一用一备水泵控制器的制作方法

1.本发明涉及水泵控制技术领域，具体涉及一种一用一备水泵控制器。


背景技术：

2.近年来，配电用电智能化水平持续提升，电气设备的智能化控制成为行业发展的一个重要趋势，实际应用中，虽然可以通过接触器等二次元器件的互锁来满足水泵运行与轮换的控制，及手动控制与自动控制，但是水泵的状态只能通过现场巡检来获取，不能够实现远程监控，且控制器为独立单元，不能够接收外部设备的信号开入，无法展开一个系统的协同工作。从而增加了设备及人员的投入成本，人力的检修成本，现场设备运行的可靠性差，事故率高。
3.现有技术是采用plc进行控制，成本很高；且仅仅实现了控制水泵启停、轮换、故障报警功能，不具备通信数据上传，及云端远程控制功能。很多场合由于条件的限制，很多控制系统没有自动轮换的功能，不能根据实际的液位需要进行调整，使用时很不方便。
4.本发明目的是降低成本，方便人工检修、并采集数据与外部设备协同工作，提高设备稳定性，实现智能化，而开发的一用一备水泵控制器。主要用于排污泵、稳压泵、给水泵等控制方面，并使其成本更低，更安全可靠；本发明的目的也是为了解决现有技术存在的水泵故障解决不及时，单个水泵的容易过载损坏的问题，进而提供一种智能水泵控制器及控制方法，保证在单个水泵发生故障时，系统仍然能正常使用；在水泵发生过载时能及时的关闭水泵，并且自动的切换到其他的水泵，增加水泵的使用寿命本。发明不仅具备两台水泵轮换启停、故障报警功能，还设有lora通信模块，及485通信模块，可以实现通信数据上传，及云端远程控制。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种一用一备水泵控制器，本发明不仅具备两台水泵轮换启停、故障报警功能，还设有lora通信模块以及485通信模块，能够实现通信数据上传以及云端远程控制。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一用一备水泵控制器，包括单片机控制模块、输入按键模块、显示模块、输出控制模块、电源管理模块、信号采集模块、通信模块；所述输出控制模块接收单片机控制模块发出的信号并反馈信号至单片机控制模块，所述信号采集模块、通信模块电连接单片机控制模块，所述信号采集模块通过检测液位状态、bas外控来实现对水泵系统的开关量检测，并将信号发送至单片机控制模块，所述单片机控制模块通过所述通信模块上的rs
‑
485电路、lora模块实现与控制中心的通信。
7.优选的，所述控制中心具有远程控制功能，能够根据现场水泵设备的实际需求，实现对现场水泵设备的远程启停功能；所述控制中心还具有自动轮换功能，能够通过检测记录上一次是哪台泵工作及每台泵是否故障，进而自动切换泵工作，当溢流时，则同时启动两台泵。
8.优选的，所述输出控制模块中设置有两台水泵，两台所述水泵分别为第一泵体、第二泵体，所述第一泵体、第二泵体的启动与关闭均受所述输出控制模块的控制。
9.优选的，所述输出控制模块包括继电器输出，所述继电器输出设置有三路，分别用三极管驱动，所述继电器输出的其中两路用以控制外部接触器通断，用以控制所述第一泵体、第二泵体的启动与关闭，另一路作为无源开关量输出，输出到信号采集模块。
10.优选的，所述显示模块采用8个led经电阻限流直接由单片机控制模块上的端口驱动，所述显示模块通过面板led的指示来呈现设备所处的状态，其包括单片机控制模块的电源指示、溢流指示、手动模式指示、自动模式指示、第一泵体启动指示、第一泵体故障指示、第二泵体启动指示、第二泵体故障指示。
11.优选的，所述输入按键模块能够控制单片机控制模块设置整体的工作模式，实现水泵的手动控制以及手动模式与自动模式的切换，并将此模式显示在显示模块上。
