CN104005944B - 一种水泵防冻控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水泵防冻控制系统及其控制方法，属于水泵技术领域。它解决了现有水泵防冻技术复杂，局限性高问题。本水泵防冻控制系统包括流量传感器、温度传感器、压力传感器、显示器以及控制器，流量传感器设置在水泵进水口，温度传感器以及压力传感器设置在水泵的水腔底部，电机的电机轴与水泵叶轮连接，流量传感器、温度传感器以及压力传感器分别与控制器信号输入端连接，显示器、电机分别与控制信号输出端连接。本水泵防冻控制方法包括：(1)传感器检测步骤；(2)水温检测步骤；(3)干运转检测步骤；(4)冰冻检测步骤。本水泵防冻控制系统及其控制方法能够实现水泵防冰冻功能，结构简单、实用性好、生产及使用成本低。

Description

一种水泵防冻控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于水泵技术领域，涉及一种水泵防冻控制系统及其控制方法。

背景技术

在寒冷的冬天，室外温度非常低，甚至低于结冰点，因此室外的水泵往往出现结冰现象，水泵水腔内的水由于未被排出在水腔内结冰，结冰后体积膨胀，导致水泵的水腔破裂。为了是水泵不被冻坏，目前采用的手段主要有：a、将可发热的防冻器放置在水泵的附近，通过给水泵加热使其避免被冰冻；b、将水泵设置在室内，由于室内比室外温度相对较高，不容易降到零度以下，因此可以适当防止水泵结冰，但是由于在大多数情况下水泵难以实现安装在室内，因此局限性较大。为此，有人研究出了一种新的方法来实现水泵防冻，如中国发明专利一种水泵防冻裂控制系统及其控制方法，申请号CN201310251262.0，公告号CN103306963A。其方案是：一种水泵防冻裂控制系统，包括水泵，其特征在于：所述水泵的进水侧设有第一常闭电磁阀，水泵的出水侧设有第四常闭电磁阀；位于进水侧的第一常闭电磁阀与水泵之间设有进水侧三通管，该进水侧三通管的中间出口朝上并连接第一管路，在第一管路的末端设有第二常闭电磁阀；位于出水侧的第四常闭电磁阀与水泵之间设有出水侧三通管，该出水侧三通管的中间出口朝下并连接第二管路，在第二管路的末端设有第三常闭电磁阀，所有的常闭电磁阀和水泵分别与一单片机控制系统连接。该系统能够实现在每次水泵使用结束后将水泵内的水全部排出，从而实现防冻裂的目的。其控制方法是：在需要用水时，通过单片机控制系统启动水泵，自动打开第一常闭电磁阀和第四常闭电磁阀，关闭第二常闭电磁阀和第三常闭电磁阀，进水测开始进水；结束用水时，自动关闭第一常闭电磁阀和第四常闭电磁阀，打开第二常闭电磁阀和第三常闭电磁阀，以排出水泵内的水，实现防冻裂的目的。虽然上述技术方案能够实现水泵的防冻裂目的，但是由于其结构相对现有水泵来说进行较为复杂的改变，增加了较多的管道和阀门，这样使得结构变得更加复杂，大大增加了成本，并且还存在水泵干运转的情况。

发明内容

本发明针对现有的技术存在上述问题，提出了一种在现有基础上对水泵的结构改变小、实施容易，易于实现水泵防冻以及防干运转的水泵防冻控制系统及其控制方法。

本发明通过下列技术方案来实现：一种水泵防冻控制系统，水泵包括进水口、出水口、水腔、叶轮、电机以及控制系统，其特征在于，所述水泵防冻控制系统包括流量传感器、温度传感器、压力传感器、显示器以及控制器，所述流量传感器设置在水泵进水口，所述温度传感器以及压力传感器设置在水泵的水腔底部，所述电机的电机轴与水泵叶轮连接，所述流量传感器、温度传感器以及压力传感器分别与控制器信号输入端连接，所述显示器、电机分别与控制信号输出端连接，所述控制器用于接收流量传感器、温度传感器和压力传感器发送的信号并输送到显示器上显示同时输出控制信号控制电机启动或者停止。

