智能楼宇供水恒压控制系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 小区的不断扩建与改造，楼房层数的不断加高，我国居民用水难问题越来越突出，大部分地区普遍存在着用水高峰期高层供不上水，高层居民经常出现用水难问题，给生活带来极大不便。 针对上述问题，本文研制了变频调速恒压供水控制器，通过控制变频器的输出频率从而自动调节水泵电机的转速，来实现恒压供水。同时达到供水效率的目的“用多少水，供多少水”。采用该供水系统不需建造高位水箱，水塔，水质无二次污染。 本文根据模糊控制和 模糊 控制和 制结合起来，形成模糊 制，有效的克服了它们的缺点而发挥了它们的优势。本文详细阐述了该系统中模糊 统的各种控制、故障检测以及状态显示 关键字 :模糊 制恒压供水、变频控制、单片机 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 he of is of of to of to to up of at to to to of to to of at to to a no to ID ID at of in 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘 要 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 目 录 . 错误 !未定义书签。 第一章 绪 论 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 模糊控制技术现状 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 究内容及研究结果 . 错误 !未定义书签。 第二章 变频恒压供水控制器的总体设计 . 错误 !未定义书签。 统概述 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 统的 控制 原理 . 错误 !未定义书签。 制器的硬件系统设计 . 错误 !未定义书签。 件总体说明 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 片机主控制电路设计 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 第三章 主要硬件设 备介绍 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 第四章 制与模糊控制 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 糊控制 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 模糊控制 器的结构 . 错误 !未定义书签。 糊控制系统的 . 错误 !未定义书签。 第五章 系统的软件设计 . 错误 !未定义书签。 5. 1系统方案的设计 . 错误 !未 定义书签。 5. 2系统运行主程序 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 数转换 (A/D 压力数据采集 )子程序 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 结论与展望 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 46 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 1 - 第一章 绪 论 言 随着社会经济的迅速发展，水对人民生活与工业生产的影响日益加强，居民对供水的质量和供水系统可靠性的要求不断提高。把先进的自动化技术、控制技术、通讯及网络技术等应用到供水领域，成为对供水系统的新要求。智能恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体。，这在能量日益紧缺的今天尤为重要。 而本文就针对小区供水系统的实际情况，选用单片机模糊 制器和变频器组成模糊 压供水系统，充分利用单片机技术，模糊 制技术和交流变频技术等高新技术，不但使水压保持恒定，节电节水 采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便地实现供水系统的集中管理与监控 ;同时系统具有良好的节能性 ，具有良好的经济和社会效益 。 