CN104295519A - 一种控制装置、水环真空泵及其控制方法 - Google Patents

一种控制装置、水环真空泵及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种控制装置，包括控制电路、设置在真空泵内的真空度传感器、设置在供水管道内的水流量传感器、设置在供水管道内的电磁阀；所述控制电路包括单片机、外部复位时钟电路、A/D转换电路、串行通讯电路、D/A转换电路，所述外部复位时钟电路、串行通讯电路分别与单片机连接，所述单片机经D/A转换电路与电磁阀连接，所述真空度传感器、水流量传感器经控制电路的A/D转换电路与所述单片机连接，所述单片机分别与所述控制供水管道内水流量的电磁阀；本发明还公开了一种水环真空泵及其控制方法，通过本发明使得水环真空泵的功耗降低到最小，从而实现水环真空泵的节能控制，节约电能同时可以稳定真空度，提高水环真空泵的工作效率。

Description

一种控制装置、水环真空泵及其控制方法
技术领域
本发明涉及真空泵控制领域，具体涉及了一种控制装置、水环真空泵及其控制方法。
背景技术
水环真空泵在实际工业现场使用过程中通常采用直接供水的方式，由一个固定阀门控制供水水量，进而确定控制流入泵体内的水位高低，水环真空泵的这种工作方式不能使水环的大小处于真空泵最佳的工作状态。当电机的转速一定，在一定的水位范围内，水位高所形成的水环大，水位低，所形成的水环小，即当水环偏大时，会使功耗增加，故水环真空泵效率下降，电能损耗加大；同时，又由于供水管道供水量会随着工作状态的变化而变化，这就使得水环真空泵的真空度受到一定的影响，同时又增加了能源损耗。
发明内容
为解决现有存在的技术问题，本发明实施例提供一种控制装置、水环真空泵及其控制方法，能够使得水流以最佳的流速注入真空泵中，使真空泵电机转速一直维持在正常真空度的转速之下，使其一直工作在最高效的工作状态，节约电能同时可以稳定真空度。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种控制装置，该控制装置，包括控制电路、设置在真空泵内的真空度传感器、设置在供水管道内的水流量传感器、设置在供水管道内的电磁阀；所述控制电路包括单片机、外部复位时钟电路、A/D转换电路、串行通讯电路、D/A转换电路，所述外部复位时钟电路、串行通讯电路分别与单片机连接，所述单片机经D/A转换电路与所述电磁阀连接，所述真空度传感器、水流量传感器经所述控制电路的A/D转换电路与所述单片机连接，所述单片机分别与所述控制供水管道内水流量的电磁阀。
上述方案中，所述控制电路的单片机经D/A转换电路与设置在真空泵内的变频器连接。
上述方案中，所述电磁阀为直动式电磁阀，所述水流量传感器为电磁流量计，所述水流传感器的输出信号为4～20mA的电流信号，所述电流信号经过转换成为电压信号，再经所述A/D转换电路转换为数字信号发送到单片机。
上述方案中，所述外部复位时钟电路采用的晶体振荡器频率为11.0592MHz，所述外部复位时钟电路中的二极管为1N914，电阻R2为10KΩ，电解电容C1为25V/10uF，电容C3、C2为5pF。
本发明实施例还提供一种水环真空泵，该真空泵包括上述方案中所述的控制装置。
本发明实施例还提供一种用于水环真空泵的控制方法，根据水流量传感器检测供水管道内水的流量大小，使其与预先设置的流量标准值构成PI闭环调节器，根据所述供水管道内水的流量与预先设置的流量标准值之间的差值，确定是否通过控制电磁阀的开度调节供水管道内水的流量；
根据真空度传感器测量真空泵内的真空度，所述测量到的真空度与预先设置的真空度标准值通过比较形成闭环控制，根据所述测量到真空泵内的真空度与预先设置的真空度标准值之间的差值，确定是否通过控制变频器调节水环真空泵的电机转速，控制真空泵的真空度。
与现有技术相比，本发明使水环真空泵的功耗降低到最小，使真空泵的工作状态始终处于最优，从而实现水环真空泵的节能控制，节约电能同时可以稳定真空度，提高水环真空泵的工作效率。
附图说明
图1为本发明提供的一种控制装置的结构示意图；
图2为本发明提供的一种控制装置的水流量闭环控制回路的结构示意图；
图3为本发明提供的一种控制装置的真空度闭环控制回路的结构示意图；
图4为本发明提供的一种控制装置的外部复位时钟电路的电路图；
图5为本发明提供的一种控制装置的A/D转换电路的电路图；
图6为本发明提供的一种控制装置的串行通讯电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明实施例提供了一种控制装置，如图1所示，该控制装置，包括控制电路、设置在真空泵内的真空度传感器4、设置在供水管道内的水流量传感器5、设置在供水管道内的电磁阀2；所述控制电路包括单片机1、外部复位时钟电路7、A/D转换电路6、串行通讯电路8、D/A转换电路9，所述单片机1经D/A转换电路9与所述电磁阀2连接，所述外部复位时钟电路7、串行通讯电路8分别与单片机1连接，所述真空度传感器4、水流量传感器5经所述控制电路的A/D转换电路6与所述单片机1连接，所述单片机1分别与所述控制供水管道内水流量的电磁阀2。
所述控制电路的单片机1经D/A转换电路9与设置在真空泵内的变频器3连接。
所述控制装置可以分为水流量闭环控制回路和真空度闭环控制回路。
如图2所示，所述控制装置的水流量闭环控制回路为：所述水流量传感器5采集到的供水管内流量数据的电信号传输到A/D转换电路6，经过A/D转换电路6转换后传输到单片机1，所述单片机1根据流量数据与预设的流量标准值之间的差值，确定是否控制电磁阀2，进而控制供水管内水的流量。
