[關(guān)鍵詞]

　　污水處理廠(chǎng)的設(shè)備是全天候運(yùn)轉(zhuǎn)的，而且曝氣機(jī)和潛水泵是污水處理的核心設(shè)備，需要用變頻器對(duì)曝氣機(jī)的鼓風(fēng)機(jī)（羅茨風(fēng)機(jī)）和潛水泵進(jìn)行調(diào)速。

　　1 、變頻器在鼓風(fēng)機(jī)（羅茨風(fēng)機(jī)）上的應(yīng)用

　　鼓風(fēng)機(jī)將壓縮空氣通過(guò)管道送入曝氣池，讓空氣中的氧溶解在污水中供給活性污泥中的微生物。鼓風(fēng)機(jī)在工頻狀態(tài)下起動(dòng)時(shí)，電流沖擊較大，容易引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)，而鼓風(fēng)機(jī)（羅茨）風(fēng)壓一定，風(fēng)量只能靠工作臺(tái)數(shù)及出氣閥來(lái)調(diào)節(jié)，實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中往往是通過(guò)調(diào)節(jié)出氣閥門(mén)來(lái)控制，即增加管道阻力。因而許多能量多浪費(fèi)在閥門(mén)上。隨著變頻調(diào)速器的廣泛應(yīng)用，利用變頻器的調(diào)速范圍寬，機(jī)械特性硬等特點(diǎn)，在羅茨風(fēng)機(jī)上應(yīng)用了 TD2000 系列變頻器。由于變頻器的軟啟動(dòng)大大的減小了電機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，而且在正常運(yùn)行的時(shí)候，將出氣閥門(mén)開(kāi)到******，根據(jù)工藝和參數(shù)的要求，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)（通過(guò)控制系統(tǒng)的電位器）電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)管道的風(fēng)量，從而來(lái)調(diào)節(jié)污水中的氧氣含量。而且可以根據(jù)溶解氧傳感器反饋的信號(hào)（ 4~20MA ）很方便的實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制。免去了許多繁瑣的人工操作，并且具有明顯的節(jié)電效果，以下是風(fēng)機(jī)的節(jié)電率統(tǒng)計(jì)。

　　用三臺(tái)變頻器控制三臺(tái)風(fēng)機(jī)，其中兩用一備，電機(jī)的功率 P=55KW ，設(shè)計(jì)風(fēng)量為 Q 。空載損耗為 10% ，轉(zhuǎn)速 1250 轉(zhuǎn) / 分。若風(fēng)機(jī)正常在 970 轉(zhuǎn) / 分以下連續(xù)可調(diào)，污水處理每天所需的供風(fēng)量為 1.5Q 。

　　（1）一臺(tái)工頻運(yùn)行，一臺(tái)變頻運(yùn)行；則全速 P0= （ 55-55*10% ） =49.5KW P1=55KW
P2=5.5+49.5* （ 50% ） 3=11.7KW 總消耗的功率為 67KW

　　（2）兩臺(tái)變頻運(yùn)行時(shí)每臺(tái)的平均供風(fēng)量為 75%Q P1+P2=5.5+ （ 75% ） 3*49.5=26.4KW 總消耗的功率為 52.8KW

　　（3）三臺(tái)變頻運(yùn)行時(shí)，每臺(tái)的平均供風(fēng)量為 50%Q P1=P2=P3=[5.5+(50%)]3*49.5=11.7KW 總消耗的功率為 P1+P2+P3=35.4KW

可見(jiàn)三臺(tái)風(fēng)機(jī)全投入變頻運(yùn)行時(shí)************。假定每月工作 30 天，每天工作 24 小時(shí)，按每度 0.7 元計(jì)，則方案三可以比其他兩個(gè)方案多節(jié)省電纜 8000 元左右。

