1、长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） I 摘 要 随着社会主义市场经济的发展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高；再加上目前能源紧缺，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然的趋势 本论文分析变频恒压供水的原理及系统的组成结构，提出不同的控制方案，通过研究和比较，本论文采用变频器和 PLC 实现恒压供水和数据传输，然后用数字PID 对系统中的恒压控制进行设计。最后对系统的软硬件设计进行了详细的介绍。本论文设计与实现通过 MCGS 进行数据传输的远程网络巡回监控系统。具体讲述了系 统的总体设计与软件的实现，并对系统采取的可
2、靠性措施进行了说明。 本论文的变频恒压供水系统已在国内许多实际的供水控制系统中得到应用，并取得稳定可靠的运行效果和良好的节能效果。经实践证明该系统具有高度的可靠性和实时性，极大地提高了供水的质量，并且节省了人力，具有明显的经济效益和社会效益。 关键字： 单片机 变频恒压供水 自动控制 长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） II Abstract And reasonable development, economical utilization and the effective protection of water resources is an arduous task. Accor
3、ding to the school time focusing on water, water consumption the characteristic of the large change, analyzes out of school water supply system in high energy consumption, low reliability, network management system to be perfect, the water resources waste serious problem. This paper puts forward the
4、 tap water constant pressure water supply system and water pump combination way, match with single-chip microcomputer, frequency converter, compensator, pressure sensor, and so on the different sensor, according to the pipeline pressure, with the frequency converter control pump speed, make the pipe
5、 network pressure is always keep in appropriate range, so as to solve the floor is too high pressure shortage and small flow of the problem of the great energy consumption. Because the pump power and power consumption of the motor speed is directly proportional to the three times, so the pump runnin
6、g speed can achieve very good energy saving effect, the average power consumption than usually water supply system can save nearly forty percent. Combining use of programmable controller, which can realize primary pump variable frequency, negative pump soft start, has the short circuit protection, o
7、ver current protection function, work reliable and stable, so that the service life of pump greatly extended. Keywords: Single frequency constant pressure water supply automatic control 长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） III 目 录 第 1章 绪 论 . - 1 - 1.1 关于研究课题的目的与意义 . - 1 - 1.2 变频恒压供水系统的特点 . - 1 - 1.3 变频恒压供水系统技术的实现与发