本水泵防冻控制系统中，流量传感器用于感应水泵进水口是否有水流经过，温度传感器用于感应水腔内水温，压力传感器用于感应水腔内是否存在水压，以判断水腔内是否有水存在。

本发明还提供了上述水泵防冻控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)传感器检测步骤：当水泵插入电源后，控制器在持续时间t1内依次对流量传感器和压力传感器采集的信号进行接收并通过显示器显示，如果显示有流量信号则判断流量传感器发生故障，如果没有流量信号则检测压力信号，此时如果没有压力信号则判断压力传感器发生故障，如果有压力信号则执行下一步骤；

(2)水温检测步骤：启动水泵，然后温度传感器采集水腔内水温并发送给控制器，控制器将温度传感器水腔内水温与预设温度T1比较，如果水腔内水温大于预设温度T1，则控制器控制水泵关闭，如果水腔内水温小于或等于预设温度T1，则水泵进入正常模式；

(3)干运转检测步骤：当水泵进入正常模式后，流量传感器检测是否有流量信号，如果有流量信号继续正常模式，如果没有流量信号则检测压力信号，如果没有检测到压力信号，则判断水泵处于干运转状态并进行防干运转控制步骤，如果检测到压力信号，则循环执行本步骤直至计时至预设时间t2；

(4)冰冻检测步骤：当步骤(3)中没有检测到流量信号但是有压力信号且持续时间大于预设时间t2时，关闭水泵并执行防冰冻控制步骤，然后继续检测压力信号，如果没有检测到压力信号，则启动水泵并返回正常模式，如果检测到压力信号，再次关闭水泵并执行防冰冻控制步骤。

通过传感器检测步骤检测流量传感器以及压力传感器是否处于正常模式状态，即是否出现故障，以排除由于传感器故障引起的系统误操作；通过水温监测步骤以确保水泵是否能够正常运行，当水腔内水温超过预设温度T1时关闭水泵以防止水温过高导致水泵出现问题，通过该步骤能够保证水腔内温度处于一个正常范围，以保证水泵正常模式；干运转检测步骤能够使水泵避免在没有进水的情况下无故运行，以保证水泵的使用寿命；冰冻检测步骤使水泵在水腔内温度降低且进水口未进水的情况下通过防冰冻控制步骤启动水泵，通过叶轮转动带动水腔内水流高速运动产生热量使水腔内水的温度上升，从而避免水腔内水结冰，实现防冻目的。

在上述的一种水泵防冻控制方法中，步骤(2)还包括当水泵关闭一段时间后，温度传感器再次采集水腔内水温，并将水腔内水温与控制器中预设温度T2比较，当水腔内水温小于预设温度T2时启动水泵进入正常模式。该步骤能够使水泵水腔内水温保持在T2、T1之间，使水温维持一个相对平衡的状态。

在上述的一种水泵防冻控制方法中，步骤(3)进行防干运转控制步骤包括：检测压力信号以及流量信号，当检测到压力信号以及流量信号时退出干运转控制步骤；当没有检测到压力信号以及流量信号时，进行水泵运行计时，如果水泵运行时间超过预设时间t3，则关闭水泵并对干运转状态次数进行计数，同时根据不同次数的干运转状态设定持续时间阈值，当持续时间超过阈值时启动水泵再次执行干运转控制步骤。该步骤是水泵避免处于没水却在运行的状况发生，以保护电机，延长其使用寿命，同时节约能源。

在上述的一种水泵防冻控制方法中，所述干运转状态计数总数为3，当干运转状态次数为1时，设定的持续时间阈值为1小时，当干运转状态次数为2时，设定的持续时间阈值为2小时，当干运转状态次数为3时，设定的持续时间阈值为24小时。