20世纪是变频调速技术由诞生到发展的时代，特别是 20世纪 90年代以后，成门极换向性晶闸管 )等新型电力电子器件的发展， 字信号处理器 )和 用集成电路技术 )的快速发展以及新颖控制理论和技术 (如磁场定向矢量控制，直接转矩拉制等 )的完善，使 变频调速系统在调速范围，调速精度，动态响应，功率因数，运行效率和使用方便等性能指标超过了支流调速系统，达到了取代直流调速的地步，受到各行业的欢迎，并取得显著的经济效益。目前，变频调速技术以显著的节电效果，优良的调速性能以及广泛的实用性，而成为电器传动的发展主流方向，变频调速技术涉及到电机，电力电子技术，微电子技术，信息技术与控制技术等多个领域。 变频调速系统中 术的发展 :制是变频调速系统的核心，任何拉制算法几乎都是以各种 制方式实现。九十年代以来的产品，正弦形 制方法已逐步为以下方式取代 : 快速电流跟踪 快速电流跟踪型 般采用滞环电流控制、使三相电流快速跟踪指令电流。该逆变器硬件简单，电流控制响应快，兼有电压和电流控制型逆变器的优点，普遍用于 磁链跟踪控制 术 :这种方法把逆变器和电动机视为一体，以三相对称正弦波电压供电时交流电动机理想的圆形磁场为基准，用逆变器不同开关模式所产生的实际磁链矢量来跟踪基准磁链圆，由跟踪结果决定逆变器的开关模式，形成 由于磁链的轨迹是靠空间矢量的选择来实现，因此又称电压空间矢量法。 直接转矩的智能拉制 术 :常规的直接转矩 术无法区别转矩、磁链的非常大的偏差和相对小的偏差，这将造成电机启动期间系统的停滞 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 2 - 智能控制中的模糊控制，可以通过定子磁链的空间位置，由一系列偏差的正大，正小等模糊语言，根据模糊规则推出逆变器的开关模式，使系统性能改善。 双 制技术 :交 交电压型逆变器是目前最广泛使用的型式，但常对电网构成谐波污染。自前双 制技术的研究非常活跃，即由 流器和器组成的双 系统的功率因数约为 1，彻底消除网侧的谐波污染，并实现了四象限运行。 矢量变换控制技术 :自 1971 年矢量变换技术控制理论建立以来，以转子磁场定向，采用矢量变换的方法，实现异步电动机转速和磁链控制的完全介藕。从而使异步电动机具有和直流电动机一样优良的控制性能。该技术得到了广泛地应用。 糊控制技术现状 模糊控制是以模糊集合理论为基础的一种新兴的控制手段，它是模糊系统理论 和模糊技术与自动控制技术相结合的产物。将模糊集合理论运用于自动控制而形成的模糊控制理论，在近年来得到了迅速的发展，其原因在于对那些时变的非线性的复杂系统，当无法获得精确的数学模型的时候，利用具有智能的模糊控制器能给出有效的控制。例如，在炼钢，化工，人文系统，经济系统以及医学心理系统中，要得到正确而且精密的数学模型是相当困难的。对于这些系统却具有大量的以定性的形式表示的极其重要的先验信息，以及仅仅用语言规定的性能指标。同时，要求过程的操作人员是系统的基本组成部分等。所有这些都是一种不精确性，应用一般的控制理论 是很难实现拉制的，但是，这类系统由人来控制却往往容易做到。这是因为过程操作人员的拉制方法是建立在直观的和经验的基础上，他们凭借实践积累的经验，采取适当的对策完成控制任务。于是，人们把操作人员的控制经验归纳成定性描述的一组条件语句，然后运用模糊集合理论将其定量化，使控制器得以接受人的经验，模仿人的操作策略，这样就产生了以模糊集合理论为基础的模糊控制器。模糊控制理论的提出是控制思想的一次深刻的变革，它标志着人工智能发展到了一个新的阶段。 目前，国内外科技界，企业界和政府部门都特别关注“模糊”领域，模糊技术既是一个学术热点又是一个开发热点，模糊技术成果和产品也逐渐由实验室走向社会，取得了明显的社会效益和经济效益。而模糊拉制技术，这门由模糊数学、计算机科学、人工智能、知识工程等多门学科领域相互渗选而形成的理论性很强的科学技术，正以前所未有的步伐涉入到相当关泛的领域之中，其中包含交流伺服系统，液位系统，工业机器人，可编程控制器，天气预报，图象识别，医疗诊断，家用电器等领域。归纳起来，模糊控制技术现状如下 : (1)模糊控制器的构造 1/采用传统的单片机或微型机作为物理基础，编制相应软件来实现模糊推 理和机制。 