　　2 、變頻器在潛水泵上的應(yīng)用

　　潛水泵起動(dòng)時(shí)的電流沖擊及調(diào)節(jié)壓力 / 流量的方式與鼓風(fēng)機(jī)相似。潛水泵起動(dòng)時(shí)的急扭和突然停機(jī)時(shí)的水錘現(xiàn)象往往容易造成管道松動(dòng)或破裂，嚴(yán)重的可能造成電機(jī)的損壞，且電機(jī)起動(dòng) / 停止時(shí)需開(kāi)啟 / 關(guān)閉閥門(mén)來(lái)減小水錘的影響，如此操作一方面工作強(qiáng)度大，且難以滿(mǎn)足工藝的需要。在潛水泵安裝變頻調(diào)速器以后，可以根據(jù)工藝的需要，使電機(jī)軟啟 / 軟停，從而使急扭及水錘現(xiàn)象得到解決。而且在流量不大的情況下，可以降低泵的轉(zhuǎn)速，一方面可以避免水泵長(zhǎng)期工作在滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)，造成電機(jī)過(guò)早的老化，而且變頻的軟啟動(dòng)大大的減小水泵啟動(dòng)時(shí)對(duì)機(jī)械的沖擊。并且具有明顯的節(jié)電效果。

　　二、系統(tǒng)應(yīng)用效果

　　污水處理廠(chǎng)中的鼓風(fēng)機(jī)和潛水泵在使用了 TD2000 系列變頻器以后，不但免去了許多繁瑣的人工操作，不安全隱患因素，并使系統(tǒng)始終處于一種節(jié)能狀態(tài)下運(yùn)行，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，更好的適應(yīng)了生產(chǎn)需要。而且安圣變頻器豐富的內(nèi)部控制功能可以很方便地與其他控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制。從半年運(yùn)行情況來(lái)看，效果很好。因此，在污水處理廠(chǎng)或相似的系統(tǒng)中使用變頻器應(yīng)具有很好的推廣價(jià)值。

　　2. 煙臺(tái)熱電廠(chǎng)熱力總公司 1999 年在供熱管路循環(huán)水泵上使用 160KW 變頻調(diào)速器，采用壓力傳感器檢測(cè)管網(wǎng)的壓力，通過(guò) PID 調(diào)節(jié)給出一路模擬信號(hào)到變頻器，變頻器給出適當(dāng)?shù)碾妷汉皖l率給循環(huán)水泵電機(jī)，調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速和輸出功率，這樣形成一個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)維持管網(wǎng)的壓力恒定，并且可以通過(guò)內(nèi)部 變頻軟起 自動(dòng)依照當(dāng)時(shí)所需功率，確定所需啟停泵的數(shù)量。

　　在實(shí)際應(yīng)用中檢測(cè)，隨著使用時(shí)間白天、晚上的不同，供熱量不同，所需的供水的功率也不同，傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式是通過(guò)閥門(mén)的調(diào)節(jié)并沒(méi)有降低供水的功率，只是將多余的水量通過(guò)旁通返回，加入變頻改造后，所有的旁通閥關(guān)閉。系統(tǒng)一方面通過(guò)檢測(cè)管網(wǎng)的壓力，進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)，變頻輸出功率自動(dòng)啟停所需泵的數(shù)量和轉(zhuǎn)速給出設(shè)定的壓力，從而將多余的能量節(jié)省下來(lái)，另一方面，電機(jī)和泵的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)所需壓力自動(dòng)將轉(zhuǎn)速降下來(lái)，軸承和其他機(jī)械部件磨損大大降低，故障率減少。

　　總之，通過(guò)使用惠豐公司的交流變頻器對(duì)循環(huán)水泵進(jìn)行改造后，不但操作方便簡(jiǎn)單維護(hù)量少，而且有顯著的節(jié)能效果，并且實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化調(diào)節(jié)，達(dá)到優(yōu)質(zhì)供熱服務(wù)要求

