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智能水泵控制器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

安科瑞賈林楊 ? 來(lái)源:jf_57853247 ? 作者:jf_57853247 ? 2023-04-19 16:20 ? 次閱讀

摘要: 針對(duì)傳統(tǒng)水泵控制方式存在的問(wèn)題,設(shè)計(jì)一種多回路智能水泵控制器,具有現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制、后臺(tái)遠(yuǎn)程控制和也為自動(dòng)控制等多種控制方式。

0 引言

在生產(chǎn)自動(dòng)化場(chǎng)合和樓宇中,存在著大量的風(fēng)機(jī)、水泵,出于成本考慮,普遍使用按鈕、熱繼電器等作為控制保護(hù)元件。熱繼電器本身存在設(shè)計(jì)缺陷,重復(fù)性差、可靠性低,存在保護(hù)隱患,且傳統(tǒng)的水泵控制方式存在控制線(xiàn)路復(fù)雜、功能單一、后期維護(hù)困難等缺陷。因此傳統(tǒng)水泵控制明顯無(wú)法滿(mǎn)足信息化和智能化的功能要求。隨著微控制器的發(fā)展,測(cè)量保護(hù)技術(shù)的成熟,也改變著傳統(tǒng)水泵的應(yīng)用方式,從按鈕指示燈到目前的一體式智能控制器的轉(zhuǎn)變。

1 智能水泵控制器的功能

智能控制器需要的功能有:電壓、電流、液位(開(kāi)關(guān)或模擬量)的測(cè)量功能;過(guò)/欠壓、相序、過(guò)載、欠載(干轉(zhuǎn))、斷相等故障的保護(hù)功能;手動(dòng)/液位的控制功能;水泵運(yùn)行故障和液位異常的報(bào)警功能;水泵運(yùn)行信息的管理功能;與上位機(jī)系統(tǒng)的通訊功能。

1.1 主控芯片

MCU芯片采用Freescale公司的Coldfire-V1(具有硬件乘法累加MAC單元)架構(gòu)內(nèi)核的32位處理器MCF51EM256,時(shí)鐘頻率最高可達(dá)50.33MHz,內(nèi)置256K的Flash、16K的RAM、3路定時(shí)器、3路SCI通訊接口、內(nèi)置RTC時(shí)鐘、I2C、SPI、KBI接口等多種資源,片內(nèi)集成帶可編程延遲模塊PDB和4個(gè)16位SAR型ADC,PDB可以直接控制觸發(fā)ADC的采樣,完成了高精度的電壓、電流的交流采樣和液位測(cè)量,測(cè)量精度可以達(dá)到0.5級(jí),具有極高的性?xún)r(jià)比。

1.2 電壓、電流、液位信號(hào)采集電路

電壓采集電路如圖1所示。三相電壓Ua、Ub、Uc采用電阻降壓的方式,給采樣信號(hào)加入抬高電壓VREF,使交流信號(hào)的幅值大于零,便于AD采樣。在電路的輸出端,MCU芯片的AD輸入端加入限壓二極管,限制輸入電壓小于(鉗位電壓)3.3V,能對(duì)MCU芯片的AD采樣通道起到很好的保護(hù)作用。

圖1 電壓采集電路

液位信號(hào)普遍采集電路如圖2所示,當(dāng)液位傳感器為兩線(xiàn)制的4-20mA接口時(shí),要求我們的控制器輸出一個(gè)24VDC電源,安裝電阻R22、R45。當(dāng)液位傳感器為三線(xiàn)制的4-20mA接口時(shí),傳感器供電由外部開(kāi)關(guān)電源提供,安裝電阻R44、R45。當(dāng)液位傳感器為0-10V接口時(shí),安裝電阻R44(0Ω)、R45。同理,在液位采集通道處也應(yīng)加入保護(hù)電路

圖2 液位信號(hào)采集電路

2 傳統(tǒng)水泵的控制方式

在傳統(tǒng)的水泵的控制回路中,通常主回路由斷路器,接觸器和熱繼電器組成;控制回路一般由指示燈、儀表、控制按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、熱繼電器、時(shí)間繼電器等組成。傳統(tǒng)的水泵控制方式內(nèi)部接線(xiàn)復(fù)雜,給檢修人員調(diào)試設(shè)備與查找錯(cuò)誤接線(xiàn)帶來(lái)難度,且功能一般比較單一,智能化改造無(wú)法接入系統(tǒng),增加了后續(xù)設(shè)備投入。

