单片机控制系统在城市高楼消防恒压供水系统建设中的应用

　　摘要:设计完善有效的自动恒压供水系统，还必须具备拥有一个，可实现自主时间调节及供水管理，能力强大的时钟设计,而单片机时钟驱动控制的电路，也可以来很好的地实现完成这一复杂任务。通过对时钟驱动控制模块电路的驱动,微控制器系统可以实时根据系统时间的自主设定而进行切换工作。极大有效的实现满足到了各行各业，不同领域客户个性化的功能需求。采用单片机控制在高层建筑的恒压供水系统工程中成功的进行应用,可以起到极大的地减少系统资金设备的重复投入性,并且系统还同时可以用来保障，整个高层建筑低压供水工程系统正常的持续稳定地供水,具有技术操作较简单、空间的占用相对小一点等多种优势。

　　关键词:单片机;高楼建筑;变频恒压水泵;变频供水自动化系统;

　　1绪论

水问题为什么水已经在逐渐演变成为了一个，关于中国21世纪社会中的重大社会热点问题,水自然也有着其科学人文自然历史等重要属性,它同样又既是当前我国是一种有很强特殊意义重要作用的、不可再重复替换性的特殊物质资源,又也同样既是作为人类社会一种可持续循环和重复的循环使用、可回收的再生和使用价值的重要宝贵的资源之一;但是这个水却同时又是同时地有着它的其主要政治经济特性和一切其他人文社会属性,不仅和我们中国工业、农业两个现代化文明的全面顺利的开展，都是它要紧紧相靠的一条水,水同时又更是我们一个文明城市正常生产工作开展、人民精神与生活得到幸福提高的生命线。我国由于现阶段各项国民经济与基本能力建设活动，正逐步全面发展处于激烈竞争迅猛发展和工作开展异常迅猛发展时期,能源动力十分紧缺却一直滞后，是到目前还是制约到了当前我国发展经济事业高速协调开展和进程加快，这两个十分重要的瓶颈因素,节能增效减排与节水循环发展，才是进一步推动当今我国加快发展社会经济工作可持续发展，快速有序开展是至关而重要的另一根本能源发展国策。另外,随着现代国家社会经济发展建设，各种事业得到飞速发展深入有效开展,城市建设供水总用水规模总量，正在不断在得到持续扩大,人口数层次的层次急剧的增多，以及整个城乡人们生活水平档次的不断地在得到提高,对有效保证现代城市的集中，生活供水系统运行的各种水源数量、质量、经济、稳定性等等，均己提出来有了另一种越来越更高的了新的技术要求。供水生产设施质量可靠性，正常运行情况好坏已十分直接重要的直接影响着，当今我国城市人民经济生活方面的各项，社会生活水平质量指标和给水生产系统企业，及本身单位的全社会各项生产及发展效率。要通过确保社会平安、稳定、经济有效而安全可靠，经济合理使用的现代化方式有效管理好，利用配置好的遍布敷设于深圳全城范围地下空间，大型现代化的供水和控制供水管网,一定要同时能安装有和至少拥有一个可全面满足深圳市现代公共供水管理，需求特点需求功能的、先进设计合理实用的大型全自动化的现代市政供水智能控制系统。但在目前我国和长期以来我国企业在建立现代化的城市管网加压供水、城市管网楼宇管道供水、工业自动化，现代化生产企业场所管道供水和监控管理等智能化系统方面技术，发展程度一直以来相对我国比拟还较显落后,自动化与控制集成程度都比较低,效率低下。究其之有其原因,主要指的则是，由于当时它正受到我国现代化供水系统工程设备，规模要求和国外各种新型供水管道输送系统方式技术水平要求的等种种限制。我国北方地区现阶段采取的三种主要的传统天然气管道，直接供水输配方式技术和主要供应形式大概有以下的这三种:

　　1.1恒速泵直接供水方式

这种小区传统集中式供水管网运行管理方式,水泵只能是先从小区露天蓄凉水池井眼中通过地下抽水加压设备或者加压水泵等，直接从向上下送往地下自来水用户,有条件好的一些小区甚至已经是连地下蓄热泵水池设备等，也暂时还没有,直接用水就需要从整个地下城市生活公用抽水网泵系统，网中直接向下输送抽水,严重客观上也影响小区地下的城市公用管网压力流量水平的稳定持续稳定。这种城市传统集中供水系统运营维护方式,水泵也往往要整月日夜间都不停运转,有着极大可能的系统风险，有可能集中出现于在某些城市日夜间高峰或日用水负荷压力低谷时段，水泵自动停止供水运行。这种集中自来水系统形式虽设计较为简单、造价最低也安全系数最低,但系统却耗电、耗能水费现象严重,水压运行控制得不稳定很失稳,供水安全质量状况极差。

　　1.2水塔/水箱的供水方式

这种抽水加压引水方式，主要作用是指由水泵机组其中两个以上水塔室内或另一个以下水箱塔室内集中供水,再分转向由其它多个以下水塔从室内几个或其中几个以下水箱塔中直接向附近其他供水用户中直接进行供水。这种加压型式的供水装置要求给水压力要保持较比拟水平和方向恒定,且至少需保有适量的贮蓄水。但正是因为如此它在实际上仍然是无法通过一个由水泵位置偏差与水泵高度差，而形成一个均匀稳定的水压力曲线，来自动的进行水泵循环及供水的循环运行的,为此,需要考虑先多建造出几个水塔，用于室内给水或可同时的将这两个水箱分别内置设于该幢建筑物的顶部。即使也是因为如此,在某些大型连续供水式建筑物种，其顶部居民还将仍是常常地感到它们不能两个最重要，但不利连接的连续供水点之间提供的连续供水服务的能力要求,且还极恐难于充分保证同时满足在其顶部不断地增长过程中居民的连续供水服务能力需求。同时,由于在许多大型供水建筑物中的建筑顶部还往往能形成另一层的很大一定程度上的负重,所以这样即是增加了该建筑物结构面积,也又往往大大阻碍住损害了建筑其美观。另外由于采用这种传统的供水过程控制操作方式，将造成系统的整个系统水质会极其很容易严重地受到了人工的污染,系统里供水环节的每个水泵如何开、停,将几乎是要完全人为的只能由系统一人亲自负责进行操作,这又意味着它将会更容易导致出现人工抽水的能量损失方面，更加严重浪费和电能浪费严重问题和会导致整个供水设施运行过程质量稳定性上的更为严重地下降。

　　1.3气压供水方式

恒温调速变频恒压供水系统设备中的技术应用，现状研究与发展趋势系统的设计开发方法这种自动给水运行方式原理，就是指它利用系统底部被封闭了起来的气压罐口蓄水系统代替封闭了的高位水塔/水箱系统来加压蓄水,通过传感器定时连续监测气罐口水内的空气压力值变化来进行定时的控制供气泵水阀门的自动正常开、停。罐体上的贮水占地面积是可以直接与安装普通的水塔水箱设备等二次供水的设备方式上的体积相比拟来的较小,而且这种设备是可以直接随意安装放在水平地水面上,设备维护运行方面的设备投入与本钱都相对地比使用一般的水塔水箱设备方式要相对的成本低得很多。而且还因其气压罐体全部是进行全密封性设计安装的,所以这样又能大大的地减少了在水质系统中，可能因任何外部液体异物微粒的突然进入，而引起产生或被产生水质的污染及危害水质的其他各种危险可能性,灵活性度较大、建设生产过程进度快、不容易产生阻碍设计外形美观,且也完全地可以保证随时能够，通过适当方式改变其压力罐体内部的供水压力等级，来实现充分有效满足现代人们的不断提高日趋增加，水质的优质安全的供水要求的需求。但它最大的缺点还仅仅只是由于它需要多次更换供水压力罐,其结构体积变化比较快大、投资建设成本也大,又或只因是其供水压力级距变化都比较大快、运行维修时间及效率低,因此其对社会电能资源的消耗实在太过大,运行维护检修等费用很高。

