变频调速恒压供水系统的微机控制

2008年09月19日

摘要：介绍了用 8501 单片机控制的变频调速恒压供水系统，给出了系统的硬件结构及单片机控制程序框图。在系统中，8501CPU 产生三相交流调频控制信号，经驱动后，输送到逆变主桥路，实现恒压调速。
　　关键词：恒压供水系统；变频调速；单片机
　　中图分类号：TP368.1;TU991.62 文献标识码:B 文章编号：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
　　供水系统的动力，通常优先选用结构简单、运行可靠、价格低廉的三相鼠笼式异步电动机。系统中，水的流出量是随用户用水需求变化而变化的，传统的控制方法是调节风门。随着电子技术、交流调速技术的不断完善和计算机技术的迅速发展，变频调速方法在恒压供水控制系统得以应用，这不仅大大提高了系统的自动化程度，而且也有效地解决了这一问题，减少了能源浪费。
　　2 系统设计
　　2．1 原理
　　压力传感器将总水管的水压变换为电信号，经放大器放大、 D/A 转换，输入到单片机，由单片机对 D/A 转换值进行 PID 运算处理，进而控制变频器的输出频率。当水压低于给定压力时，变频器的频率增加；当水压高于给定压力时，变频器的频率减小。这种变化，直至水管压力与给定值相当。
　　2．2 硬件结构
　　如图 1 所示。恒压供水系统的动力通常都使用三相异步电动机，其三相交流电源通过半控全波整流电路整流成直流，再经逆变器逆变获得。电源频率的大小取决于大功率晶体管的导通频率。改变晶体管基极的控制信号，就可以很容易地改变三相电源的频率，实现电动机的变频调速。
　　

　　图 1 变频调速控制系统
　　8501 是高档 8 位单片机，它留有 P0、P1、P2、P3　4个 I/O 接
　　口，内部有256B RAM、4KB ROM和 2 个 16 位定时器 / 计数器与 5 个中断源。系统把Ｐ0.7～Ｐ0.0作为系统运行压力与给定
　　压力信号差输入端，把

作为外部中断源的请求信号，把 P1.3 ～P1.7 作为单片机的输出端。P1.3～P1.5输出信号经驱动器电路放大，用于控制逆变电路中大功率晶体管的通断；P1.6～P1.7输出信号经驱动电路放大，用于控制晶闸管的触发导通。
　　２．３　软件结构
　　为方便调试和编程，系统采用模块化结构设计，其程序
　　包括１个主程序模块、３个中断服务子程序模块和１个 PID
　　调节子程序模块。
　　2.3.1 主程序框图
　　主程序框图，如图 2 所示。
　　

　　2.3.2 程序各模块功能
　　主程序模块
　　主要用于单片机初始化和水管压力信号的采集及处理等。
　　 INT0中断程序模块
　　主要用于启动定时器。当变压器次级交流电压信号 V2由负到正过零时，此信号连至 CPU 的 INT0 端，CPU 响应外部中断，执行 INT0 中断服务程序，启动 T0 计数。
　　 T0中断程序模块
　　用于控制半波整流电路中晶体管的移相角 a 变化，改变电路所加直流电压大小。
　　 T1中断程序模块
　　用于控制逆变电路中大功率晶体管的导通、关断时间，改变电动机交流电源的频率。
　　2.3.3 软件编制过程中的两个关键问题
　　 T0初始值的设置
　　已知电动机额定转速为 nN ，当供水系统在额定流量QN、额定水管压力 Pg 时，则要求供给电动机的直流电压 Ud=为定值。又知 U2=220V，则 a 为定值。按照我国目前使用的单相交流电源频率大小，不难推算，Vg1 离交流电源过零点的时间a/∏×0.01,T0的初值为216 - （a/∏×0.01）(2×10-6) 。当定时器 T0 溢出时，CPU经Ｐ1.7发出控制信号Vg1，使 VT1 导通。 Vg1产生半个周期（即T/2=0.01s)后，产生Ｖg2。为保证这一时间差实现，就需要对T0重新赋初值216-0.01/(2×10-6)。当T0再次溢出时，CPU经P1.6发出控制信号Ｖg2，使 VT2 导通。这样 VT1、VT2 轮换导通，实现半控全波整流。
　　 T1初始值的修改
　　T1 初始值 X1 的设定，决定着变频电源的频率 f ，其关系可表示为（ 216 – X1）×（ 2×10-6）= 1/3f 。而变频电源的频率由水管压力与给定压力的信号差决定。单片机根据 PID 运算结果，确定 X1 =216 –[1+( PID运算结果 - 给定值）· k］/（6×10-6˙f）。这样，反复循环，直至水管压力与给定值相同。
　　3 结论
　　以 8501 CPU 为核心的变频调速恒压供水控制系统，控制灵活，调速方便，且节水节电效果显著。同时，消除了原有系统供水管网经常出现的超压现象，有利于减小管网、阀门等损坏的可能性，延长供水管网的寿命，在生产中有很广泛的推广价值。
　　参考文献
　　［ 1 ］潘新民 .微型计算机控制技术［ M ］.北京：人民邮电出版社，1995.3.
　　［ 2 ］侯朝祯等 .微机与单片机应用基础［ M ］.北京：北京理工大学出版社，1992.8.
　　［ 3 ］周明德.微型计算硬件、软件及其应用［ M ］.北京：清华大学出版社，1993.8.