智能水泵控制器,集成了水泵控制需要的電氣元件,包括電壓電流顯示、多功能保護(hù)繼電器、手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、啟/停按鈕、水位和水泵狀態(tài)指示等于一體,面柜式安裝。在給/排水自動(dòng)模式下,兩泵交替互備,根據(jù)水位不同情況,控制方式支持中水位一臺(tái)水泵運(yùn)行,高(低)水位兩臺(tái)水泵同時(shí)運(yùn)行。電流保護(hù)支持獨(dú)立開(kāi)/關(guān)設(shè)置,支持備用泵只報(bào)警不脫扣,滿(mǎn)足地下車(chē)庫(kù)、消防栓等消防場(chǎng)所應(yīng)用。智能型水泵控制器的二次接線(xiàn)圖如圖3所示。相比于傳統(tǒng)方式,其具有接線(xiàn)簡(jiǎn)單,功能強(qiáng)大,后期升級(jí)方便等優(yōu)點(diǎn)。

圖3 智能水泵控制器一用一備全壓起動(dòng)液位控制器控制電路

3 性能比較

智能型控制器可有效解決傳統(tǒng)水泵控制的安全可靠度低、控制箱體尺寸大、能耗高、智能化低、升級(jí)難等問(wèn)題。傳統(tǒng)控制箱和智能水泵控制箱體的性能對(duì)比如表1所示。

表1 傳統(tǒng)控制箱和智能水泵控制箱控制方式性能比較

技術(shù)性能指標(biāo) 傳統(tǒng)水泵控制箱 智能水泵控制箱 對(duì)比結(jié)果
電源電壓 AC187~231V AC85V265V/DC100V350V 電壓使用范圍明顯增大
總體耗能 50W以上 7W左右 能耗降低86%
接線(xiàn)接點(diǎn) 180點(diǎn) 41點(diǎn) 接點(diǎn)減少77%
二次線(xiàn) 120m 30m 節(jié)約二次線(xiàn)70%
絕緣電阻 1MΩ以上 100MΩ 絕緣安全性增強(qiáng)
占用體積 分布安裝,占用體積大 集中安裝,占用體積小 箱體尺寸減少約30%
抗振性 —— 能承受GB/T 11287-2000規(guī)定的等級(jí)為I級(jí)振動(dòng)響應(yīng)和耐久試驗(yàn) ——
抗干擾性 —— 能承受GB/T 17626.2到GB/T 17626.6規(guī)定的Ⅲ級(jí)干擾 ——
環(huán)境適應(yīng)性 —— 污染等級(jí)3級(jí) ——

4 應(yīng)用

地鐵、地下車(chē)站或橋梁隧道由于滲水或降雨,導(dǎo)致大量的積水,嚴(yán)重影響工作和人們的正常出行,需要定期或不定期抽排水。要求:由兩臺(tái)污水泵實(shí)現(xiàn)集水池積水的排放處理;兩臺(tái)污水泵交替排水工作,以防銹蝕卡死;、當(dāng)前工作的污水泵出現(xiàn)故障時(shí),備用泵能夠自動(dòng)投入;當(dāng)集水池中水位時(shí)一臺(tái)水泵運(yùn)行,高水位時(shí)兩臺(tái)水泵同時(shí)運(yùn)行;當(dāng)集水池處于高水位時(shí),水位報(bào)警;具有低水位、中水位、高水位、報(bào)警、故障指示燈指示。根據(jù)要求,設(shè)計(jì)兩臺(tái)水泵液位控制的安裝方式,如圖4所示。

圖4 兩臺(tái)水泵液位控制的安裝方式

5 結(jié)語(yǔ)

采用智能水泵控制器為核心的水泵控制管理系統(tǒng)替代傳統(tǒng)或PLC方案的控制方案,實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的自動(dòng)給/排水功能,并具有豐富的保護(hù)功能,使水泵運(yùn)行更安全。

審核編輯:湯梓紅

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