统硬件结构见图2。CPU选用MCS-51单收稿日期:2001-10-18作者简介:刘永信(1955
4、-),男,内蒙呼和浩特市人,北京理工大学博士生,内蒙古大学副教授。第4期刘永信等:单片机控制变频调速恒压供水系统11[1～3]片机8031芯片,8kB程序存储器EPROM2764,8位A/D转换ADC0809,8位D/A转换DAC0832,I/O芯片8155,LED显示驱动芯片组以及拨码水压设定电路。在CPU与外部接口电路之间均加有光隔电路。系统输入信号有高水位S1、低水位S2、压力设定S3和水压S4;输出信号有变频器频率控制S5,泵组启停控制逻辑S6;还有发光二极管H、L和N分别指示水箱的高、低和正常水位,四位七段LED显示用户管道水压。S1、S2是水位计输出的高低电平信号;S4是电远传压力
5、表将水压转为0V～5V模拟电压信号。CPU输出LED七段数码管驱动信号,指示水压;输出发光二极管控制逻辑,指示水箱水位;输出水泵转速控制信号S5经DAC0832、运算放大器转为0V～10V模拟电压信号调节变频器的输出频率;继电器控制逻辑S6控制固态继电器(SSR)的状态,通过SSR的通断实现对水泵电机组继电器的控制,从而完成泵组的启停动作。3系统的控制方案系统控制分为两部分:调速泵转速控制和工作水泵数控制。是根据用户端水压与设定值的偏差以及调速泵是否达到极限转速(最大、最小)对系统[4]实施控制。用模糊结合变频调速技术,实现转速控图3控制方案框图制;用逻辑规则实现工作水泵台数控制(见图3)。表
6、1模糊控制规则3.1模糊控制器的设计EEcNBNMNSZOPSPMPB模糊控制采用双输入单输出结构,输入量是瞬时压NBPBPBPMPMPSPSZO力采样值与设定压力值的偏差E和压力偏差的变化Ec,NMPBPBPMPMPSZONS输出量为调节变频器输出频率的控制量增量C。E、Ec、CNSPBPMPMPSZONSNM相应的模糊子集均为[NB,NM,NS,ZO,PS,PM,ZOPBPMPSZONSNMNBPB],量化范围E、Ec为(-6,+6),C为(-5,+5),PSPMPSZONSNMNBNBE、Ec、C的隶属函数选用不对称三角形,以保证在用水PMPSZONSNMNMNBNB量波动很大时仍能将水
7、压控制在设定值附近。PBZONSNSNMNMNBNB采用模糊控制器语言规则:“IFEANDEcTHENC”。其中E表示压力偏差隶属函数,Ec表示压力偏差变化率隶属函数,C是输出增量。共构造了49条控制语句,详见表1。根据上述规则,可以得到三个变量的模数关系矩阵RR=E×Ec×C(2)由模糊关系矩阵R,已知偏差E和偏差变化率Ec时,可以得到相应的控制量增量C:C=(E×Ec)R(3)由于E、Ec的
