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毕业设计
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dq030智能恒压供水系统设计,毕业设计
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浙江工业大学浙西分校 毕业设计 (论文 )文献综述 课题名称： 智能 恒压 供水 系统设计 学生姓名： 陈永生 系 （部）： 信息与电子工程系 专业班级： 03 工自 (1)班 指导教师： 黄云龙 、 朱秋琴 、 廖东进 职 称 ： 副教授、 助教、 助教 日 期： 2006.03.03 nts信息与电子工程系 毕业设计（文献综述） - 1 - 文献 综述 一、 引言 3、 5 在目前的小区高楼供水中，还有很多采用恒速泵供水系统，水塔高位水箱供水和气压罐供水系统等供水方式。在这些供水方式中，由于扬水较高且电机一直高速运行，造成较大的电能消耗，目前的水费成本中，电费的比例达 50%以上。 本文针对小区供水系统的实际情况，选用单片机模糊 PID 控制器和变频器组成模糊 PID 恒压供水系统，充分利用单片机技术，模糊 PID 控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，而且灵活性高，占地面积小，投资省，操作方便，运行可靠，具有良好的经济和社会效益。 二、 恒压供水技术的发展现状 1、 单片机技术现状 1、 4 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 CPU、存储器、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，加之具有集成度高，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。 2、 变频调速技术在恒压供水技术中的发展状况 3、 11 近年来，交流调速中最活跃、发展 最快的就是变频调速技术。变频调速是交流调速的基础和主干内容。上个世纪变压器的出现使改变电压变得很容易，从而造就了一个庞大的电力行业。但长期以来，交流电的频率却一直固定而不能受人为控制。变频调速技术的出现使频率变成可以利用的资源。 随着科学技术的进步，人民生活正趋向于高标准、高质量和现代化。在居民生活用水供水系统中，由于高层建筑越来越高，采用传统设备不能满足高层建筑高水压、大流量的快速供水需求。另外，在现代供水需求中，供水量是随机变化的，如果采用传统供水方式，难以保证供水的实时性，且能量浪费严重。随着交流电机 变频调速技术的日臻完善，变频调速恒压供水方式可以很好地克服传统供水方法的缺点，成为一种很有发展前途的供水方式。 3、 模糊控制理论在恒压供水系统中的应用 6、 8、 9、 12 在变频调速恒压供水系统中，利用模糊控制的相关理论，把系统输入的压力、流量等传感器信号以及系统的输出变量进行了模糊化处理，然后结合根据操作经验等制成的控制规则表，经过模糊推理，得到了系统控制的模糊控制表。在实时控制过程中，系统通过查找模糊控制表把实时采集的压力等输入信号转化成输出，然后通过模糊决策得到输出的清晰量，最后系统根据该清晰量进行电 机变频控制 ，完成了恒压控制的模糊控制过程 。 三、 变频调速的节能、调速原理 nts信息与电子工程系 毕业设计（文献综述） - 2 - 1、 水泵工况点的确定以及变化 2、 7 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。 如图 3-1、 3-2、 3-3 所示。 图 3-1 水泵工作点的确定 图 3-2 水泵工况点的变化 图 3-3 水泵变速恒压工况 图 3-4 变频调速恒压供水水泵工况调节图 2、 变频调速恒压供水系统中水泵工况调节过程 交流电动机的转速 n 与电源频率 f 具有如下关系： psfN 160 （ 3-1） 式 3-1 中： p 极对数 ,s 转差率 因此不改变电动机的极对数，只改变电源的频率，电动机的转速就按比例变动。在变频调速恒压供水系统中，通过变频器来改变电源的频率 f 来改变电机的转速 n。改变水泵的转速，可以使水泵性能曲线改变，达到调节水泵工况目的。见图 3-4。 当管网负载减小时，通过 VVVF 降低交 流电的频率，电动机的转速从n1降低到 n2。