　　3. 通用變頻器中的專(zhuān)用 DSPs 控制器

　　自 1982 年美國(guó)德州儀器公司（ TI ）推出第一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器 DSPs （ DigitaI Signal Processors ）芯片 TMS32010 以來(lái)，隨著超大規(guī)模集成電路 VLSI 技術(shù)和控制技術(shù)的迅速發(fā)展， DSPs 技術(shù)與產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代， DSPs 芯片不僅在運(yùn)算速度上有了很大的提高，而且在通用性和靈活性方面了極大地改進(jìn)，性能價(jià)格比也大大提高，應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大。目前 90 ％以上的產(chǎn)品出自四大 DSPs 廠(chǎng)商，即德州儀器公司 TI （ Texas lnstruments ）、朗訊技術(shù)公司 Lucent （ Lucent Technologies ）、模擬設(shè)備公司 AD （ Analog Devies ）和摩托羅拉公司 Motorola 。

    其他的 DSPs 廠(chǎng)商還有 AT ＆ T 、 Fujitsu 、 Harris 、 IDT 、 INMOS 、 NEC 、 OKI 、 SamSung 等 80 余家，他們主要生產(chǎn)用于特殊功能的設(shè)備，如調(diào)制解調(diào)器、 MPEG 譯碼器、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等。DSPs 芯片按執(zhí)行速度可分為低執(zhí)行速度產(chǎn)品，一般為 20 ～ 50MIPS ，能維持適量存儲(chǔ)和功耗，提供了較好的性能價(jià)格比，適用于儀器儀表和精密控制等；中執(zhí)行速度產(chǎn)品，一般為 100 ～ 150MIPS ，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，具有較高的處理速度和低的功耗，適用于無(wú)線(xiàn)電信設(shè)備和高速解調(diào)器等；高執(zhí)行速度產(chǎn)品，一般為 1000MIPS 以上，處理速度很高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化，適用于圖像技術(shù)和智能通信基站等三個(gè)檔次。按其工作的數(shù)據(jù)格式將其分為兩大類(lèi)定點(diǎn) DSPs 芯片和浮點(diǎn) DSPs 芯片。定點(diǎn) DSPs 品種最多，處理速度為 20 ～ 2400MIPS ，其最主要優(yōu)點(diǎn)是功耗低，價(jià)格便宜，體積小，但運(yùn)算精度不太高，一般是 16 位，片內(nèi) 32 位。浮點(diǎn) DSPs 處理速度為 40M ～ 1GFMPS ，特點(diǎn)是功耗大，價(jià)格高，體積也稍大，但運(yùn)算精度高，一般是 32 位，片內(nèi)是 40 位。

　　1 、數(shù)字信號(hào)處理器 DSPs 芯片的體系結(jié)構(gòu)及其主要特點(diǎn)

　　DSPs 芯片是專(zhuān)為高速數(shù)字信號(hào)處理而設(shè)計(jì)的，由于采用了不同于普通單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)，因而具有一些顯著的特點(diǎn)。 DSPs 處理器和諸如英特爾、奔騰或 Power PC 的通用處理器 (GPPs) 有很大的區(qū)別，這些區(qū)別產(chǎn)生于 DSPs 的結(jié)構(gòu)和指令是專(zhuān)門(mén)針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理而設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的， DSPs 除了具有高速的運(yùn)算能力外還采取了一系列措施，包括改變集成電路結(jié)構(gòu)、提高時(shí)鐘頻率、支持浮點(diǎn)運(yùn)算、采用指令列排隊(duì)方式以提高運(yùn)行效率、集成了硬件乘法器使乘法運(yùn)算也能在一個(gè)指令周期內(nèi)完成等等，它具有以下特點(diǎn)。

　　1）哈佛結(jié)構(gòu)