12.优选的，所述信号采集模块的信号采集方式为浮球接入型，所述开关量检测为外围使用带光耦隔离的开关量检测，开关量是外部输入的浮球开关高、中、低水位三个以及两个泵故障信号，所述开关量检测还有一路有源dc24v_bas开关量输入，采用整流桥整流后电阻分压经光耦输入到单片机控制模块，具有防反接功能。
13.优选的，所述单片机控制模块能够根据水位的不同，输出控制信号到输出控制模块，控制第一泵体、第二泵体之间的启动与关闭。
14.优选的，所述电源管理模块采用市电ac220v输入整流滤波模块后得到12v直流电源，用于为信号采集模块提供工作电源；12v直流电源再经电源芯片转换为5v直流电源为单片机控制模块提供工作电源。
15.优选的，所述单片机控制模块是以stc15w系列单片机为主控mcu，进行逻辑运算控制和信号监测。
16.优选的，所述输入按键模块采用微动开关，一端接地，另一端直接接主控mcu端口实现。
17.优选的，所述单片机控制模块还电连接有蜂鸣器发声告警模块，所述蜂鸣器发声告警模块采用三极管驱动蜂鸣器，由主控mcu端口控制，当主控mcu检测到水位过高溢流时、水泵故障时，主控mcu能够控制显示模块及蜂鸣器进行声光报警。
18.优选的，在不影响水泵正常运行的情况下，为了进一步提高运行水平，确定适宜的维修时间，本发明将采用热力学法测量水泵的进、出口处的压力和温度，根据水泵的实时效率与预设阈值进行比较，以达到实时的对水泵的故障进行监测，根据监测的水泵效率情况适时进行按“需”维修而不是按“时”维修，不仅可以避免不必要的维修费用，更可以及早发现问题，预防一些事故的发生。水泵的实时效率η和水泵的进、出口处的压力和温度之间满足以下关系：
[0019][0020]
上式中：p1、p2分别为水泵的进、出口处的压力；
[0021]
t1、t2分别为水泵的进、出口处的温度；
[0022]
为(p1 p2)/2和(t1 t2)/2下的质量体积流量，为一定值；
[0023]
为(p1 p2)/2和(t1 t2)/2下的等温系数；
[0024]
为(p1 p2)/2和(t1 t2)/2下的质量定压热容；
[0025]
λ为关系调节系数，取值范围为1.01
‑
1.03。
[0026]
优选的，为了解决现有技术存在的水泵故障解决不及时、单个水泵容易过载损坏的问题，为了进一步提高设备稳定性、智能化，本发明还公开了一种一用一备水泵控制方法，其包括以下步骤：
[0027]
a：系统通电后，默认进入自动状态，电源、自动指示灯亮，继电器rly3闭合，此时按第一泵体、第二泵体的启动、停止按键不起作用，溢流指示灯灭；
[0028]
b：当低水位浮球、中水位浮球都闭合时，则继电器rly1闭合，第一泵体启动指示灯亮；当高水位浮球闭合时，溢流指示灯闪烁，继电器rly1、rly2闭合使第一泵体、第二泵体同时工作，蜂鸣器发出嘀嘀嘀报警音，持续15s后停止声响，但指示灯不停；当浮球全断开时，继电器rly1、rly2断开，第一泵体、第二泵体停止工作，指示灯灭；
[0029]
c：当低水位浮球、中水位浮球再次都闭合时，则继电器rly2闭合，第二泵体启动指示灯亮；当高水位浮球再次闭合时，溢流指示灯闪烁，继电器rly2、rly1闭合使第二泵体、第一泵体同时工作，蜂鸣器发出嘀嘀嘀报警音，持续15s后停止声响，但指示灯不停；当浮球全断开时，继电器rly1、rly2断开，第一泵体、第二泵体停止工作，指示灯灭；
[0030]
d：如此按照b～c步骤循环；
[0031]
e：在蜂鸣器发音时，按下消音键，则关闭蜂鸣器；
[0032]
f：当外部bas信号传递到cn2的13、14脚，则强制闭合继电器rly1或rly2(取决于轮换状态)，进而启动第一泵体或第二泵体；
[0033]
g：按下手动按键，手动指示灯亮，自动指示灯灭，三个继电器全断开，进入手动状态；
[0034]
h：按下第一泵体启动按键，则继电器rly1闭合，第一泵体启动指示灯亮，按下第一泵体停止按键，则继电器rly1断开，第一泵体启动指示灯灭；