变频供水无级同步调速控制技术和自动恒压供水生产技术，由于有其节能环保节能、平安、供水运行效果高品质及可靠高效等，众多显著技术优点,在当前全国各地供水自动化生产设备行业系统里，也得到更加广泛深入了广泛的应用广泛发展和应用。恒压供水调速系统原理，是通过实现系统由多级水泵电动机串联进行水力无级变速同步供水调速,依据城市管网用水量实际变化方向的压力方向，及其变化速度规律特点〔所以它的实际上功能反映了为改变整个市区供水流量和市政管网水压运行中的用水量，实际的压力方向及变化速率趋势特征〕而能够自动地设定及调节出该供水系统所相应设置的实际水压的运行方向速度参数,在城市实际的用水量变化未满足发生如此大水压变化速率条件时，就能长期保持水泵运行中水压方向速度恒定变化，以做到基本稳定满足市区实际用水要求变频器是指一款具有当今国内外较新先进、合理而可行特点的一种环保节能型管网控制供水成套系统。在我国企业产品实际研制开发生产应用维护工作领域中，如何及时正确和充分正确利用配置好要求变频器电路中各内置控制元件之间和其它的各种功能保护的功能,对指导用户解决合理选择优化和设计和选用要求变频器控制系统，及变频调速供水系统的恒压供水设备,降低工程投资与本钱、保证，及提高自身产品质量性能要求等诸多问题，将有着十分特别与重要的地指导意义。

　　2单片机在恒压供水系统中的作用

单片机控制器也是可以简单称其之为单片机微电控制器,通俗一些的来讲它就是相当于一个智能机器上的机械大脑,它完全可以用来控制几乎所有常用的机械电器设备，并且进行可以自主稳定的正常运行维护和管理工作,速度快、稳定性比较好,操作起来简单,是微电子控制器的最大突出的设计特点,通过微处理器整合了所有这些电子单元,组成的一个整体的单片机控制系统。无论在是对电路整体的综合布线上，还是在控制设备本身与控制器信号的有效转换传输上,微控制器本身都会具有自身独特的竞争优势,是组成当今的所有工业电子、电气自动控制设备系统组成当中重要的两个核心部分。

现阶段单片机产品，已经渐渐成为我国各大著名高科技公司中主要重点开发使用的技术产品系列之一,而在变频恒压供水系统工程中，采用单片机控制器作为系统主要的核心控制系统,可以进一步极大有效地提高变频供水工程系统性能的和稳定性,再加上配之以加强型单片机的通讯接口,完全能够保障了整个供水控制系统中的电气设备。并且可以轻松实现多达三台或以上多台液体机械增压的机械设备的同时连续工作,也同样可以满足根据现场实际使用液体机械增压的机械设备个数的比例多少、分配实际使用的比例时间进行的个性化定制等个性化操作。在液体自动增压供水机械设备及供水输送管线系统上，都配置了压力传感器,可以在随时分析出由于增压水流产生出来的液体压力，对于整个供水输送管线设备的压力损害及大小,根据流体压力值的幅度不同可以形成一个五伏安左右的信号电位差频率信号反馈给一个微信号控制器,根据微信号频率反馈的范围不同，控制器也在同时对各个液体自增压供机械设备系统的正常运转和速度进行动态调整,当将指令信号发送回给一个变频器输出后,变频器便会自动对迅速启动,并能够根据供水压力值范围的任意大小自动进行压力调整,有效合理地保证控制水压力值间的压力正负差，可以保持稳定在等于零值左右。所以,无论对供水或管线区域内产生的控制水流压力是多少，它都一样可以自动进行流量恒定控制。

　　3是课题调查研究中的现阶段主要调研任务内容和主要预期发展目标

　　3.1主要目标任务内容

本分析设计任务主要应是要针对于城市小区小高层楼房以及其他小型高层建筑设计的变频恒压供水设备问题。主要研究设计内容的具体内容至少应要包括:根据中小型高层建筑供水的技术特点,设计建造出的符合特定用户要求设计的变频恒压供水系统。包括单片机及应用,变频器、供水设备电机系统的型号选择,管网结构的系统构建,流量、压力等监测设计以及供水整个过程系统可靠性的综合可靠性等设计。此外对于其他突发意外情况会采用紧急报警措施和采取紧急停车救援的多种方式措施来进一步保证系统供水工作的高平安稳性能。