2/用模糊单片机或集成电路芯片构造模糊控制器，利用配置数据来确定模糊控制器的结构形式。 3/采用可编程门阵列构造模糊控制器。 (2)模糊信息与精确信息转换的物理结构和方法 模糊信息与精确信息转换问题，目前基本上采用 A/D， D/ (3)模糊控制器对外界环境的适应性及适应技术 对外界环境的适应性问题，目前还没有一种专门的良好技术，大多还是采用买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 3 - 传统的技术或依赖传统的工艺水平。 (4)实现模糊控制系统的软技术 软技术主要包括系统的仿真和实 际工作软件等，目前，世界上已有多种仿真软件出现，如 司的产品。 (5)模糊控制器和被控对象的匹配技术 模糊控制器和被控对象的匹配技术仍然依赖于人们的经验。 片机技术现状 单片微型计算机简称为单片机，是在一块芯片上集成了一台微型计算机所需的 储器、输入 /输出部件和时钟电路等。自问世以来，性能不断提高和完善，加之具有集程度高，功能强，体积小，供耗低，性能可靠，价格低廉等特点，因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算机、家用电器等领域的应 用日益广泛，并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统，数字单片机的位数越来越多，精度也越来越高。另外，在需要极高响应速度的控制场合，还出现了模糊单片机，它是专门执行模糊逻辑信号的器件，具有极高的模糊推理速度。 今天，还出现了不少高级语言的开发工具，这些系统经过仿真可在更高的开发平台上进行快速的开发，为单片机的广泛应用铺平了道路。所以，在未来的社会主义工业化建设中，单片机无疑会发挥更大的作用 。 目来源，研究内容及研究结果 (1)项目来源 :本项目来源于小区供水的实际应用。 (2)研究内 容 :本设计研究了在主芯片为单片机的模糊变频自动控制恒压供水系统中，如何用模糊算法实现水压的自动控制，达到设定值要求 ; 除此之外，在硬件电路设计上考虑如何采用各种措施减小系统干扰，提高系统的稳定性，可靠性。 (3)研究结果：经过研究设计，实际运行，该系统具有以下基本功能 : 1/用户可自行设定水压 2/恒压供水 3/具有故障检测功能，当水泵出现故障或无水时，可自动报警。 4/可显示当前水压 5/系统死机时，可自动复位恢复工作。 6/使用模糊算法，系统响应时间可达到预期效果。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 4 - 第二章 变频恒压供水控制器的总体设计 统概述 给水行业为贯彻城市供水行业 2000 年技术进步发展规划中提出的“二提高三降低”（即提高供水水质，提高供水安全可靠性，降低能耗、降低漏和降低药耗）的奋斗目标和要求。由此，住宅小区的给水系统已逐步取消了高位水箱，而采用变频调速供水，克服了传统供水方法的缺点。这种供水方式既满足供水安全，又避免水质的二次污染。对于多层住宅来说，是一种比较完善的供水系统。 目前的自动恒压供水系统应用的电动机调速装置均采用交流变频技术，而系统的控制装置采用以单 片机为基础的供水控制器，因单片机系统不仅可实现泵组、阀门的逻辑控制，并可完成系统的数字 节功能，可对系统中的各种运行参数、控制点的实时监控，并完成系统运行工矿的 障报警等功能。自动恒压供水系统还具有标准的通讯接口，可与城市供水的上位机联网，实现城区供水系统提供了现代化的调度、管理、监控及经济运行的手段。 在自动恒压供水系统中，由于管网是封闭的，泵站供水的流量是由用户用水量决定的，泵站供水的压力以满足管网中压力最不利点的压力损失。根据反馈原理：要想维护一个物理量不变或基本不变，就应该引这个物 理量与恒值比较，形成闭环系统。我们要想保持水压的恒定，因此就必须引入水压反馈值与给定值比较，从而形成闭环系统 。但被控制的系统特点是非线性、大惯性的系统，现代控制和 压力波动较大时使用模糊控制，以加快响应速度；在压力范围较小时采用 统的组成 系统由变频器、控制器、传感器、水泵电机及相关电气控制设备集成而成，是一种具有变频调速和全自动闭环控制功能的机电一体化智能设备。