黃海1 任杰2 陸偉青2

（1.中建三局集團(tuán)有限公司建筑設(shè)計(jì)院 武漢430064；2.安科瑞電氣股份有限公司 上海 201801）

    摘要：針對(duì)傳統(tǒng)水泵控制方式存在的問題，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(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(開關(guān)或模擬量)的測(cè)量功能；過/欠壓、相序、過載、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)，具有極高的性價(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)液位傳感器為三線制的4-20mA接口時(shí)，傳感器供電由外部開關(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)部接線復(fù)雜，給檢修人員調(diào)試設(shè)備與查找錯(cuò)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(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/關(guān)設(shè)置，支持備用泵只報(bào)警不脫扣，滿足地下車庫(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圖如圖3所示。相比于傳統(tǒng)方式，其具有接線簡(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圖

    4 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

    5 應(yīng)用

    地鐵、地下車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

    6 結(jié)語

    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。

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