[0035]
i：按下第二泵体启动按键，则继电器rly2闭合，第二泵体启动指示灯亮，按下第二泵体停止按键，则继电器rly2断开，第二泵体启动指示灯灭；
[0036]
j:按下自动按键，自动指示灯亮，手动指示灯灭，继电器rly3闭合，进入自动状态，并将自动状态信号由cn2的3、4脚传递出去。
[0037]
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0038]
(1)本发明一用一备水泵控制器，通过设置通信模块，单片机控制模块能够通过该通信模块上的rs
‑
485电路、lora模块实现与控制中心的通信，从而实现具备通信数据上传以及云端远程控制的功能，且远程控制包括远程手动控制以及远程自动控制两种方式，操作灵活方便，远程自动控制下能够节省人力，使其更加智能化。
[0039]
(2)本发明一用一备水泵控制器，该设备能够通过检测液位状态、bas外控来进行水泵系统的协调控制，能够通过远程开入点实现装置的远程控制，通过对故障点的检测对水泵进行控制，同时对故障点进行显示，通过面板按键还能够实现水泵的手动控制及手动模式与自动模式的切换，从而实现双泵自动轮换、远程输入输出信号系统协同控制。
[0040]
(3)本发明一用一备水泵控制器，通过将信号采集模块的信号采集方式设置为浮
球接入型，能够根据低水位浮球、中水位浮球、高水位浮球的闭合情况，选择控制第一泵体、第二泵体的工作，从而能够智能的降低单个水泵的压力，同时根据水位的不同高低，控制不同数目的水泵进行工作，实现水泵减载的功能。
[0041]
(4)本发明一用一备水泵控制器，该单片机控制模块是以stc15w系列单片机为主控mcu，来进行逻辑运算控制和信号监测，通过使用最经济的mcu，能够在保证功能完善的基础上使其成本更低，便于推广和使用。
附图说明
[0042]
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0043]
图1为本发明的总模块示意图。
[0044]
图2为本发明的单片机控制模块电路图。
[0045]
图3为本发明的输入按键模块电路图。
[0046]
图4为本发明的显示模块电路图。
[0047]
图5为本发明的输出控制模块电路图。
[0048]
图6为本发明的电源管理模块电路图。
[0049]
图7为本发明的信号采集模块电路图。
[0050]
图8为本发明的通信模块电路图。
[0051]
图9为本发明的总模块电路图。
[0052]
图10为本发明的控制器接口示意图。
[0053]
图中：1、单片机控制模块；2、输入按键模块；3、显示模块；4、输出控制模块；5、电源管理模块；6、信号采集模块；7、通信模块。
具体实施方式
[0054]
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0055]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0056]
实施例一：
[0057]
如图1
‑
10所示，一用一备水泵控制器，包括单片机控制模块1、输入按键模块2、显示模块3、输出控制模块4、电源管理模块5、信号采集模块6、通信模块7；所述输出控制模块4接收单片机控制模块1发出的信号并反馈信号至单片机控制模块1，所述信号采集模块6、通
信模块7电连接单片机控制模块1，所述信号采集模块6通过检测液位状态、bas外控来实现对水泵系统的开关量检测，并将信号发送至单片机控制模块1，所述单片机控制模块1通过所述通信模块7上的rs
‑
485电路、lora模块实现与控制中心的通信，将采集到的设备的状态及信号、异常的报警传至控制中心。
[0058]
