黃海¹  任傑²   陸偉青²

（1.中建三局集團有限公司建築設計院 武漢430064；2.安科瑞電氣股份有限公司 上海 201801）

摘要：針對傳統水泵控製方式存在的問題
，設計一種多回路智能水泵控製器
，具有現場手動控製
、後台遠程控製和也為自動控製等多種控製方式。

關鍵字：水泵控製器 給水/排水 手動/液位自動控製

Abstract：According to the construction and factory water supply and drainage application, the paper puts forward a multi loop smart pump controller, the controller requires control of water supply and drainage equipment can replace the traditional manual control, withthe scene in a variety of ways, the background of remote control and automatic control of liquid level, and on / emergence of the pump is running under voltage, over / underload (dry), protective effect of phase failure and external failures, also has the function of communication can pump operation information uploaded to the industrial automation DCS system and the building of intelligent BA system.
Keywords: water supply and drainage pump controller / manual / automatic control of liquid level

0 引言

   在生產自動化場合和樓宇中
，存在著大量的風機、水泵，出於成本考慮，普遍使用按鈕、熱繼電器等作為控製保護元件。熱繼電器本身存在設計缺陷，重複性差
、可靠性低，存在保護隱患
，且傳統的水泵控製方式存在控製線路複雜、功能單一、後(hou)期(qi)維(wei)護(hu)困(kun)難(nan)等(deng)缺(que)陷(xian)。因(yin)此(ci)傳(chuan)統(tong)水(shui)泵(beng)控(kong)製(zhi)明(ming)顯(xian)無(wu)法(fa)滿(man)足(zu)信(xin)息(xi)化(hua)和(he)智(zhi)能(neng)化(hua)的(de)功(gong)能(neng)要(yao)求(qiu)。隨(sui)著(zhe)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)發(fa)展(zhan)，測(ce)量(liang)保(bao)護(hu)技(ji)術(shu)的(de)成(cheng)熟(shu)，也(ye)改(gai)變(bian)著(zhe)傳(chuan)統(tong)水(shui)泵(beng)的(de)應(ying)用(yong)方(fang)式(shi)
，從(cong)按(an)鈕(niu)指(zhi)示(shi)燈(deng)到(dao)目(mu)前(qian)的(de)一(yi)體(ti)式(shi)智(zhi)能(neng)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)轉(zhuan)變(bian)。

1 智能水泵控製器的功能

   智能控製器需要的功能有：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（幹轉）、斷相等故障的保護功能；手動/液位的控製功能；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
；與上位機係統的通訊功能。

   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）架構內核的32位處理器MCF51EM256，時鍾頻率最高可達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時鍾、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可以直接控製觸發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。

   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於零，便於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，限製輸入電壓小於（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。

圖1 電壓采集電路

   液位信號普遍采集電路如圖2所示，當液位傳感器為兩線製的4-20mA接口時，要求我們的控製器輸出一個24VDC電源
，安裝電阻R22
、R45。當液位傳感器為三線製的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。

圖2 液位信號采集電路

2 傳統水泵的控製方式

   在傳統的水泵的控製回路中，通常主回路由斷路器
，接觸器和熱繼電器組成；控製回路一般由指示燈、儀表
、控製按鈕、轉換開關、熱繼電器、shijianjidianqidengzucheng。chuantongdeshuibengkongzhifangshineibujiexianfuza，geijianxiurenyuantiaoshishebeiyuzhazhaocuowujiexiandailainandu

，qiegongnengyibanbijiaodanyi，zhinenghuagaizaowufajieruxitong

，zengjialehouxushebeitouru。

   智能水泵控製器
，集成了水泵控製需要的電氣元件，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
、水位和水泵狀態指示等於一體，麵櫃式安裝。在給/排水自動模式下
，兩泵交替互備，根據水位不同情況，控製方式支持中水位一台水泵運行，高(低)水位兩台水泵同時運行。電流保護支持獨立開/關設置，支持備用泵隻報警不脫扣
，滿足地下車庫、消防栓等消防場所應用。智能型水泵控製器的二次接線圖如圖3所示。相比於傳統方式，其具有接線簡單，功能強大，後期升級方便等優點。

圖3 智能水泵控製器一用一備全壓起動液位控製器控製電路圖

4 性能比較  

   智能型控製器可有效解決傳統水泵控製的安全可靠度低
、控製箱體尺寸大、能耗高
、智能化低、升級難等問題。傳統控製箱和智能水泵控製箱體的性能對比如表1所示。

   表1 傳統控製箱和智能水泵控製箱控製方式性能比較

5 應用

   地鐵
、地下車站或橋梁隧道由於滲水或降雨
，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：由兩台汙水泵實現集水池積水的排放處理；兩台汙水泵交替排水工作，以防鏽蝕卡死；、當前工作的汙水泵出現故障時，備用泵能夠自動投入
；當集水池中水位時一台水泵運行，高水位時兩台水泵同時運行；當集水池處於高水位時，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，設計兩台水泵液位控製的安裝方式，如圖4所示。

圖4 兩台水泵液位控製的安裝方式

6 結語

   采用智能水泵控製器為核心的水泵控製管理係統替代傳統或PLC方案的控製方案，實現無人值守的自動給/排水功能
，並具有豐富的保護功能
，使水泵運行更安全。

   文章來源：《電氣應用》2015年第2期

參考文獻

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