在上述的一种水泵防冻控制方法中，步骤(4)进行防冰冻控制步骤包括：通过温度传感器采集水腔内水温并与控制器中的预设温度T3度比较，当水腔内水温大于或等于预设温度T3度时关闭水泵并退出防冰冻控制步骤；当水腔内水温小于预设温度T3度时，启动水泵并通过显示器显示水泵的工作状态，然后再次检测水腔内水温并与控制器中预设温度T4度进行比较，当水腔内水温大于预设温度T4度时关闭水泵并退出防冰冻控制步骤，当水腔内水温小于预设温度T4度时进行计时，在运行时间t4秒后水腔内水温大于预设温度T5度时再次启动水泵运行，在运行时间t4秒后水腔内水温小于预设温度T5度时，显示水泵工作状态并报警。该步骤使水泵在未进水但是水腔内水温又下降趋向冰冻时，水泵启动，通过电机带动叶轮旋转，叶轮使水腔内的水高速运动产生热量，从而使水温升高，以避免水腔内水发生结冰现象，保护水泵不被冻裂。

与现有技术相比，本发明的水泵防冻控制系统及其控制方法具有以下优点：对现有水泵结构改变较少，因此适合在多数水泵中适当改进即可，现有水泵无需重新设计磨具，减少了生产和使用成本；设计了传感器检测步骤，减少了因传感器故障产生的误运行，节约了资源；设计了防干运转功能，防治水泵干运转，增加了水泵中电机的使用寿命，同时节约了电能；实现了水泵防冰冻功能，结构简单，局限性小，实用性高。

附图说明

图1是本发明的一种水泵防冻控制系统的原理图。

图2是本发明一种水泵防冻控制方法的流程图。

图3是本发明一种水泵防冻控制方法中水泵进入正常模式的流程图。

图4是本发明一种水泵防冻控制方法中防干运转控制步骤流程图。

图5是本发明一种水泵防冻控制方法中防冰冻控制步骤流程图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

图1示出了本水泵控制方法中控制系统的原理图，在水泵防冻控制系统中包括流量传感器、温度传感器、压力传感器、电机、显示器以及控制器，流量传感器设置在水泵进水口，温度传感器以及压力传感器设置在水泵的水腔中，流量传感器、温度传感器以及压力传感器分别与控制器信号输入端连接，电机、显示器分别与控制信号输出端连接。

水泵控制方法主要包括以下步骤：

如图2所示，(1)传感器检测步骤：当水泵插入电源后，控制器在持续时间t1内依次对流量传感器和压力传感器采集的信号进行接收并通过显示器显示，如果显示有流量信号则判断流量传感器发生故障，如果没有流量信号则检测压力信号，此时如果没有压力信号则判断压力传感器发生故障，如果有压力信号则执行下一步骤；在插入电源后，水泵本身并未启动，即水泵没有处于工作状态，因此在正常情况下流量传感器检测不到流量信号，如果显示器显示有流量信号，即可认为流量传感器出现问题；同样，在正常情况下水泵的水腔中通常会有水存留，因此压力传感器能够检测到压力信号，如果压力传感器没有检测到压力信号，则可以判断压力传感器出现问题。此外，对于此刻水腔内的温度可以检测也可以不必检测，具体可根据实际需要进行设置。本传感器检测步骤的持续时间t1可以人为的设置2秒-5秒，通常情况下，设置2秒检测时间即可，使控制系统具有足够的自检时间，从而排除因传感器故障导致水泵运行出错等状况。

如图2所示，(2)水温检测步骤：经过为时2秒的(1)传感器检测步骤后，启动水泵，然后温度传感器采集水腔内水温信号并发送给控制器，控制器将温度传感器水腔内水温与预设温度T1比较，如果水腔内水温大于预设温度T1，则控制器控制水泵关闭，如果水腔内水温小于或等于预设温度T1，则水泵进入正常模式，此外，还包括当水泵关闭一段时间后，再次检测水腔的温度，并将该水腔温度与控制器中预设温度T2比较，当水腔内水温小于预设温度T2时启动水泵进入正常模式。在本步骤中，预设温度T1为100度、预设温度T2为85度。该步骤能够使水泵水腔内的温度保持在T2、T1之间，使水温维持一个相对平衡的状态。