　　3.2预期的目标

是通过单片机技术以及多种变频器控制系统的配合协调配合工作,使得整个城市供水监控系统可以到达运行恒压、节水、节电、环保系统的最高目的。确保了系统工作运行稳定的平安性稳定性以及其长期性持续性。并且必须保证居民在其他特殊环境情况存在下的〔诸如用水顶峰期或者是用电的顶峰期等阶段〕时的市政供水系统供水的绝对可靠性。减少其他外部恶劣环境可能对小区居民用水产生的潜在影响,保证每户居民均用上了干净卫生放心可靠的城市自来水。

　4设计思想和拟解决问题想和拟解决问题

　　4.1设计的总体思想

系统的设计思想通过计算机利用模拟单片机电路，先将压力传感器所能送来相应压力偏差的模拟数字信号，来自动的转换成系统实际设定相应的压力差的模拟数字量,与系统中实际所设定的压值的模拟偏差信号，分别进行比拟与分析从而得到的实际模拟偏差信号,再通过分别的通过模拟计算机，进行预先模拟所实际设定的好的控制的参数算法，来得确定出了其最经济适最正确的实际控制偏差参数,然后通过分别的通过微机调节电机和交流变频器按照设定信号的信号调节输出频率，来分别用来控制交流变频电机带动水泵机组连续运行水泵的设定，最高额定转速信号和直流工频泵机组启信号和机停信号间的频率信号之间转换,当随系统用户用水量逐年的急剧增大,管网压力已开始显著低于了其设定工况压力时,变频与交流双调速泵输出的交流变频脉冲输出信号电流频率，也都开始将会逐渐地增大,水泵转速也将相应提高,供水量自然也就加大,当系统水泵已到达其用户水泵设定最低工作压力时,电动机水泵所输出电力的电动机转速，也就基本不再随之产生剧烈变化,使供水管网压力也将长期恒定并控制保持在供水，用户预先设定的供水管道压力下限位置上,反之亦然。使用户集中供水使用时，系统能够提供稳定的水量最低，同时供水和管网压力分配也将保持在基本恒定。供水量还会实时按到每个小区用户，每天提供的水源或实际的水量等需要状况来自动调整相应变化。基本参数变频器控制系统，其主要电气组成控制部分是有的由各种电力电子器件和各种数字微处理器组成共同部分组成,它要具有一个能分别按需要根据控制电机频率和预先设定产生出信号的正弦电流，输入的正弦信号输出并直接输出电压给在相应额定电压频率方向上运动的直流单相交流电。电机水泵机组它实际上是用来指一种传送液体水蒸汽热能或传递任何形式其他形式固态液体电能热量，一个小型流体机电装置,其具体的输送作用则一般地，是用于指一种将低压储水池体管道中，直接存储下来的低压固态水蒸汽能以能保证达到一定强度等级下，最大工作压力强度和达到一定工作流量，而直接的通过低压供水站用低压管道实现直接输送

　　4.2设计实施中要重点

解决存在的两个主要关键技术问题及所采取应对的具体措施恒压供水系统设计涉及的二个主要控制技术问题主要包括:供水和管网压力传感器的选择恒定,单片机、变频器控制系统以及变频水泵装置的参数选择,供电系统线路节点的规划布置选择等。针对了以上的问题我们通常可着重采取了以下应对措施:第一,采用自来水压力传感器系统对管网自来水压力实时进行远程监测分析;第二,使用高性能单片机直接对变频器调速进行现场直接控制。第三,采用进口变频器能对水泵转速自动实现变频无极控制调速。

　　4.3系统结构图

传感器控制器变频调速水泵组

传感器部分采用远传压力表,为压阻器件,用于直接检测进水管道出口的水压力,并能够将输出水压自动转换输出为0~5V级的压力模拟测量信号。控制仪表部分主要由西门子MCS-51系列单片机控制器为控制器核心部件。基本参数根据水位传感器上检测得到水位，实际水压可完成水泵变频器无级调速功能，及各泵组功能切换方式的自动控制.变频电机调速机构部分通常是一个由空气开关、交流电子接触器、变频调速器所组成,为变频器系统专用的交流动力电磁供给元件和伺服执行驱动机构。水泵组部分可包括采用三台大功率交流永磁异步牵引电动机，共同拖动构成的共三台的离心式高压水泵。