它可同时对一台或多台三相 380/220V、 50/60其系统组成示意图如图 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 5 - 图 2动恒压供水系统结构框图 从上图中我们可以看到，自动恒压供水控制系统的基本控制策略是：采用电动机调速装置与供水控制器构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。 整个系统的具体工作流程为：系统通过安装在出水总管上的压力传感器，将供水管网的非电量信号（动态压力）转变成电信号，输入至供水控制器的输入模块 ，信号经单片机运算处理后与设定的信号进行比较运算，得出偏差值，再经过将其转换成模拟信号，由系统的输出模块输出变频器的频率设定值至变频调速器，变频调速器控制水泵的转数来调节管网内的实际压力值趋向于设定压力值，从而实现闭环控制的恒压供水。对于多台泵调速的方式，控制器控制泵站投运水泵的台数及变量泵运行工况，并实现对每台水泵根据 切换及变频运行。系统通过计算判定目前是否已达到设定压力，决定是否增加（投入）或减少（撤出）水泵。即：当一台水泵工作频率达到最高频率 时，若管网水压仍达不到预设水压，则将此台泵切换到工频运行，变频将自动启动下一台水泵，控制其变频运行。此后，往复工作，直至满足设定压力要求为止。反之，若管网水压大于预设水压，控制器控制变频器频率降低，使变频低于下限时自动切掉一台工频泵或此变频泵，始终使管网水压保持恒定。进入消防余兴时，按下消防按扭，所有水泵逐台切入工频运行保证消防用水压力，用户可在适当地方外加消防按扭，以保证迅速切入工频状态。总之，系统可根据用户用水量的变化，自动确定泵组的水泵的循环运行，以提高系统的稳定性及供水的质量。 下面我们对系统的各组 成部分分别加以介绍：由水泵 节供水流量原则上有两种方法：一是节流调节，开大供水阀，流量上升；关小供水阀，流量下降。二是调速调节，水泵转速升高，供水流量增加；转速下降，流量降低，对于用水流量经常变化的场合（例如生活用水），采用调速调节流量，具有优良的节能效果，本文所采用的就是后一种方法，即调速调节方法。 水池：在这我们所要做的工作是对其水位进行监测，当水位过低时就产生报买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 6 - 警信号，再通过继电器把报警信号传给单片机，单片机控制报警灯亮同时发出报警声，同时停泵保护。 水泵：水泵电机是输出环节，转速 由变频器控制，实现变流量恒压控制，在这些水泵中，一般只有一台变频泵。当供水设备供电开始工作时，先启动变频泵，管网水压达到设定值时，变频器的输出频率则稳定在一定的数值上。每台水泵均采用星 水泵之间实行变频循环软启动。软启动可减小电动机硬启动（即直接起动）引起的电网电压降，使之不影响其它电气设备的正常运行，可减小电动机的冲击电流，冲击电流会造成电动机局部温升过大，降低电动机寿命，可减小硬起动带来的机械冲力，冲力加速所带来的传动机械（轴，齿合、齿轮等）的磨损，减少电磁干扰，冲击电流会以电磁波的形 式干扰电气仪表的正常运行。软起动使堤岸动机可以起停自如，减少空转，提高作业率，因而有节能作用。 传感器：将其安装在水池与用户之间的出水管道上，它的任务是实时地测量参考点的水压检测管网出水压力，并将其转换成 420电信号，再将此信号传给 A/ 变频器：它的作用是接收 水泵电机提供可变频率的电源。 供水控制器：这是本文主要研究内容，将在后面的章节详细地加以论述。 统优点 1、恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，比靠 调节阀门的控制水泵出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能。 2、由于变量泵工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量时，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命。 3、因实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力。 4、水泵电动机采用软启动方式，按设定的加速时间加速，避免电动机启动时的电流冲击，对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速再成泵系统的喘振。 