CN108894285B - 一种恒压浮球液位达到设定值的判定方法 - Google Patents

一种恒压浮球液位达到设定值的判定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水箱供水技术领域，具体地说是一种恒压浮球液位达到设定值的判定方法。该恒压浮球液位达到设定值的判定方法包括水箱、水箱浮球、浮球开关、变频水泵、压力传感器、进水管、出水管和水井，此种恒压浮球液位达到设定值的判定方法采用记忆存储变频水泵转速并进行比较的原理控制变频水泵的转动，从而降低能量的消耗。

Description

一种恒压浮球液位达到设定值的判定方法
技术领域
本发明涉及水箱供水技术领域，具体地说是一种恒压浮球液位达到设定值的判定方法。
背景技术
采用变频水泵恒压供水给水箱，通过水箱浮球开关的关闭来判定水箱液位。它的原理是在供水系统出水口增加压力传感器，将传感器反馈的压力数值传递到控制器中，通过控制器输出不同的电压来调节水泵的转速达到恒压变频补水的目的，这种方式能根据出水量的大小(负载大小)水泵输出不同的转速，常年累月下来起到节约电量的效果，且能根据水箱里面的浮球开关关闭情况来判断水箱补水满，进而进入休眠计时状态，在休眠计时时间到补水间隔时间则会自动补水一次，无需人员干预。此种方法存在问题是：需要在水箱浮球开关完全关死没有出水流量时，水泵才能停止工作。水泵在水箱浮球没有完全关死有小流量下会一直工作，这样因为流量小带走的热量很少导致水泵发热严重，极大缩短水泵的寿命。按照现有的技术在不锈钢水箱1吨容积上做实验发现，因为出水量变小，所以靠很小的出水量使水位上升的速度相当缓慢，到最后出水量可能在400mL/min且水泵的转速能在2500转以上，因为水位没有到足以顶起浮球使开关完全关闭，所以水泵持续保持2500转以上的工作时间也很长(2小时以上)，此时水泵因为水流量很小能带走的热量很有限，所以泵体表面温度能达到 60度以上。实验结果表明最后出水量很小的时候为了使半平方米不到的水面上升2CM，水泵需要持续工作2小时以上，这样肯定是对能源的极大损耗也是对泵寿命的极大降低。
发明内容
本发明提供一种结构简单、能够有效提高水箱供水用的水泵的使用寿命的恒压浮球液位达到设定值的判定方法。
按照现有的技术在不锈钢水箱1吨容积上做实验发现，因为出水量变小，所以靠很小的出水量使水位上升的速度相当缓慢，到最后出水量可能在 400mL/min且水泵的转速能在2500转以上，因为水位没有到足以顶起浮球使开关完全关闭，所以水泵持续保持2500转以上的工作时间也很长(2小时以上)，此时水泵因为水流量很小能带走的热量很有限，所以泵体表面温度能达到60度以上。
本发明抓住现有技术方式小流量出水水泵仍会持续工作的痛点，依据水位没有托起浮球之前浮球开关完全打开，此时泵工作的转速相对较高，当水位上升到托起浮球，泵工作的转速逐渐下降，从而逐步降低水泵的泵体表面温度。而本发明通过记忆水箱液位未达到浮球处的转速，在水位上升到浮起浮球开始 2min内就能停止供水，此时泵体温度只有30度左右，这样可以大大减小能源的消耗以及减轻泵性能的下降。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种恒压浮球液位达到设定值的判定方法，包括以下步骤：
步骤一，在水箱的上部开设一个进水孔，在进水孔内部安装有出水管，在所述出水管上连接一个自动下垂的水箱浮球，并配有浮球开关，用于检测水箱液位并触发浮球开关；
步骤二，将所述出水管的另一端连接在一个变频水泵之上，在所述出水管上安装一个压力传感器，用于检测管道内部压力；
步骤三，在所述变频水泵上接入220V市网供电；
步骤四，将进水管连接在变频水泵之上，所述进水管的另一端放入水井之中；
步骤五，在所述变频水泵上连接一个MCU控制系统，在MCU控制系统中储存记忆一个所述水箱液位未达到水箱浮球的出水管的初始压力值和变频水泵电机的工作转速RPM1；
步骤六，打开所述变频水泵上设置的电源开关，开始所述水箱内部的注水工作，此时所述压力传感器接收到所述出水管管道内部压力，所述压力传感器将所述变频水泵的所述出水管管道内部压力变成0～Vcc的模拟信号；
步骤七，所述压力传感器将模拟信号传送到MCU控制系统的A/D信号转换模块输入端；
步骤八，模拟信号经过A/D信号转换模块转换后得到相应的数字信号；
步骤九，将转换好的数字信号送入MCU控制系统，通过PID运算进行数据处理；
步骤十，数字信号处理完毕之后驱动IPM模块输出电压控制所述变频水泵以相应的转速RPM2运转；
步骤十一，数字信号经过PID运算后与设定的初始压力值进行比较，得出偏差值；
步骤十二，将偏差值经过PID运算调节得出所述变频水泵电机需要工作的频率；
步骤十三，根据频率值算出变频模块输出的电压，从而驱动变频水泵电机以不同的转速工作；
作为本发明的进一步优选方案，当实际管道内部压力小于设定工作压力时，系统输出频率升高，变频水泵电机转速加快，管道内部压力升高；反之，系统输出频率降低，变频水泵电机转速减小，管道内部压力降低，如此上下调整多次，直到偏差值为零。
作为本发明的进一步优选方案，通过MCU控制系统记忆所述水箱液位未达到所述水箱浮球处的变频水泵电机的工作转速RPM1，之后每隔固定时间T判断当前的工作转速RPM2与记忆存储的RPM1的大小来动态判定所述水箱内部液位，经过n个时间T，MCU控制系统检测到RPM2小于RPM1时，所述水箱液位达到所述浮球开关处，出水量在减小，此时水箱水满，变频水泵停止工作。
作为本发明的进一步优选方案，所述压力传感器连接在MCU控制系统之上，所述MCU控制系统上安装有数码管显示界面，所述数码管显示界面显示所述出水管内部的实时压力。
本发明所带来的有益效果是：
在本发明中，极大缩短变频水泵工作供水的时间，减少对电量不必要的浪费以及噪音污染，由于采用记忆存储泵转速的原理，所以不管是正常抽水还是掉电重新上电工作都能可靠的通过浮球动态判定水位。