如图3、图4所示，(3)干运转检测步骤：当水泵进入正常模式后，流量传感器检测是否有流量信号，如果有流量信号继续正常模式，如果没有流量信号则检测压力信号，如果没有检测到压力信号，则判断水泵处于干运转状态并进行防干运转控制步骤，如果检测到压力信号，则循环执行本步骤直至计时至预设时间t2；其中，防干运转控制步骤具体包括：检测压力信号以及流量信号，当检测到压力信号以及流量信号时退出干运转控制步骤；当没有检测到压力信号以及流量信号时，进行水泵运行计时，如果水泵运行时间超过预设时间t3，则关闭水泵并对干运转状态次数进行计数，同时根据不同次数的干运转状态设定持续时间阈值，当持续时间超过阈值时启动水泵再次执行干运转控制步骤。在本步骤中，预设时间t2具体设置为10秒，预设时间t3设置为6分钟。该步骤是水泵避免处于没水却在运行的状况发生，以保护电机，延长其使用寿命，同时节约能源。

为了防止水泵陷入干运转检测步骤的无限循环过程，将干运转状态计数总数设置为3，当干运转状态次数为1时，设定的持续时间阈值为1小时，当干运转状态次数为2时，设定的持续时间阈值为2小时，当干运转状态次数为3时，设定的持续时间阈值为24小时。也就是说，当水泵处于第一次干运转状态时，其持续时间最多为1小时，超过1小时后将启动水泵；当水泵处于第二次干运转状态时，其持续时间最多为2小时，超过2小时后将启动水泵；当水泵处于第三次干运转状态时，其持续时间最多为24小时，超过24小时后将启动水泵，该措施能够水泵长时间处于干运转状态，起到保护作用。

如图3、图5所示，(4)冰冻检测步骤：当步骤(3)中没有检测到流量信号但是有压力信号且持续时间大于10秒时，关闭水泵并执行防冰冻控制步骤，然后继续检测压力信号，如果没有检测到压力信号，则启动水泵并返回正常模式，如果检测到压力信号，再次关闭水泵并执行防冰冻控制步骤。具体来说，防冰冻控制步骤包括：通过温度传感器采集水腔内的温度并与控制器中的预设温度T3比较，当水腔内的温度大于或等于预设温度T3时关闭水泵并退出防冰冻控制步骤；当水腔内的温度小于预设温度T3时，启动水泵并通过显示器显示水泵的工作状态，然后再次检测水腔内水温并与控制器中预设温度T4进行比较，当水腔温度大于预设温度T4时关闭水泵并退出防冰冻控制步骤，当水腔温度小于预设温度T4时进行计时，在运行时间t4后水腔温度大于预设温度T5时再次启动水泵运行，在运行时间t4后水腔温度小于预设温度T5时，显示水泵工作状态并报警。在本步骤中，预设温度T3为4度，预设温度T4为55度，预设温度T5为6度，运行时间t4为15分钟。该步骤使水泵在未进水但是水腔内温度又下降趋向冰冻时，水泵启动，通过电机带动叶轮旋转，叶轮使水腔内的水高速运动产生热量，从而使水温升高，以避免水腔内水发生结冰现象，保护水泵不被冻裂。

本发明的水泵防冻控制系统及其控制方法能够在现有水泵的基础上做少量的改进，仅仅加装几个传感器，而不对水泵本身的就够进行复杂改变，通过控制方法实现水泵防冰冻功能，具体来说，是先通过传感器检测步骤排除传感器故障，确保水泵功能正常，然后对水温检测，确定水泵是否处于正常模式，继而通过干运转检测步骤排除水泵干运转状态，然后确定水泵是否处于冰冻状态，当水泵处于或者趋向冰冻状态时通过启动水泵电机带动叶轮旋转，高速搅动水腔内的水，防止其冰冻，实现防冻功能，保护水泵的安全，延长水泵的使用寿命。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种水泵防冻控制系统，水泵包括进水口、出水口、水腔、叶轮、电机以及控制系统，其特征在于，所述水泵防冻控制系统包括流量传感器、温度传感器、压力传感器、显示器以及控制器，所述流量传感器设置在水泵进水口，所述温度传感器以及压力传感器设置在水泵的水腔底部，所述电机的电机轴与水泵叶轮连接，所述流量传感器、温度传感器以及压力传感器分别与控制器信号输入端连接，所述显示器、电机分别与控制信号输出端连接，所述控制器用于接收流量传感器、温度传感器和压力传感器发送的信号并输送到显示器上显示同时输出控制信号控制电机启动或者停止。