如图3所示，所述控制装置的真空度闭环控制回路为：所述真空度传感器4采集到的真空泵泵体内的真空度数据的电信号传输到A/D转换电路6，经过A/D转换电路6转换后传输到单片机1，所述单片机1根据真空度数据与预设的真空度标准值之间的差值，确定是否控制变频器3，进而控制真空泵电机的转速，进而控制真空泵内的真空度。
所述电磁阀2为直动式电磁阀，所述水流量传感器5为电磁流量计，所述水流传感器输出信号为4～20mA的电流信号，所述电流信号经过转换成为电压信号，再经所述A/D转换电路6转换为数字信号发送到单片机1，所述电磁阀2控制供水管道的阀门开度，而被控对象则是水环真空泵的供水流量。
所述真空度传感器4采用PT500-708Z型真空度传感器，两线制接法可以输出4～20mA的电流信号，通过变频器3来控制真空泵电机转速，所述变频器3可以选择ACS800或其他型号相同功能的变频器。
所述单片机1采用ATMEL公司生产的AT89系列单片机中的AT89C52。在单片机1内设定真空度标准值、水流量标准值，所述单片机1与外部复位时钟电路7、A/D转换电路6、串行通讯电路8连接，使闭环产生的反馈信号与设置信号进行差值计算，构成PID控制回路。
如图4所示，所述外部复位时钟电路7，用于单片机1的复位，在单片机1的复位引脚RST(9脚)上保持两个机器周期的高电平就能使AT89C52完全复位，系统时钟电路采用内部方式，AT89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1(19脚)和XTAL2(18脚)分别是此放大器的输入端和输出端，这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器，外接晶体谐振器以及电容构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。所述外部复位时钟电路7采用的晶体振荡器频率为11.0592MHz，所述外部复位时钟电路中的二极管为1N914，电阻R2为10KΩ，电解电容C1为25V/10uF，电容C3、C2为5pF。
如图5所示，所述A/D转换电路6，用于连续变化的模拟量经过模拟量到数字量的转换(A/D转换)，成为单片机本身能识别和处理数字量，所述A/D转换电路6采用AD7705是AD公司生产的16位Σ-Δ型A/D转换器，AD7705采用三线串行接口，AD7705的SCLK信号接AT89C52的Pl.2引脚；复位信号                                                接AT89C52的P1.3引脚；接P1.1引脚；DOUT串行数据输出端接P1.0脚；AINI(+)差分模拟输入通道1的正输入端接到CD4051的AOUT(3脚)，CD4051的输入端分别接Pt100温度传感器，CD4051是8选1电子开关，CD4051的控制端和地址锁存器74HC373相连，从而受到单片机1的控制。
如图6所示，所述串行通讯电路8采用MAXIM公司的RS-232接口芯MAX232，这是一种标准的RS-232接口芯片，MAX232只需+5V电源供电，其内部的电源变化成10V电源用于RS232通信，所述芯片集成有两路收发器，可将单片机1输入的TTL/CMOS电平转换为RS232电平发送给PC机，或将从PC机接收的RS232电平转换为TTL/CMOS电平发送给单片机，MAX232为双列直插16脚封装。
本发明实施例还提供一种水环真空泵，包括真空泵泵体以及所述的控制装置，所述控制装置包括控制电路、设置在真空泵内的真空度传感器4、设置在供水管道内的水流量传感器5、设置在供水管道内的电磁阀2；所述控制电路包括单片机1、外部复位时钟电路7、A/D转换电路6、串行通讯电路8、D/A转换电路9，所述单片机1经D/A转换电路9与所述电磁阀2连接，所述外部复位时钟电路7、串行通讯电路8分别与单片机1连接，所述真空度传感器4、水流量传感器5经所述控制电路的A/D转换电路6与所述单片机1连接，所述单片机1分别与所述控制供水管道内水流量的电磁阀2。
所述控制电路的单片机1经D/A转换电路9与设置在真空泵内的变频器3连接。
本发明实施例还提供一种用于水环真空泵的控制方法，根据水流量传感器5检测供水管道内水的流量大小，使其与预先设置的流量值构成PI闭环调节器，根据所述供水管道内水的流量与预先设置的流量标准值之间的差值，确定是否通过控制电磁阀2的开度调节供水管道内水的流量；
根据真空度传感器4测量真空泵内的真空度，所述测量到的真空度与预先设置的真空度标准值通过比较形成闭环控制，根据所述测量到真空泵内的真空度与预先设置的真空度标准值之间的差值，确定是否通过控制变频器3调节水环真空泵的电机转速，控制真空泵的真空度。
当所述供水管道内水的流量与预先设置的的流量标准值的差值为负值时，打开电磁阀2，增加供水管道内水的流量；
当所述供水管道内水的流量与预先设置的流量标准值的差值为零时，保持当前电磁阀2的开度，保持供水管道内水的流量；
当所述供水管道内水的流量与预先设置的流量标准值的差值为正值时，关闭电磁阀2，减少供水管道内水的流量；
当所述测量到真空泵内的真空度与预先设置的真空度标准值之间的差值为负值时，通过控制变频器3升高交流电的频率，增加水环真空泵的电机转速，提高真空泵的真空度。
当所述测量到真空泵内的真空度与预先设置的真空度标准值之间的差值为零时，通过控制变频器3保持当前交流电的频率，保持水环真空泵的电机转速，保持真空泵的真空度。
当所述测量到真空泵内的真空度与预先设置的真空度标准值之间的差值为正值时，通过控制变频器3降低交流电的频率，降低水环真空泵的电机转速，降低真空泵的真空度。

