恒压供水系统硬件设计简述

摘要： 随着社会经济的发展，城市建设规模不断扩大，人口的增多以及人们生活水平的不断提高，对城市供水的数量、质量、稳定性提出了越来越高的要求。本文结合现实供水情况，设计了一套利用TI公司生产的TMS320C5402DSP芯片控制变频器，实现变频调速恒压自动控制供水系统硬件电路。该系统硬件电路主要有DSP、变频器、水泵电机组、压力传感器等组成。

Abstract： With the social and economic development， urban construction scale is expanding constantly， the increase of population and improvement of people's living standards put forward more and more requirements of urban water supply quantity， quality and stability. Combined with the reality of water supply， this paper designed a set of ADSP2101DSP chip produced by ADI inverter control， VVVF constant pressure water supply system of automatic control hardware circuit is implemented. The hardware circuit of the system is mainly composed of DSP， inverter， motor pump group， pressure sensor etc.

关键词： DSP;变频器;压力传感器

Key words： DSP;converter;pressure sensor

中图分类号：TH13 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）04-0034-02

1 本设计的目的和意义

生产及生活都离不开水。社会经济的飞速发展，城市建设规模的不断扩大，人口的增多以及人们生活水平的不断提高，对城市供水的数量、质量、经济、稳定性提出了越来越高的要求，在全国的666个城市中有330个不同程度缺水，由于供水不足，城市工业每年的经济损失达几千亿元;同时给城市居民生活造成许多困难和不便。如果水源离用水的场所较远，就需要管路的输送。而将水送到较远或较高的地方，管路中是需要有一定的水压的，水压高了，才能将水送到远处或较高的楼层。

产生水压的设备是水泵，水泵转动得越快，产生的水压越高。传统的维持管路水压的方法是建造水塔，水泵开着时将水打到水塔，水泵休息时，借助水塔的水位继续供水。水塔中的水位的高度变化很小，也就是说水塔能维持供水管路中水压的基本恒定。

但是建造水塔需要花费财力，水塔还会造成水的二次污染。那么能不能不借助水塔来实现恒压供水呢？当然可以，但是要解决水压随用水量的大小变化的问题。常用的办法是：用水量大时，增加水泵数量;用水量小时，需要做出相反的调节。这就是恒压供水的基本思路。

2 供水方式选择

本设计采用DSP控制变频器变频调速供水方式，变频恒压供水在系统用水量下降时可自动调节水泵转速，使供水压力与系统所需水压大致相等，这样就节省了许多电能，同时变频器对水泵采用软启动，启动时冲击电流较小，启动能耗较小，运行稳定可靠。

3 系统硬件设计

3.1 主电路电控系统 主电路如图1所示。系统主电路采用一台变频器连接三台电动机，每台电机都具有变频和工频两种工作状态，每台电机都通过两个接触器与工频电源和变频器输出电源相连，变频器输入电源前面接一个自动空气开关，来实现电动机、变频器的过流过载保护接通，空气开关的容量依据电动机的额定电流来确定。

三台电动机分别为M1、M2、M3。接触器KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3的工频运行;接触器KM2、KM4、KM6控制M1、M2、M3的变频运行;KH1、KH2、KH3分别为三台水泵电动机过载保护用的热继电器;QS1、QS2、QS3、QS4分别为变频器和三台泵电动机主电路的隔离开关;FU1为主电路的熔断器，VVVF为通用变频器。

本设计中隔离开关的选择其额定工作电压应不小于线路额定电压，隔离开关的额定电流应不小于线路计算负载电流。交流接触器的选择额定电压应大于或等于电动机的额定电压，额定电流应不小于线路计算负载电流。熔断器的选择额定电压必须符合所在回路的额定线电压，熔断器的熔体和支持件的额定电流必须大于所在回路的计算电流。

3.2 控制电路设计 设计控制电路时，必须处理好弱电和强电之间隔离的问题。在整个控制系统中，都是依照DSP的程序逻辑来完成所有控制电机、阀门接触器的动作的。DSP输出端口应该通过中间转换电路去控制电机或者阀门的动作，不能直接和交流接触器连接，否则很可能损坏DSP设备。用中间电路连接DSP和交流接触器可以隔离系统中的强电和弱电，起到保护系统的作用。控制电路之中存在电路之间互锁的问题，实现组内互锁时，绝不能出现一台电动机同时接在工频电源和变频电源的情况，并且要求变频器始终只与一台电动机相连。

3.3 变频器的保护 很多原因都会导致变频器的故障，比如设置的不当、负载的变化、外界运行条件的改变以及变频器的元器件损坏或接触不良等。一旦变频器出现异常情况，必须有相对应的保护措施。

3.3.1 过电流保护 如果变频器的输出侧出现短路或电动机堵转的情况，就会有很大的电流流过变频器，很容易造成电力导体器件损坏。为了有效避免这一情况的出现，应该在变频器中设置过电流保护电路。使变频器中的电流一旦超过一定数值，就采取相应的保护措施，比如调整电动机的运行状态，减少变频器的输出电流，或者通过关闭电力半导体器件切断电流。在电流超过额定电流的一定范围内，允许变频器运行一段时间，变频器的输出频率保持不变。此时电动机的启动时间将比设定的时间要长。如果启动时间设置太短，则切断变频器的输出。变频器通常采用硬件动作电路进行过流保护，目的是减少过流保护的动作时间。

3.3.2 过载保护 在传统的电力拖动系统中，通常采用热继电器保护电动机的电流不会超过电动机绕组发热侧能允许的电流。热继电器具有反时限特性，变频器用CPU可以很方便地实现热继电器的反时限特性。通过检测变频器的输出电流，并和存储器的保护特性所确定的电流进行比较。当变频器的输出电流大于过载保护电流时，CPU按照反时限特性的要求进行必要的计算。在一定运行时间内，变频器继续运行，当过载时间超过反时限特性所确定的时间时，变频器将停止工作，如果允许的时间之前过载的情况已经消失，变频器将恢复正常运行。

由于老式的供水生产系统主要依赖人工控制，所以控制过程繁琐，而且手动控制系统无法对供水管网的压力及时作出恰当的反映。本文结合现时供水情况，设计了利用DSP控制变频器实现变频器调速恒压自动控制供水，文中主要对系统主电路和控制电路硬件组成进行了简要的介绍。

参考文献：

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[2]丁斗章.变频调速技术与系统应用[M].北京：机械工业出版社，2005，10.

[3]付家才.工业控制工程实践技术[M].北京：化学工业出版社，2003，8.

[4]梁义涛.现代DSP技术与应用[M].北京：清华大学出版社.

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作者简介：李淑珍（1982-），女，山东菏泽人，讲师，研究方向为电气自动化。