2.权利要求1所述一种水泵防冻控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)传感器检测步骤：当水泵插入电源后，控制器在持续时间t1内依次对流量传感器和压力传感器采集的信号进行接收并通过显示器显示，如果显示有流量信号则判断流量传感器发生故障，如果没有流量信号则检测压力信号，此时如果没有压力信号则判断压力传感器发生故障，如果有压力信号则执行下一步骤；

(2)水温检测步骤：启动水泵，然后温度传感器采集水腔内水温并发送给控制器，控制器将温度传感器水腔内水温与预设温度T1比较，如果水腔内水温大于预设温度T1，则控制器控制水泵关闭，如果水腔内水温小于或等于预设温度T1，则水泵进入正常模式；

(3)干运转检测步骤：当水泵进入正常模式后，流量传感器检测是否有流量信号，如果有流量信号继续正常模式，如果没有流量信号则检测压力信号，如果没有检测到压力信号，则判断水泵处于干运转状态并进行防干运转控制步骤，如果检测到压力信号，则循环执行本步骤直至计时至预设时间t2；

(4)冰冻检测步骤：当步骤(3)中没有检测到流量信号但是有压力信号且持续时间大于预设时间t2时，关闭水泵并执行防冰冻控制步骤，然后继续检测压力信号，如果没有检测到压力信号，则启动水泵并返回正常模式，如果检测到压力信号，再次关闭水泵并执行防冰冻控制步骤。

3.根据权利要求2所述的一种水泵防冻控制系统的控制方法，其特征在于，步骤(2)还包括当水泵关闭一段时间后，温度传感器再次采集水腔内水温，并将水腔内水温与控制器中预设温度T2比较，当水腔内水温小于预设温度T2时启动水泵进入正常模式。

4.根据权利要求3所述的一种水泵防冻控制系统的控制方法，其特征在于，步骤(3)进行防干运转控制步骤包括：检测压力信号以及流量信号，当检测到压力信号以及流量信号时退出干运转控制步骤；当没有检测到压力信号以及流量信号时，进行水泵运行计时，如果水泵运行时间超过预设时间t3，则关闭水泵并对干运转状态次数进行计数，同时根据不同次数的干运转状态设定持续时间阈值，当持续时间超过阈值时启动水泵再次执行干运转控制步骤。

5.根据权利要求4所述的一种水泵防冻控制系统的控制方法，其特征在于，所述干运转状态计数总数为3，当干运转状态次数为1时，设定的持续时间阈值为1小时，当干运转状态次数为2时，设定的持续时间阈值为2小时，当干运转状态次数为3时，设定的持续时间阈值为24小时。

6.根据权利要求3或4所述的一种水泵防冻控制系统的控制方法，其特征在于，步骤(4)进行防冰冻控制步骤包括：通过温度传感器采集水腔内水温并与控制器中的预设温度T3度比较，当水腔内水温大于或等于预设温度T3度时关闭水泵并退出防冰冻控制步骤；当水腔内水温小于预设温度T3度时，启动水泵并通过显示器显示水泵的工作状态，然后再次检测水腔内水温并与控制器中预设温度T4度进行比较，当水腔内水温大于预设温度T4度时关闭水泵并退出防冰冻控制步骤，当水腔内水温小于预设温度T4度时进行计时，在运行时间t4秒后水腔内水温大于预设温度T5度时再次启动水泵运行，在运行时间t4秒后水腔内水温小于预设温度T5度时，显示水泵工作状态并报警。