CN109737043A - 一种pcs泵控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种PCS泵控系统，其特征在于，包括：控制单元，用于提供控制信号；传感器单元，连接所述控制单元，根据其控制信号控制传感器单元进行液位检测；水泵组，包括至少一台水泵，连接所述控制单元，根据其控制信号进行工作；供电单元，为上述泵控系统提供电源。本发明采用模块化、智能化设计，通过将该系统安装于各个泵站或污水处理站，并采用数字通讯组网技术联合通信，实现多个水泵的集中控制，使其工作过程得到精准可靠控制，该泵控系统还具有体积小、成本低、维护少、无人值守和安装方便等优点。

Description

一种PCS泵控系统

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，特别涉及一种应用于水处理技术领域的PCS泵控系统。

背景技术

对于污水处理企业来说，泵控系统是最核心的部分，通过一套完善的泵控系统，可对各级水泵、药泵或污泥泵进行精准可靠的控制。传统的泵控系统多采用继电器或PLC控制系统，但是这些控制系统大部分都体积较大，成本较高，且施工周期和维护周期也较长，尤其对于乡镇或偏远城区的中小型生活污水的处理，上述两种泵控系统的适用性更加受到了限制。随着科技越来越智能化的发展，污水处理行业的智能化、集中化也将是未来的发展方向，因此需要设计一种体积小、成本低且安装较为方便的泵控系统，满足未来污水处理行业的发展需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种PCS泵控系统，采用模块化、智能化设计，通过将该系统安装于各个泵站或污水处理站，并采用数字通讯组网技术联合通信，实现多个水泵的集中控制，使其工作过程得到精准可靠控制，除此之外，该泵控系统还具有体积小、成本低、维护少、无人值守和安装方便等优点。

本发明采用的技术方案为，一种PCS泵控系统，包括：

控制单元，用于提供控制信号；

传感器单元，连接所述控制单元，根据其控制信号控制传感器单元进行液位检测；

水泵组，包括至少一台水泵，连接所述控制单元，根据其控制信号进行工作；

供电单元，为上述泵控系统提供电源。

由上，本发明通过在各个泵站或污水处理站安装该泵控系统，并由工控机进行统一控制运行，实现对多个泵站污水处理任务的集中控制，具有成本低、维护少、远程监控和无人值守等优点，适用范围较广，是未来污水处理行业的智能化发展值得推广的技术。

其中，所述控制单元包括：

微控制器及与其分别连接的继电器控制模块、传感器控制模块和通信模块；

所述继电器控制模块连接所述水泵组，所述传感器控制模块连接所述传感器单元，所述通信模块用于连接其他控制单元或设备。

由上，微控制器接收到控制指令后，通过继电器控制模块控制继电器接通，使水泵组开始工作，并通过传感器控制模块控制传感器单元进行水位检测，其通信单元可与其他控制单元或设备进行通信。

可选的，所述微控制器包括STC15W4K系列的单片机。

由上，该系列的单片机的价格较低，且可控制最多六台水泵，具有较高的性价比。

可选的，所述通信模块包括RS485接口。

由上，本系统通过Modbus通信协议可支持多个控制单元串行通信，其硬件只需RS485接口和两根信号线即可采集所有的信号，并通过RS485接口和任何第三方设备进行通信，具有布网方便、结构简单、安全可靠等优点，且抗干扰能力极强，大大延长使用寿命。

其中，所述传感器单元包括至少两个角度浮球开关，该角度浮球开关包括：

壳体，壳体密闭形成内部空心结构，内部空心结构的由一倒锥体结构分割为上下两部分，该倒锥体结构内设有触发钢珠，倒锥体结构上方设有不锈钢挡片，该不锈钢挡片通过一通信导线连接所述控制单元。

