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    案例頻道

    變頻調速恒壓供水系統的微機控制
    • 企業:控制網     領域:人機界面     行業:其他    
    • 點擊數:1338     發布時間:2005-12-29 18:11:38
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    介紹了用 8501 單片機控制的變頻調速恒壓供水系統,給出了系統的硬件結構及單片機控制程序框圖。在系統中,8501CPU 產生三相交流調頻控制信號,經驅動后,輸送到逆變主橋路,實現恒壓調速。



      1 前 言

      供水系統的動力,通常優先選用結構簡單、運行可靠、價格低廉的三相鼠籠式異步電動機。系統中,水的流出量是隨用戶用水需求變化而變化的,傳統的控制方法是調節風門。隨著電子技術、交流調速技術的不斷完善和計算機技術的迅速發展,變頻調速方法在恒壓供水控制系統得以應用,這不僅大大提高了系統的自動化程度,而且也有效地解決了這一問題,減少了能源浪費。

      2 系統設計

      2.1 原理

      壓力傳感器將總水管的水壓變換為電信號,經放大器放大、 D/A 轉換,輸入到單片機,由單片機對 D/A 轉換值進行 PID 運算處理,進而控制變頻器的輸出頻率。當水壓低于給定壓力時,變頻器的頻率增加;當水壓高于給定壓力時,變頻器的頻率減小。這種變化,直至水管壓力與給定值相當。

      2.2 硬件結構

      如圖 1 所示。恒壓供水系統的動力通常都使用三相異步電動機,其三相交流電源通過半控全波整流電路整流成直流,再經逆變器逆變獲得。電源頻率的大小取決于大功率晶體管的導通頻率。改變晶體管基極的控制信號,就可以很容易地改變三相電源的頻率,實現電動機的變頻調速。
      

      圖 1 變頻調速控制系統

      8501 是高檔 8 位單片機,它留有 P0、P1、P2、P3 4個 I/O 接口, 內部有256B RAM、4KB ROM和 2 個 16 位定時器 / 計數器與 5 個中斷源。系統把P0.7~P0.0作為系統運行壓力與給定壓力信號差輸入端,把作為外部中斷源的請求信號,把 P1.3 ~P1.7 作為單片機的輸出端。P1.3~P1.5輸出信號經驅動器電路放大,用于控制逆變電路中大功率晶體管的通斷;P1.6~P1.7輸出信號經驅動電路放大,用于控制晶閘管的觸發導通。

      2.3 軟件結構

      為方便調試和編程,系統采用模塊化結構設計,其程序包括1個主程序模塊、3個中斷服務子程序模塊和1個 PID  調節子程序模塊。

      2.3.1 主程序框圖

      主程序框圖,如圖 2 所示。


      2.3.2 程序各模塊功能

      2.3.2.1 主程序模塊

      主要用于單片機初始化和水管壓力信號的采集及處理等。

      2.3.2.2 INT0中斷程序模塊

      主要用于啟動定時器。當變壓器次級交流電壓信號 V2由負到正過零時,此信號連至 CPU 的 INT0 端,CPU 響應外部中斷,執行 INT0 中斷服務程序,啟動 T0 計數。

      2.3.2.3 T0中斷程序模塊

      用于控制半波整流電路中晶體管的移相角 a 變化,改變電路所加直流電壓大小。

      2.3.2.4 T1中斷程序模塊

      用于控制逆變電路中大功率晶體管的導通、關斷時間,改變電動機交流電源的頻率。

      2.3.3 軟件編制過程中的兩個關鍵問題

      2.3.3.1 T0初始值的設置

      已知電動機額定轉速為 nN ,當供水系統在額定流量QN、額定水管壓力 Pg 時,則要求供給電動機的直流電壓 Ud=0.9.U2.cosa為定值。又知 U2=220V,則 a 為定值。按照我國目前使用的單相交流電源頻率大小,不難推算,Vg1 離交流電源過零點的時間a/∏×0.01,T0的初值為216 - (a/∏×0.01)(2×10-6) 。當定時器 T0 溢出時,CPU經P1.7發出控制信號Vg1,使 VT1 導通。 Vg1產生半個周期(即T/2=0.01s)后,產生 Vg2。為保證這一時間差實現,就需要對T0重新賦初值216-0.01/(2×10-6)。當T0再次溢出時,CPU經P1.6發出控制信號Vg2,使 VT2 導通。這樣 VT1、VT2 輪換導通,實現半控全波整流。

      2.3.3.2 T1初始值的修改

      T1 初始值 X1 的設定,決定著變頻電源的頻率 f ,其關系可表示為( 216

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