　　傳統(tǒng)的 GPPs 使用馮諾伊曼（ Von—Neumann ）結(jié)構(gòu)由于具有一個(gè)存儲(chǔ)空間通過(guò)兩條總線(xiàn)，一條地址總線(xiàn)和一條數(shù)據(jù)總線(xiàn)，連接到處理器內(nèi)核，這種單一公用的數(shù)據(jù)和指令總線(xiàn)在高速運(yùn)算時(shí)，往往在傳輸通道上會(huì)出現(xiàn)瓶頸效應(yīng)。 DSPs 芯片內(nèi)部一般采用哈佛（ Harvard ）結(jié)構(gòu)，在哈佛結(jié)構(gòu)中，有兩個(gè)存儲(chǔ)空間：程序存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，處理器內(nèi)核通過(guò)兩套總線(xiàn)與這些存儲(chǔ)空間相連，這種安排使處理器的帶寬加倍。 DSPs 芯片內(nèi)至少有四套總線(xiàn)：程序的數(shù)據(jù)總線(xiàn)與地址總線(xiàn)，數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)總線(xiàn)與地址總線(xiàn)。這種分離的程序總線(xiàn)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)，可允許在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)對(duì)存儲(chǔ)器同時(shí)獲取指令字（來(lái)自程序存儲(chǔ)器）和操作數(shù)（來(lái)自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器），從而提高了執(zhí)行速度。

　　2）硬件乘法累加操作（ MACs ）

　　GPPs 起初并不是為繁重的乘法操作設(shè)計(jì)的，把 DSPs 同早期的 CPPs 區(qū)別開(kāi)來(lái)的第一個(gè)重大技術(shù)改進(jìn)就是添加了能夠進(jìn)行單周期乘法操作的專(zhuān)門(mén)硬件和明確的 MAC 指令。數(shù)字信號(hào)處理中最重要的一個(gè)基本運(yùn)算是乘法累加運(yùn)算，也是最主要和最耗時(shí)的運(yùn)算，因此，單周期的硬件乘法器（ MUL ）是 DSPs 芯片實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)算的保證。 DSPs 芯片可以單周期完成乘法累加運(yùn)算，大大提高了運(yùn)算速度。而 DSPs 芯片的指令基本上都是單周期指令，因此單周期指令執(zhí)行時(shí)間可以作為衡量 DSPs 芯片性能的一個(gè)主要指標(biāo)?，F(xiàn)代高性能的 DSPs 芯片甚至具有兩個(gè)以上的硬件乘法器用以提高運(yùn)算速度，數(shù)據(jù)寬度也從 16 位增加到 32 位。

　　3）多個(gè)并行處理單元

　　DSPs 內(nèi)部一般都集成了多個(gè)處理單元，如硬件乘法器（ MUL ）、累加器（ ACC ）、算術(shù)邏輯單元（ ALU ）、輔助算術(shù)單元（ ARAU ）以及 DMA 控制器等。它們都可以并行地在同一個(gè)周期內(nèi)執(zhí)行不同的任務(wù)，例如輔助算術(shù)單元能為下一次的運(yùn)算做好準(zhǔn)備，適合于完成連續(xù)的乘加運(yùn)算。 DSPs 芯片內(nèi)部還包括有其他總線(xiàn)，如 DMA 總線(xiàn)等，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的后臺(tái)傳輸而幾乎不影響主 CPU 的性能的有 FFT 的位反轉(zhuǎn)尋址，語(yǔ)音的 A 律， μ 律算法等。

    為了提高并行處理能力，現(xiàn)代 DSPs 芯片通常采用單指令多數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)（ SIMD ）、超長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)（ VLIW ）、超標(biāo)量體系結(jié)構(gòu)、多 DSP 核體系結(jié)構(gòu)和 DSP ／ MCU 混合結(jié)構(gòu)，這些并行處理機(jī)制大大提高了 DSPs 芯片的性能。