8、展情况 . - 2 - 1.4 变频恒压供水系统的适用范围 . - 3 - 1.5 本章小结 . - 3 - 第 2章 方案论证 . - 4 - 2.1 方案一 . - 4 - 2.2 方案二 . - 5 - 2.3 方案三 . - 6 - 2.4 方案确定 . - 7 - 2.5 本章小结 . - 7 - 第 3章 恒压变频供水系统的硬件设计 . - 8 - 3.1 硬件总体设计 . - 8 - 3.2 AT89S52的硬件设计 . - 8 - 3.2.1 AT89S52 最小系统硬件设计 . - 8 - 3.2.2 AT24C04 外部存储扩展 . - 10 - 3.3 555定时器复位电
9、路 . - 10 - 长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） III 3.4 A/D与 D/A转换电路 . - 11 - 3.4.1 A/D转换电路 . - 11 - 3.4.2 D/A转换电路 . - 14 - 3.5 光电隔离继电器驱动电路 . - 15 - 3.6 变频器的选择 . - 16 - 3.7 压力传感器的选择 . - 17 - 3.8 显示器与键盘电路设计 . - 18 - 3.8.1 显示器接口电路设计 . - 18 - 3.8.1 键盘电路设计 . - 18 - 3.9 报警及电源电路 . - 19 - 3.10 本章小结 . - 20 - 第 4章 变频恒压供水系统的
10、软件设计 . - 21 - 4.1 单片机变频恒压供水系统主流程图 . - 21 - 4.2 A/D子程序 . - 22 - 4.4 中断服务程序 . - 22 - 4.3 继电器控制子程序 . - 23 - 4.4 本章小结 . - 24 - 总 结 . - 25 - 致 谢 . - 26 - 参考文献 . - 27 - 附录 1：变频恒压供水控制系统原理图 . - 29 - 附录 2：变频恒压供水控制系统程序 . - 30 - 长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） - 1 - 第 1 章 绪 论 1.1 关于研究课题的目的与意义 供水系统是人民生活中的重要一环，随着人民的生活水平提高，
11、人民对供水系统的要求也日益提高。 传统 的 供水 系统由于 占地面积大，水质易污染，基建投资多，水压不能保持恒定， 已经不满足人民对供水系统的节能，高效率，可靠稳定的要求。 近年来，随着变频调速技术的日益成熟，它以其独特优良的控制性能被广泛应用于速度控制领域，其显著的节能效果和可靠稳定的控制方式，在 供水系统 中得到广泛的应用 。本课题基于单片机为核心，通过编程以管网压力为设定参数，以变频器控制水泵的转速，实现管网水压的 PID闭环调节，让供水系统的水压稳定在设定值。这与 传统的水塔、高位水箱等供水方式 相比 ，不论 在 经济性、还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有优势 。 1.2
12、 变频恒压供水系统的特点 变频频恒压供水系统 在 水量增加时， 变频器 频率升高，水泵转速加快，供水量 相应 增大；用水量减少时， 变频器 频率降低，水泵转速减慢，供水量亦相应减小，保证了供水效率用户对水压和水量的要求，同时达到了提高供水品质和供水效率的目的；采用该设备不需建造高位水箱，水塔，水质无二次污染，是一种理想的现代化建筑供水设备 。 变频恒压供水系统的主要特点： 长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） - 2 - 1.均配有 稳压泵 或 稳压罐 稳压，在用水量小到一定值时，主泵可停止运转，减少水泵电机的机械磨损并且节约电能。 与传统供水方式相比变频恒压供水能节能 30%-60%。
13、2.结构紧凑，占地面积小，安装 快， 投资省 ，运行稳定 ， 无污染 ， 效率高。 3.配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。 4.运行合理，由于一天内的平均转速下降，轴上的平均扭矩和磨损减少，水泵的寿命将大为提高。 5.由于能对 水泵 实现软停和软起 ， 消除了启动电流对电网的冲击 。 6.采用 单片机， 程序灵活多变，精度高，可靠性强，反映速度块 ， 操作简便，省时省力。 1.3 变频恒压供水系统技术的实现与发展情况 近年，变频器在现代工业生产实践中，起着极其重要的作用。变频器具有调速范围宽，调速精度高，动态响应快，运行效率搞，应用操作方便、节能效果显著等 优点。 在当今改造工业、改
14、善工艺流程、提高自动化水平和产品质量、实现绿色工业进程中，变频器已经成为主要的技术手段。而随着电子技术的发展，变频器的性能有极大的提高，它可以实现设备的软启停控制，这可以缩减设备的电耗和降低设备的故障率，确保系统的可靠稳定运行。 在供水系统的管网上安装压力传感器，把水压高低转换为电流大小的模拟信号，通过变频器，改变水泵电动机的转速。当用水量增大，管网的压力就会小于设定的压力值，变频器的输出频率增大，水泵电动机的转速加快，加大供水量，让管网压力回到设定压力值。 变频调速恒压供水控制系 统的应用，为人民的生活带来极大长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） - 3 - 方便，也为企业带来巨大经济效