5、由于变量泵工作在变频工作状态，在其运行过程中其转速是由外供水量决定的， 故系统在运行过程中可节约可观的电能末期经济效益是十分明显的。由于其节电效果明显，所以系统具有收回投资快，而长期受益，其产生的社会效益也是非常巨大 。 频器的控制方式 变频器的发展已有数十年的历史，在变频器的发展过程中也曾经出现过多种类型的变频器，但目前成为市场主流的变频器基本上有着图 2 2所示的基本结构。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 7 - 图 2 2 变频器的基本结构 变频调速的控制方式经历了 V/差频率控制、矢量控制的发展，前者属于开环控制，后两者属于闭环控制，正在发展的 是直接转矩控制。 1、 V/异步电动机的转速与定子电源频率 变 f 就可以平滑的调节同步转速，但是频率 以在改变 需要调节定子的电压，使气隙磁通保持不变，电动机的效率不下降，这就是 V/V/用性优良。 2、转差频率控制 由电机学的基础知识可知，异步电动机转矩 、转差频率 22 (2只要 保持气隙中磁通 一定，控制转差频率 就是转差频率控制。 3、矢量控制 矢量控制是在交流电动机上模拟直流电动机控制转矩的规律，将定子电流分解成相应于直流电动机的电枢电流的量和励磁电流的量，并分别进行任意控制。矢量控制能够对转矩进行控制，获得和直流电动机一样的优良的调速性能 制系统的工作原理 供水管网中的流量和压力是随着用户用水量的改变而不断变化的，而改变泵电机的转速就可以提高供水压力或减少供水压力。所以，为了保持出口供水压力恒定就必须根据用水量的大小不断改变电机的转 死。三相交流电机的转速公式为： )1(60 sp (2式中 s 为转差率（ s 公式可见，水泵转速 n =n 正比于供电频率，因此，连续地改变电机定子的供电频率就可以平滑改变电动机的转速，从而达到天界速度的目的。 由流体力学知：管网压力 P，流量 的关系为 N=功率与水泵转速 2中的 速）下水泵 P=F（ Q） 特性曲线上的不同点，其管阻是不同的。因为有公式： Q= 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 8 - 式中， 某恒定管阻， 2 族曲线为不同管阻时的 P=F（ Q） 曲线，同一曲线上的不同点，其功率是不同的。 图 2 泵的特性曲线 图 2压过程分析图 由图 2见：设定压力值为0p，初始用水量为 1Q 工作点为检 1a ，可假定用户需要 用水量为 2Q 打开阀门（可定打开时间 t 0），管阻将突然变化，点 1a 沿 1n 线下降，在未下降至 1a 只前，压力传感器以将检测到的下降压力 制器，经比较处理后，输出一 个令变频器频率升高的信号，从而水泵转速升高，工作点不会降至 1a ，而是沿着 曲线升至 4a ，达新的稳态。实际上，用水量是不会突变的。管阻不会一下下降很多，实际工作情况如图 2示。 P= 图 2频调速供水原理 为了保持电机在调速时最大转距不变，需要维持磁通恒定，这就要求定子供电电压也作相 应的调节，而 频器可以满足这个要求，根据上述和用户要求设定供水系统压力，并在供水出口处设置压力传感器，随时检测用户用水情况，然后将检测的压力与设定压力相比较，经控制器运算，输出通过变频器改变泵电机转速，使输出压力始终保持在恒定压力。其闭环控制原理如图 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 9 - 图 2频恒压供水系统闭环控制系统框图 统的 控制 原理 该变频恒压供水控制器以单片机为核心，在水泵的出水管道上安装一个压力传感器，用于检测管道压力，并把出口压力变成 0520入单片机进行数据处理 。单片机经运算后与设定的压力进行比较，得出偏差值，再经 D/510入变频器中，以控制其输出频率的大小，以此改变水泵的电机转速，从而达到控制管道压力的目的。当实际管道压力小于给定压力时，变频器输出频率升高，电机转速加快，管道压力升高；反之，频率越低，电机转速减小，管道压力降低。其变过程可以表示如下：检测压力控制器输出变频器频率电机转速，反之相反，最终达到恒压 。 制器的硬件系统设计 件总体说明 整个系统电控部 分以 种芯片内置有 4有控制信号采集、处理、输出三个功能。因为系统要求控制线较多，如果采用 8031外置 会造成控制线不够；而 0、 大简化了硬件结构，并可以直接控制键盘参数输入、便现场调试和维护，使整个系统的通用性和智能化得到很大地提高。