　　5控制设计方案本

控制系统设计系统，包含了采用单片机智能控制设计的高楼供水控制系统设计中的硬件技术构成、软件技术设计,通过水力传感器直接检测出水压信号,经转换器A/D接口转换成数字量,输入计算机给智能单片机,与系统给定水压力值进行数值比较,按单片机PID控制算法自动对数字差值信号进行模拟运算,将此运算模拟结果自动输出反馈给系统变频器,由控制变频器实时改变高压水泵电机定子的额定转速,达到高效恒压供水设备的目的。在实际产品的研发应用实践过程中,取得到了比较良好实际的效果。

　　5.1在工业控制中的应用

用单片机软件编程后，可以用来直接组网构成的一系列结构形式和组合方法多样的智能化运行的多级计算机控制系统、数据和自动化资料采集处理存储分析系统。例如工厂流水线控制系统中，复杂的物料进行智能化的加工过程管理,电梯升降机的各种智能化设备运行自动化控制、各种火灾防盗及报警控制自动化报警系统,与工业其它自动化计算机系统进行联网通信后组网构成的各种计算机二级自动控制系统等。在世界其他地区家用电器工业生产流水线中，单片机技术的几个典型的应用和实例我们可以说简单的这样的来说。

　　5.2在现代计算机网络工程和电子通信工程技术领域开发中的应用

现代成熟的嵌入式单片机产品普遍的具备计算机通信硬件接口,可以随时随地很方便快速地直接与外部计算机网络进行双向数据通信,为其在各类计算机网络终端和专用通信交换设备终端间灵活的控制应用范围提供出了一些极好便利的技术物质条件,现在主流的智能通信控制设备，也基本上是都是实现采用了嵌入式单片机智能通讯控制,从智能手机,电话机、小型网络程控交换机、楼宇内自动语音通信与呼叫应答系统、列车内无线移动通信、再到大家日常生产工作场所中都随处可见单片机的移动电话,集群式移动语音通信,无线电移动对讲机系统等。

　　5.3单片机系统在医用辅助设备领域工程中的应用

单片机产品在其它临床或医用辅助仪器设备系统应用设备中，应用单片机的相关产品用途范围其实亦都有相当地之广泛,例如各种医用辅助呼吸机,各种医用尿液分析仪,监护仪,超声辅助检查的诊断及，医院各种病床系统的呼叫服务中心系统设备等等。此外,单片机技术亦广泛应用在机械电子工商,金融,科研、教育和国防航空与航天与军事工程等社会各经济领域当中都是单片机有着令其有着广泛地的应用实际的用途。

　　总结

当今单片机技术应用中的一些最新的发展新的技术趋势现，在我们也基本上可以说到当今的单片机应用发展一直是正处在一片百花齐放,百家争鸣百花齐放的发展历史时期,世界上目前许多国内各大著名电子芯片产品研发及制造与应用，公司现在几乎每个都是已经相继推出了一系列其自己产品特有功能的专用的单片机,从前端的8位、16位已经扩展到了犯位,数不胜数,应有尽有,有一些完全是与现在世界主流微处理器C5l系列，是完全可兼容使用单片机的,也有许多两者完全不需要相互兼容而使用单片机的,但在实际上是它们各自之间却各具自身技术特色,互补便成了一种互补,为我国今后从事单片机技术应用中的单片机实际产品应用研究开发将提供另一个极为广阔的天地。

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　　致谢

凡是过往，皆为序章，行文至此，意味着我的大学生活已至谢幕时刻。大学的时光流淌在我们的血液中，滋养着我们每一位学子的锦瑟年华。在论文撰写期间，我要向所有期间给予我支持、帮助的人表示我最真诚的谢意。首先，感谢我的论文指导老师，本论文是在我的指导老师的悉心指导下完成的，在此衷心感谢梁帅老师对我的孜孜不倦关心和指导。