由上，传统的液位测量方式常通过压力传感器和浮球开关两种，其中静压测量法多采用压力传感器测量静水压的方式获得液位值，这种方式需要压力探头接触污水，经常由于前端探头被污物堵塞，导致测量不准确；而浮球开关采用浮子驱动微动开关送出开关信号，这种方式要求一定体积放置钢珠和微动开关，同时信号经微动开关的机械动作完成。带来的问题是体积大，机械动作可靠性差。基于上述特点和缺陷，本发明设计的角度浮球开关通过将内部设为空心结构，并通过一倒锥体结构分为隔开的上下两部分，下部为密闭腔，该倒锥体结构内设有触发钢珠，倒锥体结构上方设有不锈钢挡片，该倒锥体两端分别为正负极，该角度浮球开关垂于水面，当水位上升超过密闭腔时，由于浮力作用，该角度浮球开关发生倾斜，当倾斜达到一定角度时，触发钢球离开锥体底部，与上方的不锈钢挡片接触，使锥体结构与不锈钢挡片接通，触发一开关信号，除此之外，由于液位传感器自身无法检测是否损坏，可通过设置两个或者更多的角度浮球开关来进行液位测量，并同时发送测量的水位信号至控制单元中，当多个水位信号一致时，说明该多个角度浮球开关运行正常，当多个水位信号不一致时，说明其中一个出现损坏，此时控制单元可发送一个故障信号至远端工控机或控制器，通知维护人员及时更换，以保障该泵控系统正常运行。

其中，所述角度浮球开关壳体的外壳采用不锈钢材质，内壳设有绝缘层。

由上，由于该角度浮球开关长期放置于水中，因此其外壳采用不锈钢材质，可防止腐蚀，内壳设有绝缘层，防止水渗透进入破坏内部结构。

可选的，所述供电单元包括MS116型号的电机启动器，其通过A16-30-10型号的接触器开关所述水泵组。

由上，该供电单元通过电机启动器对水泵进行驱动，并通过接触器开关实现水泵组的短路保护、欠压保护、缺相保护、过载保护和隔离等功能。

进一步改进，所述控制单元、传感器单元和供电单元之间通过阻燃防水插接件连接。

由上，该接插件采用快速接插结构，在保证接触面积和压力的情况下，采用阻燃防水接插件，可保证接插的稳牢固性和可靠性。

进一步改进，还包括一箱体，收纳有所述控制单元、传感器单元、水泵组和供电单元，该箱体内还设有曝气管，用于产生热量防止箱体温度过低；和/或

对流双风扇，使空气对流防止箱体温度过高。

由上，考虑到中国南北冬夏温度差异巨大，有的地区最高温度点已高于电子元件温度。因此，PCS泵控系统采用了温控设计，保证系统工作在合适温度下。温控设计方案为：设置一箱体，对于华南的高温环境，该箱体内采用对流双风扇设计实现气体对流，同时加装遮阳板减少红外光辐射；而对于北方冬季低温环境，由于该模块和曝气管在一个箱体内，曝气管产生的热量和模块本体产生的热量足以保证模块正常工作。

附图说明

图1为本发明PCS泵控系统的模块原理图；

图2为本发明控制单元的模块原理图；

图3为本发明角度浮球开关的示意图。

具体实施方式

本发明所提供的PCS(Pump Control System)泵控系统采用模块化连接，微型化设计，数字通讯组网技术，最大的亮点是体积小，连接快速，免维护。可极大的缩短施工周期和调试周期，降低维护费用，使得企业的成本降低，回款迅速。相比较现在通用的继电器或PLC控制系统，PCS泵控系统具有体积小，成本低，维护少，远程监控，无人值守，布网扩展方便，能耗低，施工周期短等特点。是未来污水处理行业智能化发展值得推广的技术。

