摘 要：在對變頻恒壓供水系統進行深入研究的基礎上，介紹了一種基于 STC12C5A60S2 單片機的變頻恒壓供水系統。為了使供水更加經濟節能，采用單片機和變頻器相結合來控制泵組的運行，實現了供水出口水壓跟隨設定的水壓變化并且與設定水壓保持相同。該系統效率高、可靠、穩定并且節能，可廣泛應用于建筑供水系統中。

　　0 引言

　　隨著社會的發展，以及自動控制水平的不斷提高，供水的方式越來越多，常見的有水塔高位水箱供水、恒速泵加壓供水、氣壓罐供水和變頻恒壓調速供水等幾種供水方式。其中變頻恒壓調速供水方式在節能、可靠性和穩定性都已經得到了社會的認可，廣泛應用于建筑供水系統中，其中有基于PLC變頻恒壓調速供水、基于智能控制器恒壓調速供水和基于單片機變頻恒壓調速供水等方式，但是。目前的變頻恒壓供水方式還沒有達到節能的最優化。本文介紹了一種新的變頻恒壓供水方法，與當前的變頻恒壓供水方法相比，該方法調試簡單、更智能、更節能并且能夠延長泵組設備的使用壽命。

　　1 變頻調速的原理與節能分析

　　1. 1 變頻調速原理

　　根據電機學可知電機的轉速計算公式如式（1）所示

　　對于已經選定的電機，其s和p為定值。由式（1）可看出，當頻率增大時，電機的轉速也增加; 當頻率降低時，電機的轉速也減小，因此若想改變電機的轉速 需要改變交流電的頻率。

　　1. 2 變頻調速的節能分析

　　對于水泵，其揚程（ H）、流量（ Q）、電機轉速（ N）和軸功率（ P）之間存在如下關系

　　式中的 K1、K2、K3、K 為常數。由式（ 2） ～ 式（ 4）可以看出，流量、揚程和軸功率分別與電機轉速的一次方、二次方和三次方成正比。因此，調節水泵的速度，不僅可以調節流量，還能夠起到節能的效果 。

　　2 系統強電回路的設計

　　2. 1 系統一次回路

　　系統的一次回路如圖1所示。由外部引入的三相電 L1、L2 和 L3 首先經過斷路器Q，從斷路器Q 出來后分成三路三相電，每一路依次接斷路器Q1、Q2 和 Q3。第一路接完斷路器Q1后連接到變頻器的三相電輸入端，經過變頻器變頻后再引出兩路，分別與線圈3和線圈4相連，最后與泵組電機相連。接斷路器Q2和Q3的兩路直接與線圈1和線圈2相連，線圈1和線圈2的引出線再分別與熱斷電器 1 和 2 相連，最終連接到泵組電機。

　　2. 2 系統二次回路

　　系統的二次回路如圖2所示。利用繼電器對控制泵組電機的線圈進行控制，繼電器 1、2、3、4分別控制線圈 1、2、3 和 4。繼電器的控制又由單片機進行控制，從而實現了單片機對泵組電機的智能控制。

　　3 系統自動控制的硬件原理

　　3. 1 系統的自動控制原理及過程

　　系統的自動控制原理圖如圖 3 所示。系統以宏晶科技生產的 STC12C5A60S2 單片機為控制核心，壓力傳感器將供水出口處的壓力（ 0 ～ 5 V 模擬信號） 送入單片機的 P1. 0 引腳，單片機利用其P1. 0 口自帶的 A /D 轉換將壓力模擬信號轉換成數字信號，再與設定壓力比較和處理，得到一個對變頻器進行控制的數字量，將該數字量通過 D /A轉換送給變頻器，控制其輸出頻率的變化，從而控制電機的轉速變化。

　　具體實現過程如下： 當壓力傳感器檢測到的供水出口水壓值小于設定的水壓值時，單片機經過運算和處理，輸出一個 數字電流量送給DAC0832，經過 DAC0832 將數字電流量轉換成模擬電流量，此模擬電流量控制變頻器，變頻器改變加在泵組電機的電源頻率使泵組電機加速，從而使供水出口壓力增大; 反之，當壓力傳感器檢測到的供水出口水壓值大于設定的水壓值時，控制泵組電機降速，使供水出口壓力減小; 經過多次這樣的調整，直至供水出口水壓值與設定的水壓值相等。

　　單片機的控制信號先經過光電耦合器，再送到控制泵組的繼電器，實現單片機對泵組的智能控制。光電耦合器的作用是對自動控制電路與控制線圈的強電電路在電氣進行隔離，抗干擾性較強，系統中共用到四個光電耦合器，正極分別與單片機的 P3. 2、P3. 3、P3. 4 和 P3. 5 相連，負極均與地相連，當單片機的引腳為高電平時，光電耦合器導通，電壓 Uc 加到繼電器兩端，使繼電器動作，從而使線圈得電; 使線圈失電只需將單片機的引腳置為低電平，光電耦合器驅動繼電器原理圖如圖 4 所示。鍵盤用于對壓力值的設定和泵組的切換，LCD1602 液晶實時顯示設定的壓力值。