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变频调速恒压供水系统的微机控制

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2010/5/20 19:03:06   

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
  ApplicationofChipMicroprocessorsonConstantPressureWaterSupplySystembyFrequencySpeedControl
  LILan-cun
  (HandanUniversity,Handan0560017)
  Abstract:Thisarticleexplainstheconstantpressurewatersupplysystembyfrequencyspeedcontrolusing8501chip,givethehardwarestructureandthediagramprogrammingframeusingsingle-chipmicrocomputercontrol.Inthesystem,thecontrolsignaloffrequencyregulationmadeby8501CPUissenttothemainbridgecircuitbyamplifyingsoastovarythespeedtoremaintheconstantpressure.
  Keywords:constantpressurewatersupplysystem;frequencyspeedregulation;single-chipcomputer.
  
  
  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256BRAM、4KBROM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
  2.3.2.1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。
  2.3.2.2INT0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。
  2.3.2.3T0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。
  2.3.2.4T1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
  2.3.3.1T0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=0.9.U2.cosa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。
  2.3.3.2T1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8501CPU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.
  

来源:中国自动化网
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