下面参照附图所示，对本发明的工作原理进行详细描述。

如图1所示，本发明提供的PCS泵控系统包括：

工控机100，用于人机交互，可实现远程集中监控或控制；

控制单元200，该泵控系统中包含多个控制单元，并在每个控制单元中预装泵控软件系统，然后分别安装于各个泵站或污水处理站，多个控制单元之间互相通信，该泵控单元200可依托泵控软件独立运行，也可接收工控机100的指令，由工控机100进行集中控制；

水泵组300，连接所述控制单元200，根据其控制信号进行工作，其中，每个控制单元200最多可支持六台水泵的控制；

传感器单元400，连接所述控制单元200，根据其控制信号控制传感器单元进行液位检测；

供电单元500，为水泵提供330V电源，其内部设有MS116型号的电机启动器，该电机启动器通过A16-30-10型号的接触器开关连接水泵组300，为水泵组提供动力，实现水泵组的短路保护、欠压保护、缺相保护、过载保护和隔离等功能。

如图2所示，上述控制单元200的硬件部分包括微控制器201及分别与其连接的继电器控制模块202、传感器控制模块203、通信模块204和电源模块205；该控制单元200的软件部分采用C语言编写软件程序，通过USB接口下载至芯片，且程序方便加密，甚至可以远程传给用户，客户中间无法打开软件，客户下载到计算机后，通过USB线直接下载到芯片中即可，极其方便快捷；

上述微控制器201可选用STC15W4K系列的单片机，该系列的单片机的价格较低，且可控制最多六台水泵，具有较高的性价比；

上述继电器控制模块202包括多组继电器，继电器线圈电压为5V，驱动电流5mA，触点容量为250VAC，10A，高/低电平触发可选；

上述传感器控制模块203与传感器单元400连接，传输控制命令至传感器单元400，并接受其返回的触发信号；

上述通信模块204采用RS485接口进行构建，不需要大量的信号线，每个泵站只需要2根信号线即可采集所有的信号，还可以通过RS485硬件接口和其他控制单元或第三方设备进行Modbus RTU或者串口通信，同时通过4G通信模块将信号上传至异地，也可实现远程访问控制功能；

上述电源模块采用通用的220V转5V，1A电源，用于为继电器、单片机以及传感器控制模块203提供工作电压。

上述传感器单元400采用液位开关作为传感器进行液位测量，传统的液位测量方式常通过压力传感器和浮球开关两种，其中静压测量法多采用压力传感器测量静水压的方式获得液位值，这种方式需要压力探头接触污水，经常由于前端探头被污物堵塞，导致测量不准确；而浮球开关采用浮子驱动微动开关送出开关信号，这种方式要求一定体积放置钢珠和微动开关，同时信号经微动开关的机械动作完成。带来的问题是体积大，机械动作可靠性差。基于上述特点和缺陷，本发明设计了一种角度浮球开关；

如图3所示，该角度浮球开关的整体近似柱形体，外壳为不锈钢材质，而根据浮力原理，不锈钢密度大于水的密度，因此其内部必须采用空心原理增大排水体积，使角度浮球开关悬浮于被测水位；

该角度浮球开关的壳体内部设有绝缘层401，保证内部结构与外部不锈钢壳体绝缘，其内部空心结构分为上下两部分，该两部分相互隔开，下部为一密闭腔402，上部设有一V字型锥体结构403，该锥体结构403的材质为不锈钢，其两端分别为正负极，锥壁与该角度浮球开关的内壁成一角度，一般设为45度，该锥体结构内放有触发钢珠，该锥体结构上部设有不锈钢挡片404，该不锈钢挡片404通过一通信导线连接上述控制单元200。在标准条件下，该角度浮球开关的触发角度为45度，当水位上升，该角度浮球开关发生倾斜，达到触发角度后，触发钢球与不锈钢挡片接触，使锥体与不锈钢挡片接通，产生一开关信号传输至控制单元200，此时控制单元200可根据该开关信号控制需液位控制启停的水泵执行排水命令，当水位下降，角度浮球开关的倾斜角度小于触发角度时，接通信号断开，此时水泵停止工作；