其硬件结构框图如图 2件原理框图如图所示。 下面详细介绍一下各部分硬件电路的组成和功能。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 10 - 图 2频恒压供水系统的硬件结构框图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 11 - 机界面设计 人机界面设计如图 2示，主要本键盘输入和显示模块 图 2机界面 A：管路压力显示（红色） B： 压力设定显示（黄色） C：异常故障指示缺水失压 障时灯亮 D： 手动交替指示 E：驱动 A 机运转的信号输出 F：驱动 B 机运转的信号输出 G： 警 1 H： 警 2 I：交替切换钮 J：参数设定选择钮 K：设定值增加钮 L：设定值减少钮 M ：恢复钮 （ 1）显示模块实现 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 12 - 图 2示模块电路 R 键（复位键）在看门狗电路设计中已实现，图 2路图实现： A/B 键（ A、B 水 交替切换键）、 （参数设定选择键）、 键（设定值增加键） 键（设定值减少键）。当有键按下，则输出 0信号，经“与门”得出 1，即有键按下时，生产外部中断触发单片机马上处理新的键盘输入数据。 图 2盘设计电路 因为按键大多数是机械式的开关结构，虽然只是按一次就放开，但在开关切换的瞬间会出现在接触点出现弹跳的现象，因此按键信号稳定的前后会出现一些不该出现的噪声。为了消除按键的不良噪声，又由于一般人的按键速度最多 10次秒，即一次按键的时间 1以按下的时间估算为 50果取样信号 么最多可以取到 6次。对丁不稳定噪声在 4多只能取样一次。所以本设计 在周期为 8用两级取两个信号 1进行处理，再输入到 据买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 13 - R， 0 0”时输出保持。“ 0， l”时，输出为 l；“ l，0”时输出为 0。只有两次取样值不变才能输出，否则保持原先状态：从而得到经消抖处理的按键信号。按键消抖电路如图 2 图 2键消抖电路 图中的 示其中一个输入的按键信号， 示的是采样时钟，经消抖处理的 键消抖电路功能仿真如图 2示，可见，通过弹跳消除 电路的输入信号 过取样脉冲 样后，按键开关前后的噪声脉冲消除了，得到无噪声的按键信号 于其它按键的消抖均与上述方法相同。此处从略。多个消抖模块最终集成 ，其中 R S 触发器的时钟 部提供 789。 机控制电路设计 电机控制部分分为强电部分和弱电部分。因为强电部分工作在大电流、大电压状态下，而且主要与所提供的水泵、气泵等外围设备有关，不属于本设计范畴之内所以将不对其进行详细的介绍。下面重点说明弱电部分，也就是和 89电路，主要有电压、电流转换电路和变频器 e 89电机的控制是通过对 D/A 系统和变频器的控制实现的。控制信息由 D/A 装置转换为电压量，但变频器对电机的控制是通过调节电流实现的，这就需要一种电路，使输入的电压量适当地转变成为电流量，其功能实质就是一个压拉电流源 (见图 。图中包含两个集成运算放大器和一个使用在共集极状态下的三极管 (射极跟随器 )， A 为电压输入端， 电流输出端。电容 电阻组成低通滤波网络。根据放大器虚短、虚断原理，有 (1)式成立 ;流过发射极的电流由电阻 上端电压 电压 同决定，由欧姆定理得 (2)式。 1312 109 (2 110126 (212 (2通过上式，可以看出当 几十千欧 ) A. C 通路中电流近似为 0。不难推出 10;调节电 阻 据放大倍数有 2. 2)式，电压量有效的转换成为电流量，输出的电流量将交给变频器管理。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 14 - 图 2. 17 电压电流变换电路 障检测电路设计 （ 1）故障检测电路 本系统的故障检测功能并不是对系统本身 (数字部分、模拟部分 )而设立的，它的主要目的是监视和控制工作中的电机和工作的环境是否达到要求 (是否有水 )。在系统上电工作时，主程序开始启动，它除了控制电机，给电机加速、减速以使实际水压达到用户设置的预定值外，它还要处理来自故障检测电路发出的中断信号 水泵无故障时热继电器 A, B, C 端与地端断开，输出为高电平 ;当水泵非正常工作时，图中的热继电器就会吸和，则 A. B. C 三端至少有一端会与地端导通，输出低电平。 