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[免费]基于单片机的恒压供水系统设计(一)

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需求确定的,传统的恒压供水方式是采用水塔、高位水箱、气压罐等设施来实现,随着变频调速技术的日益成熟和广泛应用,利用变频器、PID调节器、传感器、PLC等器件的有机组合,构成控制系统,调节水泵的输出流量,实现恒压供水。
变频恒压供水系统主要特点
 1.节能,可以实现节电20%~40%,能实现绿色省电。
 2.占地面积小,投资少,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,由于是软启和软停,不但可以消除水锤效应,而且电机轴上的平均扭矩和磨损减小,减小了维修量和维修费用,并且水泵的寿命大大提高。
 5.由于变频恒压调速直接从水源供水,减少了原有供水方式的二次污染,防止了很多传染疾病。
 6.通过通信控制,可以实现五人职守,节约了人力物力。
1.2 传统定压方式的弊病
 1.管理不便,因与大气连通容易引起管道腐蚀。
 2.由于水箱内微生物,藻类寄生,还可能对系统造成二次污染,所以定压水箱都需要定期维护,并由卫生部门检测。
 3.定压水箱需占用较大的空间,需要专门的地点来放置。
 4.高位定压水箱系统的控制靠投入泵的台数来调节,但这种方式不能做到供水量和用水量的最佳配比,水泵长期在高效区工作,效率低下。
 5.系统频繁的启停泵,造成水泵、电机及开关部件寿命缩短。
 6.使用高位水箱供水,在系统流量较大时,管网压力会有较大的变化,造成
 部分用户压力不够,出现诸如流量不足、冷热不均等情况。
 7.在供水泵的选型上,设计人员为了提高系统安全系数,电机选型都较大;在用水负荷较小时要采用减压阀、节流孔板等来调节水流量,这样大量的能量消耗在阀上,造成了电能的浪费。
1.3恒压供水设备的主要应用场合
 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场合,冷却水循环,热力网水循环,锅炉补水等。
 3.中央空调系统。
 4.自来水厂增压系统。
 5.农田灌溉,污水处理,人造喷泉。
 6.各种流体恒压控制系统。
1.4恒压供水技术实现
 通过安装在管网上的压力传感器,把水转换成4~20mA的模拟信号,通过变频器内置的PID控制器,来改变电动水泵转速。当用户用水量增大,管网压力低于设定压力时,变频调速的输出频率将增大,水泵转速提高,供水量加大,当达到设定压力时,电动机水泵的转速不再变化,使管网压力恒定在设定压力上;反之亦然。
 目前交流电机变频调速技术是一项业已广泛应用的技能技术,由于电子技术的飞速发展,变频器的性能有了极大的提高,它可以实现控制设备软启停,不仅可以降低设备故障率,还可以大幅缩减电耗,确保系统安全、稳定、长周期运行。
长期以来区域的供水系统都是由市政管网经过二次加压和水塔或天而水池来满足用户对供水压力的要求。在供水系统中加压泵通常是用最不利水电的水压要求来确定相应的扬程设计,然后泵组根据流量变化情况来选配,并确定水泵的运行方式。由于用水有着季节和时段的明显变化,日常供水运行控制就常采用水泵的运行方式调整加上出口阀开度调节供水的水量水压,大量能量因消耗在出口阀而浪费,而且存在着水池“二次污染”的问题。变频调速技术在给水泵站上的应用,成功的解决了能耗和污染两大难题。
1.5变频节能理论
1.5.1交流电机变频调速原理
 交流电机转速特性:,其中n为电机转速,f为交流电频率,s为转差率,p为极对数,电机选定之后s、p为定值。电机转速n和交流电频率f成正比,使用变频器来改变交流电频率,即可实现对电机变频无级调速,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。
流量与转速成正比:Q∝N
转矩与转速的平方成正比:T∝
功率与转速的三次方成正比:T∝
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