基于STC12C5A60S2的變頻恒壓供水系統(tǒng)

　　摘 要：在對(duì)變頻恒壓供水系統(tǒng)進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，介紹了一種基于 STC12C5A60S2 單片機(jī)的變頻恒壓供水系統(tǒng)。為了使供水更加經(jīng)濟(jì)節(jié)能，采用單片機(jī)和變頻器相結(jié)合來(lái)控制泵組的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了供水出口水壓跟隨設(shè)定的水壓變化并且與設(shè)定水壓保持相同。該系統(tǒng)效率高、可靠、穩(wěn)定并且節(jié)能，可廣泛應(yīng)用于建筑供水系統(tǒng)中。

　　0 引言

　　隨著社會(huì)的發(fā)展，以及自動(dòng)控制水平的不斷提高，供水的方式越來(lái)越多，常見(jiàn)的有水塔高位水箱供水、恒速泵加壓供水、氣壓罐供水和變頻恒壓調(diào)速供水等幾種供水方式。其中變頻恒壓調(diào)速供水方式在節(jié)能、可靠性和穩(wěn)定性都已經(jīng)得到了社會(huì)的認(rèn)可，廣泛應(yīng)用于建筑供水系統(tǒng)中，其中有基于PLC變頻恒壓調(diào)速供水、基于智能控制器恒壓調(diào)速供水和基于單片機(jī)變頻恒壓調(diào)速供水等方式，但是。目前的變頻恒壓供水方式還沒(méi)有達(dá)到節(jié)能的最優(yōu)化。本文介紹了一種新的變頻恒壓供水方法，與當(dāng)前的變頻恒壓供水方法相比，該方法調(diào)試簡(jiǎn)單、更智能、更節(jié)能并且能夠延長(zhǎng)泵組設(shè)備的使用壽命。

　　1 變頻調(diào)速的原理與節(jié)能分析

　　1. 1 變頻調(diào)速原理

　　根據(jù)電機(jī)學(xué)可知電機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算公式如式（1）所示

　　對(duì)于已經(jīng)選定的電機(jī)，其s和p為定值。由式（1）可看出，當(dāng)頻率增大時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加; 當(dāng)頻率降低時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也減小，因此若想改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速 需要改變交流電的頻率。

　　1. 2 變頻調(diào)速的節(jié)能分析

　　對(duì)于水泵，其揚(yáng)程（ H）、流量（ Q）、電機(jī)轉(zhuǎn)速（ N）和軸功率（ P）之間存在如下關(guān)系

　　式中的 K1、K2、K3、K 為常數(shù)。由式（ 2） ～ 式（ 4）可以看出，流量、揚(yáng)程和軸功率分別與電機(jī)轉(zhuǎn)速的一次方、二次方和三次方成正比。因此，調(diào)節(jié)水泵的速度，不僅可以調(diào)節(jié)流量，還能夠起到節(jié)能的效果 。

　　2 系統(tǒng)強(qiáng)電回路的設(shè)計(jì)

　　2. 1 系統(tǒng)一次回路

　　系統(tǒng)的一次回路如圖1所示。由外部引入的三相電 L1、L2 和 L3 首先經(jīng)過(guò)斷路器Q，從斷路器Q 出來(lái)后分成三路三相電，每一路依次接斷路器Q1、Q2 和 Q3。第一路接完斷路器Q1后連接到變頻器的三相電輸入端，經(jīng)過(guò)變頻器變頻后再引出兩路，分別與線圈3和線圈4相連，最后與泵組電機(jī)相連。接斷路器Q2和Q3的兩路直接與線圈1和線圈2相連，線圈1和線圈2的引出線再分別與熱斷電器 1 和 2 相連，最終連接到泵組電機(jī)。

　　2. 2 系統(tǒng)二次回路

　　系統(tǒng)的二次回路如圖2所示。利用繼電器對(duì)控制泵組電機(jī)的線圈進(jìn)行控制，繼電器 1、2、3、4分別控制線圈 1、2、3 和 4。繼電器的控制又由單片機(jī)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對(duì)泵組電機(jī)的智能控制。

　　3 系統(tǒng)自動(dòng)控制的硬件原理

　　3. 1 系統(tǒng)的自動(dòng)控制原理及過(guò)程

　　系統(tǒng)的自動(dòng)控制原理圖如圖 3 所示。系統(tǒng)以宏晶科技生產(chǎn)的 STC12C5A60S2 單片機(jī)為控制核心，壓力傳感器將供水出口處的壓力（ 0 ～ 5 V 模擬信號(hào)） 送入單片機(jī)的 P1. 0 引腳，單片機(jī)利用其P1. 0 口自帶的 A /D 轉(zhuǎn)換將壓力模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再與設(shè)定壓力比較和處理，得到一個(gè)對(duì)變頻器進(jìn)行控制的數(shù)字量，將該數(shù)字量通過(guò) D /A轉(zhuǎn)換送給變頻器，控制其輸出頻率的變化，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化。

　　具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下： 當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)到的供水出口水壓值小于設(shè)定的水壓值時(shí)，單片機(jī)經(jīng)過(guò)運(yùn)算和處理，輸出一個(gè) 數(shù)字電流量送給DAC0832，經(jīng)過(guò) DAC0832 將數(shù)字電流量轉(zhuǎn)換成模擬電流量，此模擬電流量控制變頻器，變頻器改變加在泵組電機(jī)的電源頻率使泵組電機(jī)加速，從而使供水出口壓力增大; 反之，當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)到的供水出口水壓值大于設(shè)定的水壓值時(shí)，控制泵組電機(jī)降速，使供水出口壓力減小; 經(jīng)過(guò)多次這樣的調(diào)整，直至供水出口水壓值與設(shè)定的水壓值相等。

　　單片機(jī)的控制信號(hào)先經(jīng)過(guò)光電耦合器，再送到控制泵組的繼電器，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)泵組的智能控制。光電耦合器的作用是對(duì)自動(dòng)控制電路與控制線圈的強(qiáng)電電路在電氣進(jìn)行隔離，抗干擾性較強(qiáng)，系統(tǒng)中共用到四個(gè)光電耦合器，正極分別與單片機(jī)的 P3. 2、P3. 3、P3. 4 和 P3. 5 相連，負(fù)極均與地相連，當(dāng)單片機(jī)的引腳為高電平時(shí)，光電耦合器導(dǎo)通，電壓 Uc 加到繼電器兩端，使繼電器動(dòng)作，從而使線圈得電; 使線圈失電只需將單片機(jī)的引腳置為低電平，光電耦合器驅(qū)動(dòng)繼電器原理圖如圖 4 所示。鍵盤用于對(duì)壓力值的設(shè)定和泵組的切換，LCD1602 液晶實(shí)時(shí)顯示設(shè)定的壓力值。