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摘要
針對傳統(tǒng)水泵控制方式存在的問題，設(shè)計一種多回路智能水泵控制器，具有現(xiàn)場手動控制、后臺遠(yuǎn)程控制和也為自動控制等多種控制方式。
關(guān)鍵字：水泵控制器 給水/排水 手動/液位自動控制
0 引言
在生產(chǎn)自動化場合和樓宇中，存在著大量的風(fēng)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(hù)元件。熱繼電器本身存在設(shè)計缺陷，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/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(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，時鐘頻率最高可達(dá)50.33MHz，內(nèi)置256K的Flash、16K的RAM、3路定時器、3路SCI通訊接口、內(nèi)置RTC時鐘、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(dá)到0.5級，具有極高的性價比。
1.2 電壓、電流、液位信號采集電路
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(hù)作用。
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圖1 電壓采集電路
液位信號普遍采集電路如圖2所示，當(dāng)液位傳感器為兩線制的4-20mA接口時，要求我們的控制器輸出一個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，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，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。
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圖2 液位信號采集電路
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水泵運行，高(低)水位兩臺水泵同時運行。電流保護(hù)支持獨立開/關(guān)設(shè)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(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，其具有接線簡單，功能強大，后期升級方便等優(yōu)點。
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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
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、升級難等問題。傳統(tǒng)控制箱和智能水泵控制箱體的性能對比如表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
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技術(shù)性能指標(biāo)
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傳統(tǒng)水泵控制箱
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智能水泵控制箱
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對比結(jié)果
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電源電壓
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AC187~231V
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AC85V~265V/
DC100V~350V
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電壓使用范圍明顯增大
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總體耗能
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50W以上
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7W左右
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能耗降低86%
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接線接點
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180點
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41點
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接點減少77%
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二次線
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120m
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30m
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節(jié)約二次線70%
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絕緣電阻
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1MΩ以上
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100MΩ
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絕緣安全性增強
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占用體積
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分布安裝，占用體積大
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集中安裝，占用體積小
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箱體尺寸減少約30%
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抗振性
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——
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能承受GB/T 11287－2000規(guī)定的等級為I級振動響應(yīng)和耐久試驗
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——
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抗干擾性
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——
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能承受GB/T 17626.2到GB/T 17626.6規(guī)定的Ⅲ級干擾
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——
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環(huán)境適應(yīng)性
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——
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污染等級3級
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——
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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：由兩臺污水泵實現(xiàn)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(dāng)前工作的污水泵出現(xiàn)故障時，備用泵能夠自動投入；當(dāng)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(dāng)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(jù)要求，設(shè)計兩臺水泵液位控制的安裝方式，如圖4所示。
圖4 兩臺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，實現(xiàn)無人值守的自動給/排水功能，并具有豐富的保護(hù)功能，使水泵運行更安全。
文章來源：《電氣應(yīng)用》2015年第2期
參考文獻(xiàn)
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作者簡介：於曉玨，女，就職于江蘇安科瑞電器制造有限公司，聯(lián)系電話：0510-86179853，郵箱：2880635300@qq.com，手機：15995369147，QQ：2880635300。
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