所述输出控制模块包括继电器输出、开关量输出，所述输出控制模块还可以采用可控硅驱动电路，如采用moc3061双向光耦驱动双向可控硅输出，作为交流负载的开关电路。
[0059]
所述通信模块485电路还可以是422、232、can通信电路替换；所述lora模块还可以采用以太网模块、wifi模块替换。
[0060]
所述控制中心具有远程控制功能，能够根据现场水泵设备的实际需求，实现对现场水泵设备的远程启停功能；所述控制中心还具有自动轮换功能，能够通过检测记录上一次是哪台泵工作及每台泵是否故障，进而自动切换泵工作，当溢流时，则同时启动两台泵。
[0061]
所述输出控制模块中设置有两台水泵，两台所述水泵分别为第一泵体、第二泵体，所述第一泵体、第二泵体的启动与关闭均受所述输出控制模块4的控制。
[0062]
所述输出控制模块4包括继电器输出，所述继电器输出设置有三路，分别用三极管驱动，所述继电器输出的其中两路用以控制外部接触器通断，用以控制所述第一泵体、第二泵体的启动与关闭，另一路作为无源开关量输出，输出到信号采集模块。
[0063]
所述显示模块3采用8个led经电阻限流直接由单片机控制模块1上的端口驱动，所述显示模块3通过面板led的指示来呈现设备所处的状态，其包括单片机控制模块的电源指示、溢流指示、手动模式指示、自动模式指示、第一泵体启动指示、第一泵体故障指示、第二泵体启动指示、第二泵体故障指示。
[0064]
所述输入按键模块2能够控制单片机控制模块设置整体的工作模式，实现水泵的手动控制以及手动模式与自动模式的切换，并将此模式显示在显示模块3上。
[0065]
所述信号采集模块6的信号采集方式为浮球接入型，所述开关量检测为外围使用带光耦隔离的开关量检测，开关量是外部输入的浮球开关高、中、低水位三个以及两个泵故障信号，所述开关量检测还有一路有源dc24v_bas开关量输入，采用整流桥整流后电阻分压经光耦输入到单片机控制模块，具有防反接功能。
[0066]
所述单片机控制模块能够根据水位的不同，输出控制信号到输出控制模块，控制第一泵体、第二泵体之间的启动与关闭。
[0067]
所述电源管理模块5采用市电ac220v输入整流滤波模块后得到12v直流电源，用于为信号采集模块提供工作电源；12v直流电源再经电源芯片转换为5v直流电源为单片机控制模块1提供工作电源。
[0068]
所述单片机控制模块是以stc15w系列单片机为主控mcu，进行逻辑运算控制和信号监测。使用的是最经济的mcu，7元/pcs，相较plc几百元以上及stm32 100元/pcs以上有绝对优势。
[0069]
所述输入按键模块采用微动开关，一端接地，另一端直接接主控mcu端口实现。
[0070]
所述单片机控制模块还电连接有蜂鸣器发声告警模块，所述蜂鸣器发声告警模块采用三极管驱动蜂鸣器，由主控mcu端口控制，当主控mcu检测到水位过高溢流时、水泵故障时，主控mcu能够控制显示模块及蜂鸣器进行声光报警。
[0071]
实施例二：
[0072]
在实施例一的基础上，所述第一泵体、第二泵体的进、出口处均设置有用于测量第一泵体、第二泵体的进、出口处的压力、温度的压力传感器和温度传感器，所述压力传感器和温度传感器均与主控mcu电连接。
[0073]
在不影响水泵正常运行的情况下，为了进一步提高运行水平，确定适宜的维修时间，本发明将采用热力学法测量水泵的进、出口处的压力和温度，根据水泵的实时效率与预设阈值进行比较，以达到实时的对水泵的故障进行监测，根据监测的水泵效率情况适时进行按“需”维修而不是按“时”维修，不仅可以避免不必要的维修费用，更可以及早发现问题，预防一些事故的发生。水泵的实时效率η和水泵的进、出口处的压力和温度之间满足以下关系：
[0074][0075]
式中：p1、p2分别为水泵的进、出口处的压力；
[0076]
t1、t2分别为水泵的进、出口处的温度；
[0077]
为(p1 p2)/2和(t1 t2)/2下的质量体积流量，为一定值；