由于目前市面上的液位传感器如果损坏，不会自动报警，经常导致水泵损坏或冒井等故障，如需发现故障，必须有人定期巡检。而本系统的传感器单元通过将两个角度浮球开关安装于一个外壳中使用，由于角度浮球开关采用相同模具和工艺制造，在极限水位，两个开关输出的信号相同，而两个开关同时损坏的概率远低于一个开关损坏的概率，这样，当其中一个开关由于寿命等原因出现损坏时，两个开关在极限水位输出的信号必然不同，在泵控系统的单片机中会判断这两个信号是否相同，如果不同，单片机会输出一个故障信号发送到远端通知维护人员更换传感器，同时现场故障灯会亮起，这样可预先通知运营和维护人员传感器故障，需要更换；同时由于有一个角度浮球开关还是正常的，可保证系统正常运行，该方案很好的解决了目前液位传感器故障导致的事故发生；

该PCS泵控系统对于液位，流量，水质监测等模拟量信号的采集均采用数字通信技术，在通讯距离，抗干扰，扩展等方面均有明显优势；

除此之外，该PCS泵控系统还根据施工环境及工作环境，在硬件结构和材料上进行了诸多优化设计；

1.振动：

PCS泵控系统的安装位置有许多振动源，如运转的电机，各种设备的支架，露天安装时自然风等，因此，PCS泵控系统进行了抗震性设计，可耐受0.1mm/S，双振幅0.015mm的振动。

2.腐蚀性：

在污水处理行业，由于污水中含有硫化氢，甲烷等腐蚀性气体，对电子产品的使用寿命构成极大影响。因此，PCS泵控系统做了耐腐蚀性设计处理，所有材料均采用耐腐蚀材料，所有电子电路部分均采用防水和防气设计，所以，PCS泵控系统的耐腐蚀性远好于现在通用的控制系统。

3.温度：

考虑到中国南北冬夏温度差异巨大，有的地区最高温度点已高于电子元件温度。因此，PCS泵控系统采用了温控设计。保证系统工作在合适温度下。温控设计方案为：

对于华南的高温环境，该模块采用对流双风扇设计实现气体对流，同时加装遮阳板减少红外光辐射；而对于北方冬季低温环境，由于该模块和曝气管在一个箱体内，曝气管产生的热量和模块本体产生的热量足以保证模块正常工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims (9)

1.一种PCS泵控系统，其特征在于，包括：

控制单元，用于提供控制信号；

传感器单元，连接所述控制单元，根据其控制信号控制传感器单元进行液位检测；

水泵组，包括至少一台水泵，连接所述控制单元，根据其控制信号进行工作；

供电单元，为上述泵控系统提供电源。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元包括：

微控制器及与其分别连接的继电器控制模块、传感器控制模块和通信模块；

所述继电器控制模块连接所述水泵组，所述传感器控制模块连接所述传感器单元，所述通信模块用于连接其他控制单元或设备。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述微控制器包括STC15W4K系列的单片机。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述通信模块包括RS485接口。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器单元包括至少两个角度浮球开关，该角度浮球开关包括：

壳体，壳体密闭形成内部空心结构，内部空心结构的由一倒锥体结构分割为上下两部分，该倒锥体结构内设有触发钢珠，倒锥体结构上方设有不锈钢挡片，该不锈钢挡片通过一通信导线连接所述控制单元。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述角度浮球开关壳体的外壳采用不锈钢材质，内壳设有绝缘层。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述供电单元包括MS116型号的电机启动器，其通过A16-30-10型号的接触器开关所述水泵组。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元、传感器单元、供电单元和水泵组之间通过阻燃防水插接件连接。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括一箱体，收纳有所述控制单元和供电单元，该箱体内还设有曝气管，用于产生热量防止箱体温度过低；和/或

对流双风扇，使空气对流防止箱体温度过高。