另外根据叶片泵工作原理和相似理论，改变转速 n,可使供水泵流量 Q、扬程 H 和轴功率 N 以相应规律改变。 2121 nnQQ （ 3-2） 22121 nnHH （ 3-3） 22121 nnPP （ 3-4） 或 2KQH （ 3-5） 式 3-5 是顶点在坐标原点的二次抛物线族的方程，在这种抛物线上的各点具有相似的工作状况，所以称为相似工况抛物线。 nts信息与电子工程系 毕业设计（文献综述） - 3 - 考察水泵的效率曲线 -Q，水泵转速的工况调节必须限制在一定范围之内，也就 是不要使变频器频率下降得过低，避免水泵在低效率段运行。 三、变频调速恒压供水系统调速范围的确定 考察水泵的效率曲线 -Q，水泵转速的工况调节必须限制在一定范围之内，也就是不要使变频器频率下降得过低，避免水泵在低效率段运行。水泵的调速范围由水泵本身的特性和用户所需扬程规定，当选定某型号的水泵时即可确定此水泵的最大调速范围，在根据用户的扬程确定具体最低调速范围，在实际配泵时扬程设定在高效区，水泵的调速范围将进一步变小，其频率变化范围在 40Hz 以上，也就是说转速下降在 20%以内，在此范围内，电动机的负载率在 50%-100%范围内变化，电动机的效率基本上都在高效区 。 四、 系统的方案设计与工作过程 变频调速恒压供水系统构成如下图所示 。系统采用一台变频器拖动 2 台电动机的起动、运行与调速，采用循环使用的方式运行。单片机未接工控计算机，压力传感器采样水压力信号，变频器输出电机频率信号，这两个信号反馈给模糊控制器 , 模糊控制器根据这两个信号经模糊运算，发出指令，对水泵电机进行工频和变频之间的切换。 图 4-1 变频调速恒压供水控制系统示意图 根据小区用水的实际情况，只需开动一 台泵供小区居民日常用水，另一台相同水泵配合循环使用以及预防其中一台水泵发生故障时仍然正常为小区提供良好的供水。用水高峰时段水泵以工频状态运行；用水低谷时段水泵停止运行，以侍网供水；用水普通时段水泵以变频状态运行。 分析自动控制系统电机工作过程 ,可分为以下三个工作状态： 1) 电机变频起动； 2)电机工频运行； 3) 电机不运行。一般情况下，水泵电机都处于这三种工作状态之中，当源水的水压发生变化时，管网压力也就随之变化，三种工作状态就要发生相应转换，因此这三种工作状态对应着三个切换过程。 电机工作过程流程图如下 ： nts信息与电子工程系 毕业设计（文献综述） - 4 - 图 4-7 电机工作过程流程图 两台电机为循环使用，因此运行过程相同。 五、 结论 本论文的研究主要完成了以下内容 :通过对变频恒压供水控制系统的工作原理和控制原理的分析，用单片机语言 C52 结合硬件电路，设计出以 AT89C52 为核心的恒压供水控制器。并将模糊自整定 PID 算法应用到变频恒压供水控制器中，使得用户在使用时更加方便快捷 。 整个恒压供水系统采用先进的变频调速技术 控制，并针对小区供水的特 性，进行符合实际应用的设计。变频调速恒压供水是现代化城市和生活小区供水的发展方向，采用单片机控制的变频供水系统 具有工作可靠、实现容易、价格低廉等特点，是较理想的控制器。系统具有水泵运行效率高、操作方便、可靠性强、实时等突出优点。 参考文献 1蔡美琴等 MCS-51 系列单片机系统及其应用 .高等教育出版社， 2000.3 2龚时宏，离心泵高效降速范围的确定 J灌溉排水， 1989， 8 3崔金贵，变频调速恒压供水系统在建筑给水应用的理论探讨 J兰州铁道学院学报， 2000， 19(1)： 84-88. 4邬宽明 .80c51 系列微控制器系统原理、功能、集成与应用 .北京航空航天大 5全继萍陈玩丰大涌水厂 给水泵房改造节能总结 J城镇供水 2002， 6姜成国，冉树成，郑雪梅，孙斌模糊控制在水处理系统中的应用探讨 J工业水处理， 2000， 20(10)： 28 30 7韩荣超 单片机自动控制变频恒压供水系统，广西土木建筑 ,2000,25(4) P190192 8 刘曙光等 .模糊逻辑控制技术 .第一版 .北京 :中国纺织出版利 .2001:122147 9候北平，卢佩，付连昆自适应模糊 PID 控制器的设计及基于 MATLAB 的计算机仿真 J天津轻工业学院学报， 2001， 4： 32 35 nts
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