Claims (6)

1.一种控制装置，其特征在于：该控制装置，包括控制电路、设置在真空泵内的真空度传感器（4）、设置在供水管道内的水流量传感器（5）、设置在供水管道内的电磁阀（2）；所述控制电路包括单片机（1）、外部复位时钟电路（7）、A/D转换电路（6）、串行通讯电路（8）、D/A转换电路（9），所述外部复位时钟电路（7）、串行通讯电路（8）分别与单片机（1）连接，所述单片机（1）经D/A转换电路（9）与所述电磁阀（2）连接，所述真空度传感器（4）、水流量传感器（5）经所述控制电路的A/D转换电路（6）与所述单片机（1）连接，所述单片机（1）分别与所述控制供水管道内水流量的电磁阀（2）。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于：所述控制电路的单片机（1）经D/A转换电路（9）与设置在真空泵内的变频器（3）连接。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于：所述电磁阀为直动式电磁阀，所述水流量传感器（5）为电磁流量计，所述水流传感器（5）的输出信号为4～20mA的电流信号，所述电流信号经过转换成为电压信号，再经所述A/D转换电路（6）转换为数字信号发送到单片机（1）。
4.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于：所述外部复位时钟电路（7）采用的晶体振荡器频率为11.0592MHz，所述外部复位时钟电路（7）中的二极管为1N914，电阻R2为10KΩ，电解电容C1为25V/10uF，电容C3、C2为5pF。
5.一种水环真空泵，其特征在于：该真空泵包括如权利要求1-4任意一项所述的控制装置。
6.一种用于水环真空泵的控制方法，其特征在于：根据水流量传感器检测供水管道内水的流量大小，使其与预先设置的流量标准值构成PI闭环调节器，根据所述供水管道内水的流量与预先设置的流量标准值之间的差值，确定是否通过控制电磁阀的开度调节供水管道内水的流量；
根据真空度传感器测量真空泵内的真空度，所述测量到的真空度与预先设置的真空度标准值通过比较形成闭环控制，根据所述测量到真空泵内的真空度与预先设置的真空度标准值之间的差值，确定是否通过控制变频器调节水环真空泵的电机转速，控制真空泵的真空度。
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