15、益。并同时得到了科技工作者、企业家与广大民众的认可。将来的趋势必定是全面取代传统供水方式，成为供水系统的主流。目前，在我国内有不少的公司在做变频恒压供水的工程，其中大多采用的是国外品牌的变频器，如ABB公司的 ACS500 变频器，日本三菱电机株式会社的 A140E系列变频器等，他们有的采用可编程控制器和相应的软件实现，有的采用单片机和相应的软件实现，但是其系统的性能和稳定可靠性还不能达到用户的要求。 1.4 变频恒压供水系统的适用范围 1.高层建筑 ，城乡居民小区，企事业等生活用水 。 2.各类工业需要恒压控制的用水，冷却水循环，热力网水循环，锅炉补水等 。 3.中央空调系统 。 4.自来水
16、厂增压系统 。 5.各种流体恒压控制系统 。 6.各种流体恒压控制系统。 1.5 本章小结 本章介绍了恒压供水系统的意义与实践运用的好处。还详细介绍了该系统的各个特点，以及国内的现况和未来的发展趋势。该系统适用于高层建筑，城乡居民小区等。 长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） - 4 - 第 2 章 方案论证 2.1 方案一 采用单片机编程控制的方式。 由于集成电路技术的飞速的发展 。微型计算机也在与时俱进，其中以单片机技术最为突出。单片机主要用于对系统进行控制，以达到各种控制和测试的目的。单片机具有较强的运算能力，软件编程简单灵活、可用实现各种逻辑控制和算法，其价格便宜，性能优良，而 且
17、借助其成型的技术，在资源利用等方面占有很大优势 。 单片机的主要特点： 1.体积小，集成度高，可靠性高 单片机将各功能部件都集于一身，放在一块晶体芯片上，因此集成度非常高，体积自然也是最小的。该芯片设计本身是按照工业测量和控制环境的要求，内部布线也很短，其抗噪声性能比一般常见的 CPU 更好。单片机的指令 程序、常数以及表格等固化在程序存储器中不易被破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。 2.软件和硬件相结合 单片机作为控制器通常使用软件编程的方法控制系统，与其他计算机相比，单片机控制应用中使用了的较多的硬件内容，所以单片机控制应用具有软硬件相结合的特点。 3.控制功能强 长春工业大学
18、人文信息学院毕业设计（论文） - 5 - 为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件 :分支转移能力， I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。 4.低电压，低功耗，便于生产便携式产品 为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电 压仅为 1.8V 3.6V，而工作电流仅为数百微安。 5.易扩展 片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的数据总线、地址总线、控制总线及并行、串行输入 /输出管脚，很容易构成各种规模的计 算机应用系统。 6.应用现场环境恶劣 单片机应用的环境比较恶劣，电源波动，电磁干扰，冲击振动，高温，低温等因素都会影响系
19、统工作的稳定性。因此稳定性和可靠性在单片机的应用中占有非常重要的地位。 7.广泛的应用性 在人们的生活和工业生产中，许多有自动控制要求的地方都会有单片机的身影出现。其应用领域包括工业 自动化方面，仪器仪表方面，家用电器方面，信息和通信产品方面以及军事装备方面。 8.优异的性能价格比 单片机的性能很高，因此单片机被广泛的使用，其销量极大，各大公司的争相竞争使其价格变得十分低廉，具有优异的性能价格比。 2.2 方案二 采用可编程序控制器 PLC的方式。 可编程序控制器又称 PLC,它是为了在工业中应用而专门设长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文） - 6 - 计的。它采用了可编程序的存储器，如面
20、向用户 的指令存储，逻辑运算，顺序控制，计数和算术运算等， 存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等操作的面向用户的指令，并能通过数字或 模拟输入输出模块，控制各种类型的机器或生产过程。 PLC控制一般具有 性能稳定、抗干扰能力强、 可靠性高 、 易操作 、 便于维护 、 编程简单 、 灵活性强等特点。 PLC的主要特点： 1.可靠性高，抗干扰能力强。高可靠性是电气控制设备的关键性能。 PLC 以现代大规模集成电路技术为基础，采用了严格的生产制造工艺，内部电路设计了先进的抗干扰技术，可靠性非常高。 2.编程灵活。使用 PLC的梯形图、布尔助记符，功能表图等进行编程，使编程非常容易简单
21、，应用面很广。 3.功能完善齐全，适用性强。 PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化 产品，在很多工业场合中均有应用。 但是 PLC 的价格过于昂贵，不宜扩展和升级，无法实现大众化，所以控制系将 向单片机控制系统逐渐过度。 2.3 方案三 基于工控机 IPC的控制方式 工控机即为工业控制计算机，也可以叫做产业电脑或工业电脑，英文简称 IPC。 IPC是专为工业现场设计的计算机。它具有自诊断功能，可以根据需要选择 I/O模 版。目前， IPC 已被广泛应用于工业和每个人生活的方方面面。例如：医疗卫生、控制现场、高速公路、航天、地铁、通讯等。 工控机 的主要特点： 1.内置双风扇机箱，正压流尾气，灰尘过 滤器和网络设备。