　　4）執(zhí)行時(shí)間的可預(yù)測(cè)姓

　　大多數(shù) DSPs 應(yīng)用都具有硬性實(shí)時(shí)要求，在每種情況下所有處理工作都必須在指定時(shí)間內(nèi)完成。這種實(shí)時(shí)限制要求程序設(shè)計(jì)者確定每個(gè)樣本究競(jìng)需要多少時(shí)間或者在最壞情況下至少用去多少時(shí)間。 DSPs 執(zhí)行程序的進(jìn)程對(duì)程序員來(lái)說(shuō)是透明的，因此很容易預(yù)測(cè)處理每項(xiàng)工作的執(zhí)行時(shí)間。但是，對(duì)于高性能 GPPs 來(lái)說(shuō)，由于大量超高速數(shù)據(jù)和程序緩存的使用，動(dòng)態(tài)分配程序，因此執(zhí)行時(shí)間的預(yù)測(cè)變得復(fù)雜和困難。

　　5）片上存儲(chǔ)器

　　外部存儲(chǔ)器一般不能適應(yīng)高性能 DSP 核的處理速度，因此在片上設(shè)置較大的程序／數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以減少對(duì)外部存儲(chǔ)器中程序／數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)次數(shù)，充分發(fā)揮 DSP 核的高性能。目前高性能 DSPs 芯片上的可配置程序／數(shù)據(jù) RAM 高達(dá) 7MB 。采用大的片子存儲(chǔ)器可以減少外部存儲(chǔ)器接口的引腳，甚至省略外部存儲(chǔ)器接口，而且也減小了芯片的封裝體積。

　　6）多種外設(shè)和接口

　　為了加強(qiáng) DSPs 芯片的通用性， DSP 芯片上增加了許多外設(shè)，可能包括的外設(shè)有多路 DMA 通道、外部主機(jī)接口、外部存儲(chǔ)器接口、芯片間高速鏈接口、外部中斷、通信串口、 Iink 口、定時(shí)器、可編程鎖相環(huán)、 A ／ D 轉(zhuǎn)換器、 JTAG 接口等。

　　7）特殊尋址模式

　　為了滿(mǎn)足 FFT 積等數(shù)字信號(hào)處理的特殊要求， DSP 芯片大多包含專(zhuān)門(mén)的硬件地址產(chǎn)生器，它能產(chǎn)生信號(hào)處理算法需要的特殊尋址，如循環(huán)尋址和位翻轉(zhuǎn)尋址。循環(huán)尋址對(duì)應(yīng)于流水 HR 濾波算法，位翻轉(zhuǎn)尋址對(duì)應(yīng)于 FFT 算法，并在軟件上設(shè)置了相應(yīng)的指令。

　　8）零消耗稻環(huán)控制

　　數(shù)字信號(hào)處理的一大特點(diǎn)是大部分處理時(shí)間花在了較小循環(huán)的少量核心代碼上。大部分 DSPs 芯片具有零消耗循環(huán)控制的專(zhuān)門(mén)硬件，可以省去循環(huán)計(jì)數(shù)器的測(cè)試指令，從而提高了代碼效率，減少了執(zhí)行時(shí)間。零消耗循環(huán)是指處理器不用花時(shí)間測(cè)試循環(huán)計(jì)數(shù)器的值就能執(zhí)行一組指令的循環(huán)，硬件完成循環(huán)跳轉(zhuǎn)和循環(huán)計(jì)數(shù)器的衰減。有些 DSPs 還通過(guò)一條指令的超高速緩存實(shí)現(xiàn)高速的單指令循環(huán)。

　　9） JTAG 接口

　　由于 DSPs 芯片結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化、工作速度的提高、外部引腳的增多、封裝面積減小而導(dǎo)致的引腳排列密集等原因，傳統(tǒng)的并行仿真方式已不適合于 DSPs 芯片的發(fā)展和應(yīng)用開(kāi)發(fā)。 1991 年公布的 JTAG 接口標(biāo)準(zhǔn)滿(mǎn)足了 IC 制造商和用戶(hù)的要求， 1993 年 JTAG 接口標(biāo)準(zhǔn)修訂為 5 線(xiàn)接口。芯片 JTAG 接口為 DSPs 芯片的測(cè)試和仿真提供了很大的便利。