附图说明
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明所述恒压水箱液位达到设定值的判定方法的结构布置示意图。
图2为本发明所述恒压水箱液位达到设定值的判定方法的流程图。
图3为恒压给水浮球液位达到设定值的判定曲线图。
图中部件名称对应的标号如下：
1、水箱；2、出水管；3、水箱浮球；4、浮球开关；5、变频水泵；6、压力传感器；7、进水管；8、水井；9、数码管。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详述：
作为本发明所述恒压水箱液位达到设定值的判定方法的实施例，如图1、图 2和图3所示，包括以下步骤：
一，在水箱1的上部开设一个进水孔，在进水孔内部安装有出水管2，在所述出水管2上连接一个自动下垂的水箱浮球3，并配有浮球开关4，用于检测水箱1水位并触发浮球开关4；
二，将所述出水管2的另一端连接在一个变频水泵5之上，在所述出水管2 上安装一个压力传感器6，用于检测管道内部压力；
三，在所述变频水泵5上接入220V市网供电；
四，将进水管7连接在变频水泵5之上，所述进水管7的另一端放入水井8 之中；
五，在所述变频水泵5上连接一个MCU控制系统，在MCU控制系统中储存记忆一个所述水箱1液位未达到水箱浮球3的出水管的初始压力值和变频水泵电机的工作转速RPM1；
六，打开所述变频水泵5上设置的电源开关，开始所述水箱1内部的注水工作，此时所述压力传感器6接收到所述出水管2内部的压力，所述压力传感器6将所述变频水泵5的所述出水管2上的压力变成0～Vcc的模拟信号；
七，所述压力传感器6将模拟信号传送到MCU控制系统的A/D信号转换模块输入端；
八，模拟信号经过A/D信号转换模块转换后得到相应的数字信号；
九，将转换好的数字信号送入MCU控制系统，通过PID运算进行数据处理；
十，数字信号处理完毕之后驱动IPM模块输出电压控制所述变频水泵5以相应的转速RPM2运转；
十一，数字信号经过PID运算后与设定的初始压力值进行比较，得出偏差值；
十二，将偏差值经过PID运算调节得出所述变频水泵5电机需要工作的频率；
十三，根据频率值算出变频模块输出的电压，从而驱动变频水泵5电机以不同的转速工作。
本实施例中，当实际管道内部压力小于设定工作压力时，系统输出频率升高，变频水泵电机转速加快，管道内部压力升高；反之，系统输出频率降低，变频水泵5电机转速减小，管道内部压力降低，如此上下调整多次，直到偏差值为零。
本实施例中，通过MCU控制系统记忆所述水箱1水位未达到所述水箱浮球3 处的变频水泵电机的工作转速RPM1，之后每隔固定时间T判断当前的工作转速 RPM2与记忆存储的RPM1的大小来动态判定所述水箱1内部水位，经过n个时间 T，MCU控制系统检测到RPM2小于RPM1时，所述水箱液位达到所述浮球开关处，出水量在减小，此时水箱水满，变频水泵停止工作。
本实施例中，所述压力传感器6上连接在MCU控制系统之上，所述MCU控制系统上安装有数码管显示界面9，所述数码管显示界面9显示所述出水管2内部的实时压力。
具体工作原理：本技术方案的控制主流程图如图2所示，系统以32位ARM 芯片为核心，在水泵的出水管路上安装一个压力传感器，用于检测管道内部压力，压力传感器将出口压力变成0～Vcc的模拟信号送到MCU系统的A/D转换输入端，再经A/D转换变成相应的数字信号，送入MCU进行数据处理。MCU经运算后与设定的初始压力值进行比较，得出偏差值，再经PID调节得出水泵电机需要工作的频率，根据频率值算出变频模块输出的电压，从而驱动电机以不同转速工作。当实际管道内部压力小于设定工作压力时，系统输出频率升高，电机转速加快，管道内部压力升高；反之，系统输出频率降低，电机转速减小，管道内部压力降低，如此上下调整多次，直到偏差值为零。本发明抓住现有技术方式小流量出水水泵仍会持续工作的痛点，依据水位没有托起浮球之前浮球开关完全打开，此时泵工作的转速相对较高，当水位上升到托起浮球，泵工作的转速逐渐下降。有了这个原理，算法上通过MCU记忆水箱液位未达到浮球处的变频水泵电机的工作转速RPM1，之后每隔固定时间T判断当前的工作转速 RPM2与记忆存储的RPM1的大小来动态判定水箱液位。当第n个时间T，MCU检测到RPM2小于RPM1，则可认为水位达到浮球开关，出水量在减小。此时完全可以认为水箱水满，水泵可以停止工作。如果是按照现有的技术在浮球开关出水量很小的时候，水泵仍然会持续工作。按照现有的技术在不锈钢水箱1吨容积上做实验发现，因为出水量变小，所以靠很小的出水量使水位上升的速度相当缓慢，到最后出水量可能在400mL/min且水泵的转速能在2500转以上，因为水位没有到足以顶起浮球使开关完全关闭，所以水泵持续保持2500转以上的工作时间也很长(2小时以上)，此时水泵因为水流量很小能带走的热量很有限，所以泵体表面温度能达到60度以上。实验结果表明最后出水量很小的时候为了使半平方米不到的水面上升2CM，水泵需要持续工作2小时以上，这样肯定是对能源的极大损耗也是对泵寿命的极大降低。而本专利通过记忆水箱液位未达到浮球处的转速，在水位上升到浮起浮球开始2min内就能停止供水，此时泵体温度只有30度左右，这样可以大大减小能源的消耗以及减轻泵性能的下降。
同时的，对恒压水箱液位达到设定值判定方法进行了测试，测试结果如下：
Figure GDA0002944565920000081
图3很好的说明了恒压供水系统泵工作频率与水箱液位的关系，当液位在“液位开始顶起浮球t1”之前，泵以相对较高且稳定的转速工作，水箱液位上升率也相对较快。从曲线图看到，当液位上升到水箱浮球点t1时泵工作频率开始降低，频率降低到t2时间点干脆利落的停止给水箱给水，此时液位也达到了设定的高度点。