A,B,水泵 2 和水泵 3o A, B, C 哪一端输出电平为低就说明哪一个水泵发生了故障 A, B, C 端分别和单片机 89连，输入的信号经过 89断、输出如果认为哪一个水泵放生了故障，就点亮相应的警示灯或发光二极管、蜂鸣器，提示工作人员排除故障。 (2)热继电器 热继电器的作用是对电机进行过流保护。电机正常工作时，互感器的电压输出较小，绕阻温度低于限值 ;当电机过载运行一段时间后，绕阻升温达到限值，此时热继电器运作使电动机短电，从而保护电动机。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 15 - 图 2障检测电路图 力检测电路设计 压力检测部分电路主要由传感器和信号调节转换电路组成。 (见图 2感器是能够规定被测量并按着一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置 传感器的输出信号有很多形式 :电压、电流、频率、脉冲等。输出信号的形式由传感器的原理确定 放大器、电桥、震荡器、电荷放大器等。该设计采用电阻式远传压力表作为传感器，直流电桥、差分放大器作为信号调节和转换电路。图中 传感器，滑动变阻器为调零电阻。当水压为 0 时电桥输出应为 0V，但有时因为其它原因电桥输出不为 0，这时就要适当调节滑动电阻器 电桥输出为 0V。设滑动变阻器为 源电压为 U,输出电压为 出端两端电压分别为 电桥输出电压和电源电压的关系为 : 210 (2 4847 h (2 484748 (2买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 16 - 图 2力检测电路图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 17 - 第三章 主要硬件设备介绍 变频器的发展已有数十年的历史，在变频器的发展过程中也曾经出现过多种类型的变频器，但目前成为市场主流的变频器基本上有着图 2 1所示的基本结构。 频器的控制原理 变频调速的控制方式经历了 V/差频率控制、矢量控制的发展，前者属于开环控制，后两者属于闭环控制，正在发展的是直接转矩控制。 图 3 1变频器的基本结构 变频调速的控制方式经历了 V/差频率控制、矢量控制的发展，前者属于开环控制，后两者属于闭环控制，正在发展的是直接转矩控制。 1、 V/异步电动机的转速与定子电源频率 变 f 就可以平滑的调节同步转速，但是频率 以在改变 还需要调节定子的电压，使气隙磁通保持不变，电动机的效率不下降，这就是 V/V/用性优良。 2、转差频率控制 由电机学的基础知识可知，异步电动机转矩 、转差频率 22 (3只要保持气隙中磁通 一定，控制转差频率 就是转差频率控制。 3、矢量控制 矢量控制是在交流电动机上模拟直流电动机控制转矩的规律，将定子电流分解成相应于直流 电动机的电枢电流的量和励磁电流的量，并分别进行任意控制。矢量控制能够对转矩进行控制，获得和直流电动机一样的优良的调速性能。 一、水泵工况点的确定以及变化 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 18 - 水泵工作点（工况点）是指水泵在确定的管路系统中，实际运行时所具有的扬程、流量以及相应的效率、功率等参数。 如果把某一水泵的性能曲线（即 管路性能曲线画在同一坐标系中（图 3则这两条曲线的交点 A,就是水泵的工作点。 工作点 际运行时水泵的工作点并非总是固定在 把水泵的效率曲线 图 2点的扬程 量 A。 图 3 水泵工作点的确定 从图 2泵在工作点 泵抽送的流量等于管路所需的流量，从而达到能量和流量的平衡，这个平衡点是有条件的，平衡也是相对的。一旦当水泵或管路性能中的一个或同时发生变化时，平衡就被打破，并且在新的条件下出现新的平衡。另外确定工作点一定要保证水工作点的参数，反映水泵装置的工作能力，是泵站设计和运行管理中一个重要问题。 在变频调速恒压供水过程中，水泵工况点的变化如图 2 3所 图 3 3 水泵工况点的变化 当 0 时，说明管网系统用水量减少，管路阻力特性曲线 时水泵转速逐渐降低，管网口压力也由 P 低于 工况点变化与上述相反即由 0移动，使管网系统供水始终保持恒定。 买文档就送您