[0078]
为(p1 p2)/2和(t1 t2)/2下的等温系数；
[0079]
为(p1 p2)/2和(t1 t2)/2下的质量定压热容；
[0080]
λ为关系调节系数，取值范围为1.01
‑
1.03。
[0081]
常规法测泵效率必须测量出泵的流量、扬程和功率。但是，采用这种方法时，一方面由于流量的测量一般用节流式流量计，会产生节流损失；另一方面，功率的测量也不易测得准确。因此，在现场用常规方法测量泵效率一直是个难题，更不用说实现在线监测了。而热力学方法测量泵效率则不存在上述问题，该方法不以测量流量、功率和扬程为前提。它是根据能量守恒原理推导的，其测定方法简单，只需测量泵的进出口压力和温度即可算出效率；方法只在水泵进出口装设测量温度和压力的传感器，没有节流装置，不会造成压力降，对水泵的运行没有影响。
[0082]
实施例三：
[0083]
在实施例一的基础上，为了解决现有技术存在的水泵故障解决不及时、单个水泵容易过载损坏的问题，为了进一步提高设备稳定性、智能化，本发明还公开了一种一用一备水泵控制方法，其包括以下步骤：
[0084]
a：系统通电后，默认进入自动状态，电源、自动指示灯亮，继电器rly3闭合，此时按第一泵体、第二泵体的启动、停止按键不起作用，溢流指示灯灭；
[0085]
b：当低水位浮球、中水位浮球都闭合时，则继电器rly1闭合，第一泵体启动指示灯亮；当高水位浮球闭合时，溢流指示灯闪烁，继电器rly1、rly2闭合使第一泵体、第二泵体同时工作，蜂鸣器发出嘀嘀嘀报警音，持续15s后停止声响，但指示灯不停；当浮球全断开时，继电器rly1、rly2断开，第一泵体、第二泵体停止工作，指示灯灭；
[0086]
c：当低水位浮球、中水位浮球再次都闭合时，则继电器rly2闭合，第二泵体启动指示灯亮；当高水位浮球再次闭合时，溢流指示灯闪烁，继电器rly2、rly1闭合使第二泵体、第
一泵体同时工作，蜂鸣器发出嘀嘀嘀报警音，持续15s后停止声响，但指示灯不停；当浮球全断开时，继电器rly1、rly2断开，第一泵体、第二泵体停止工作，指示灯灭；
[0087]
d：如此按照b～c步骤循环(通过该设置。实现泵体间的自动循环转换)；
[0088]
e：在蜂鸣器发音时，按下消音键，则关闭蜂鸣器；
[0089]
f：当外部bas信号传递到cn2的13、14脚，则强制闭合继电器rly1或rly2(取决于轮换状态)，进而启动第一泵体或第二泵体；
[0090]
g：按下手动按键，手动指示灯亮，自动指示灯灭，三个继电器全断开，进入手动状态；
[0091]
h：按下第一泵体启动按键，则继电器rly1闭合，第一泵体启动指示灯亮，按下第一泵体停止按键，则继电器rly1断开，第一泵体启动指示灯灭；
[0092]
i：按下第二泵体启动按键，则继电器rly2闭合，第二泵体启动指示灯亮，按下第二泵体停止按键，则继电器rly2断开，第二泵体启动指示灯灭；
[0093]
j:按下自动按键，自动指示灯亮，手动指示灯灭，继电器rly3闭合，进入自动状态，并将自动状态信号由cn2的3、4脚传递出去。
[0094]
通过上述技术方案得到的是一种一用一备水泵控制器，在使用过程中，该设备可通过检测液位状态、bas外控来进行水泵系统的协调控制，可通过通信模块实现装置的远程输入、输出信号系统协同控制，通过对故障点的检测对水泵进行控制，同时对故障点进行显示，通过面板按键实现水泵的手动控制及手动模式与自动模式的切换，能够根据低水位浮球、中水位浮球、高水位浮球的闭合情况，选择控制第一泵体、第二泵体的工作，从而能够智能的降低单个水泵的压力，同时根据水位的不同高低，控制不同数目的水泵进行工作，实现水泵减载的功能。
[0095]
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。