Claims (3)

1.一种恒压浮球液位达到设定值的判定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在水箱的上部开设一个进水孔，在进水孔内部安装有出水管，在所述出水管上连接一个自动下垂的水箱浮球，并配有浮球开关，用于检测水箱液位并触发浮球开关；
步骤二，将所述出水管的另一端连接在一个变频水泵之上，在所述出水管上安装一个压力传感器，用于检测管道内部压力；
步骤三，在所述变频水泵上接入220V市网供电；
步骤四，将进水管连接在变频水泵之上，所述进水管的另一端放入水井之中；
步骤五，在所述变频水泵上连接一个MCU控制系统，在MCU控制系统中储存记忆一个所述水箱液位未达到水箱浮球的出水管的初始压力值和变频水泵电机的工作转速RPM1；
步骤六，打开所述变频水泵上设置的电源开关，开始所述水箱内部的注水工作，此时所述压力传感器接收到所述出水管管道内部压力，所述压力传感器将所述变频水泵的所述出水管管道内部压力变成0～Vcc的模拟信号；
步骤七，所述压力传感器将模拟信号传送到MCU控制系统的A/D信号转换模块输入端；
步骤八，模拟信号经过A/D信号转换模块转换后得到相应的数字信号；
步骤九，将转换好的数字信号送入MCU控制系统，通过PID运算进行数据处理；
步骤十，数字信号处理完毕之后驱动IPM模块输出电压控制所述变频水泵以相应的转速RPM2运转；
步骤十一，数字信号经过PID运算后与设定的初始压力值进行比较，得出偏差值；
步骤十二，将偏差值经过PID运算调节得出所述变频水泵电机需要工作的频率；
步骤十三，根据频率值算出变频模块输出的电压，从而驱动变频水泵电机以不同的转速工作；
通过MCU控制系统记忆所述水箱液位未达到所述水箱浮球处的变频水泵电机的工作转速RPM1，之后每隔固定时间T判断当前的工作转速RPM2与记忆存储的RPM1的大小来动态判定所述水箱内部液位，经过n个时间T，MCU控制系统检测到RPM2小于RPM1时，所述水箱液位达到所述浮球开关处，出水量在减小，此时水箱水满，变频水泵停止工作。
2.如权利要求1所述的恒压浮球液位达到设定值的判定方法，其特征在于，当实际管道内部压力小于设定工作压力时，系统输出频率升高，变频水泵电机转速加快，管道内部压力升高；反之，系统输出频率降低，变频水泵电机转速减小，管道内部压力降低，如此上下调整多次，直到偏差值为零。
3.如权利要求1所述的恒压浮球液位达到设定值的判定方法，其特征在于，所述压力传感器连接在MCU控制系统之上，所述MCU控制系统上安装有数码管显示界面，所述数码管显示界面显示所述出水管内部的实时压力。
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