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針對傳統水泵控制方式存在的問題,設計一種多回路智能水泵控制器,具有現場手動控制、后臺遠程控制和也為自動控制等多種控制方式。
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<P align=right>黃海1 任杰2 陸偉青2 </P> <P align=right>(1.中建三局集團有限公司建筑設計院 武漢430064;2.安科瑞電氣股份有限公司 上海 201801) </P> <P> <STRONG>摘要:</STRONG>針對傳統水泵控制方式存在的問題,設計一種多回路智能水泵控制器,具有現場手動控制、后臺遠程控制和也為自動控制等多種控制方式。 </P> <P> <STRONG>0 引言 </STRONG></P> <P> 在生產自動化場合和樓宇中,存在著大量的風機、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元件。熱繼電器本身存在設計缺陷,重復性差、可靠性低,存在保護隱患,且傳統的水泵控制方式存在控制線路復雜、功能單一、后期維護困難等缺陷。因此傳統水泵控制明顯無法滿足信息化和智能化的功能要求。隨著微控制器的發(fā)展,測量保護技術的成熟,也改變著傳統水泵的應用方式,從按鈕指示燈到目前的一體式智能控制器的轉變。 </P> <P> <STRONG>1 智能水泵控制器的功能 </STRONG></P> <P> 智能控制器需要的功能有:電壓、電流、液位(開關或模擬量)的測量功能;過/欠壓、相序、過載、欠載(干轉)、斷相等故障的保護功能;手動/液位的控制功能;水泵運行故障和液位異常的報警功能;水泵運行信息的管理功能;與上位機系統的通訊功能。 </P> <P> 1.1 主控芯片 </P> <P> MCU芯片采用Freescale公司的Coldfire-V1(具有硬件乘法累加MAC單元)架構內核的32位處理器MCF51EM256,時鐘頻率最高可達50.33MHz,內置256K的Flash、16K的RAM、3路定時器、3路SCI通訊接口、內置RTC時鐘、I2C、SPI、KBI接口等多種資源,片內集成帶可編程延遲模塊PDB和4個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量,測量精度可以達到0.5級,具有極高的性價比。 </P> <P> 1.2 電壓、電流、液位信號采集電路 </P> <P> 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,給采樣信號加入抬高電壓VREF,使交流信號的幅值大于零,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MCU芯片的AD采樣通道起到很好的保護作用。 </P> <P align=center><IMG border=0 src="/uploadfile/newspic/20150401144522375.jpg"></P> <P align=center>圖1 電壓采集電路 </P> <P> 液位信號普遍采集電路如圖2所示,當液位傳感器為兩線制的4-20mA接口時,要求我們的控制器輸出一個24VDC電源,安裝電阻R22、R45。當液位傳感器為三線制的4-20mA接口時,傳感器供電由外部開關電源提供,安裝電阻R44、R45。當液位傳感器為0-10V接口時,安裝電阻R44(0Ω)、R45。同理,在液位采集通道處也應加入保護電路。 </P> <P align=center><IMG border=0 src="/uploadfile/newspic/20150401144528718.jpg"></P> <P align=center>圖2 液位信號采集電路 </P> <P> <STRONG>2 傳統水泵的控制方式 </STRONG></P> <P> 在傳統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、轉換開關、熱繼電器、時間繼電器等組成。傳統的水泵控制方式內部接線復雜,給檢修人員調試設備與查找錯誤接線帶來難度,且功能一般比較單一,智能化改造無法接入系統,增加了后續(xù)設備投入。 </P> <P> 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、多功能保護繼電器、手/自動轉換開關、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/排水自動模式下,兩泵交替互備,根據水位不同情況,控制方式支持中水位一臺水泵運行,高(低)水位兩臺水泵同時運行。電流保護支持獨立開/關設置,支持備用泵只報警不脫扣,滿足地下車庫、消防栓等消防場所應用。智能型水泵控制器的二次接線圖如圖3所示。相比于傳統方式,其具有接線簡單,功能強大,后期升級方便等優(yōu)點。 </P> <P align=center><IMG border=0 src="/uploadfile/newspic/20150401144614367.jpg"></P> <P align=center>圖3 智能水泵控制器一用一備全壓起動液位控制器控制電路圖 </P> <P> <STRONG>4 性能比較 </STRONG></P> <P> 智能型控制器可有效解決傳統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、升級難等問題。傳統控制箱和智能水泵控制箱體的性能對比如表1所示。 {$page$}</P> <P> 表1 傳統控制箱和智能水泵控制箱控制方式性能比較 </P> <P align=center><IMG border=0 src="/uploadfile/newspic/20150401144645523.jpg"></P> <P> <STRONG>5 應用 </STRONG></P> <P> 地鐵、地下車站或橋梁隧道由于滲水或降雨,導致大量的積水,嚴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:由兩臺污水泵實現集水池積水的排放處理;兩臺污水泵交替排水工作,以防銹蝕卡死;、當前工作的污水泵出現故障時,備用泵能夠自動投入;當集水池中水位時一臺水泵運行,高水位時兩臺水泵同時運行;當集水池處于高水位時,水位報警;具有低水位、中水位、高水位、報警、故障指示燈指示。根據要求,設計兩臺水泵液位控制的安裝方式,如圖4所示。 </P> <P align=center><IMG border=0 src="/uploadfile/newspic/20150401144702250.jpg"></P> <P align=center>圖4 兩臺水泵液位控制的安裝方式 </P> <P> <STRONG>6 結語 </STRONG></P> <P> 采用智能水泵控制器為核心的水泵控制管理系統替代傳統或PLC方案的控制方案,實現無人值守的自動給/排水功能,并具有豐富的保護功能,使水泵運行更安全。 </P> <P> <STRONG>參考文獻 </STRONG></P> <P> [1] GB50015-2003 建筑給排水設計規(guī)范[S] </P> <P> [2] JGJ16-2008 民用建筑電氣設計規(guī)范[S] </P> <P> [3] 杜毅威,嚴厚偉,金丹.全新電機控制模塊技術及應用[J].建筑電氣,2011,(06). </P> <P> [4] 賈國方.水泵在線智能監(jiān)控技術的研究[J].排灌機械.2005(06).<SPAN style="FONT-FAMILY: Webdings"><</SPAN></P>