1 前 言

　　供水系统的动力，通常优先选用结构简单、运行可靠、价格低廉的三相鼠笼式异步电动机。系统中，水的流出量是随用户用水需求变化而变化的，传统的控制方法是调节风门。随着电子技术、交流调速技术的不断完善和计算机技术的迅速发展，变频调速方法在恒压供水控制系统得以应用，这不仅大大提高了系统的自动化程度，而且也有效地解决了这一问题，减少了能源浪费。

　　2 系统设计

　　2．1 原理

　　压力传感器将总水管的水压变换为电信号，经放大器放大、 D/A 转换，输入到单片机，由单片机对 D/A 转换值进行 PID 运算处理，进而控制变频器的输出频率。当水压低于给定压力时，变频器的频率增加；当水压高于给定压力时，变频器的频率减小。这种变化，直至水管压力与给定值相当。

　　2．2 硬件结构

　　如图 1 所示。恒压供水系统的动力通常都使用三相异步电动机，其三相交流电源通过半控全波整流电路整流成直流，再经逆变器逆变获得。电源频率的大小取决于大功率晶体管的导通频率。改变晶体管基极的控制信号，就可以很容易地改变三相电源的频率，实现电动机的变频调速。
　　

　　图 1 变频调速控制系统

　　8501 是高档 8 位单片机，它留有 P0、P1、P2、P3　4个 I/O 接口， 内部有256B RAM、4KB ROM和 2 个 16 位定时器 / 计数器与 5 个中断源。系统把Ｐ0.7～Ｐ0.0作为系统运行压力与给定压力信号差输入端，把作为外部中断源的请求信号，把 P1.3 ～P1.7 作为单片机的输出端。P1.3～P1.5输出信号经驱动器电路放大，用于控制逆变电路中大功率晶体管的通断；P1.6～P1.7输出信号经驱动电路放大，用于控制晶闸管的触发导通。

　　2.3 软件结构

　　为方便调试和编程，系统采用模块化结构设计，其程序包括１个主程序模块、３个中断服务子程序模块和1个 PID　　调节子程序模块。

　　2.3.1 主程序框图

　　主程序框图，如图 2 所示。

　　2.3.2 程序各模块功能

　　2.3.2.1 主程序模块

　　主要用于单片机初始化和水管压力信号的采集及处理等。

　　2.3.2.2 INT0中断程序模块

　　主要用于启动定时器。当变压器次级交流电压信号 V2由负到正过零时，此信号连至 CPU 的 INT0 端，CPU 响应外部中断，执行 INT0 中断服务程序，启动 T0 计数。

　　2.3.2.3 T0中断程序模块

　　用于控制半波整流电路中晶体管的移相角 a 变化，改变电路所加直流电压大小。

　　2.3.2.4 T1中断程序模块

　　用于控制逆变电路中大功率晶体管的导通、关断时间，改变电动机交流电源的频率。

　　2.3.3 软件编制过程中的两个关键问题

　　2.3.3.1 T0初始值的设置

　　已知电动机额定转速为 nN ，当供水系统在额定流量QN、额定水管压力 Pg 时，则要求供给电动机的直流电压 Ud=0.9.U2.cosa为定值。又知 U2=220V，则 a 为定值。按照我国目前使用的单相交流电源频率大小，不难推算，Vg1 离交流电源过零点的时间a/∏×0.01,T0的初值为216 - （a/∏×0.01）(2×10-6) 。当定时器 T0 溢出时，CPU经Ｐ1.7发出控制信号Vg1，使 VT1 导通。 Vg1产生半个周期（即T/2=0.01s)后，产生 Ｖg2。为保证这一时间差实现，就需要对T0重新赋初值216-0.01/(2×10-6)。当T0再次溢出时，CPU经P1.6发出控制信号Ｖg2，使 VT2 导通。这样 VT1、VT2 轮换导通，实现半控全波整流。

　　2.3.3.2 T1初始值的修改

　　T1 初始值 X1 的设定，决定着变频电源的频率 f ，其关系可表示为（ 216