CN111441933A - 水泵自动控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水泵控制技术领域，具体涉及一种水泵控制系统及方法。水泵自动控制系统，包括设置在不同水位的至少两个浮球，分别为启动浮球、中水位浮球，水泵控制器包括至少两组浮球控制回路，启动浮球通过一组浮球控制回路连接负载的启动控制端，中水位浮球通过另一组浮球控制回路连接负载的停泵控制端。由于采用以上技术方案，本发明的系统可以大大延长浮球的使用寿命，浮球损坏率极低，大大节省了运行及维护成本。本发明采用通过一次启动，多次控制的方式，确保负载在可控情况下正常运行。

Description

水泵自动控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及水泵控制技术领域，具体涉及一种水泵控制系统及方法。

背景技术

市面上用于控制水泵等负载的电控箱通常为强电箱，其内分立电力元件繁多，控制回路导线裸露及易触碰，外层塑料绝缘体因而折断，造成控制回路接触不良，还有触电系数存在。由于控制回路导线数量多，千头万绪，维修人员技能又跟不上，出现故障后从检查到维修，耗时耗力，难以满足客户需求。

另外，在控制水泵等负载时，通常采用浮球作为液位控制器，浮球存在故障频发问题，它的电使用寿命理论值为10000次，机械寿命为理论值为50000次。但是实际使用时，通常在上百次工作中就失灵，在众多浮球中几乎还没一款浮球跨过1000次的关口，使用百次后不能正常工作，时好时坏，大大增加了维修成本。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种水泵自动控制系统，解决以上技术问题。

本发明的另一目的在于，提供一种水泵自动控制方法，解决以上技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

水泵自动控制系统，包括浮球，所述浮球连接用于控制水泵启停的水泵控制器，所述水泵控制器的信号输出端连接负载的控制端，所述浮球为设置在不同水位的至少两个浮球，分别为启动浮球、中水位浮球，所述水泵控制器包括至少两组浮球控制回路，一组所述浮球控制回路对应一个所述浮球，所述启动浮球通过一组所述浮球控制回路连接负载的启动控制端，所述中水位浮球通过另一组所述浮球控制回路连接负载的停泵控制端；

所述浮球控制回路包括三极管和电阻，所述三极管的发射极连接浮球电源输入端，所述三极管的基极通过所述电阻连接所述浮球的浮球开关后接地，所述三极管的集电极连接所述负载。

本发明设置有多个浮球，通过一个浮球作为启动浮球，在停机或未到达水位时，水泵控制器待机工作，当水位达到启动浮球所在的水位点后，负载自动开始运行，同时锁定。当水位达到中水位浮球所在的水位点后，负载停止运行。通过上述设计后的本发明，无需人工启停水泵控制器，实现了水泵的自动控制目的。另外，本发明的水泵控制器采用多个独立的浮球控制回路，通过浮球控制回路来实现浮球开关信号的传递，这样的设计可以大大延长浮球的使用寿命，与普通强电箱相比，浮球寿命可提高多倍效率，损坏率极低，大大节省了运行及维护成本。

还包括一用于设置在最高或最低水位的高低水位浮球，所述高低水位浮球通过另一组所述浮球控制回路连接负载的停泵控制端。当水位到达中水位浮球所在的水位点后，若中水位浮球的浮球开关失灵或卡住，此时负载会仍然继续工作，此时水位到达高低水位浮球所在的最高水位或最低水位后，再次驱动负载停止运行。上述设计可以确保负载可自动运行和可靠停止。

所述水泵控制器还包括一计时器，所述计时器的触发端与所述启动浮球对应的所述浮球控制回路中的所述三极管的集电极连接；

所述计时器的计时信号输出端连接负载的停泵控制端；

所述计时器设有用于调整计时时间的计时调节端。通过计时调节端可以调节需要计时的时间，当浮球每次启动时，驱动计时器计时工作，当到达计时时间后，此时水位超过高或低水位，计时器直接强行切断负载停止工作。上述设计，进一步确保了负载的可靠停止。

所述水泵控制器还包括一信号分配器，所述浮球控制回路通过所述信号分配器与至少两个负载连接；

当所述水泵控制器具有所述计时器时，所述计时器通过所述信号分配器与至少两个负载连接。通常水泵房比较潮湿，长时间使用一台水泵工作会造成另一台水泵电机内线圈绝缘强度下降，导致不能使用，需要人为按周期手动切换用于工作的水泵，较为麻烦。本发明通过上述设计可适用于双水泵工作环境，或多个负载工作环境，通过信号分配器可以自动相互切换。

每组所述浮球控制回路上均设有一发光警告装置，所述高低水位浮球对应的所述三极管的集电极连接一蜂鸣器的启动控制端，所述计时器的信号输出端还连接另一发光警告装置、所述蜂鸣器的停止控制端。通过发光警告装置来告知水泵控制器的当前状态，水泵控制器在高低水位浮球进行强切时，蜂鸣器开始报警并做二次停泵，最终计时器对负载进行最终强切时，则蜂鸣器不再报警。本发明的上述设计，既能对水泵控制器的使用状态进行告知，又可在进行报警、最后强切，整个系统具有较高的合理性。

所述水泵控制器的主电源输入端通过稳压器连接正负极性反接保护电路，所述正负极性反接保护电路连接直流电源供电端。本发明采用直流电源为水泵控制器的控制电源，与普通电控箱采用220V的强电供电相比，给广大的维护工作者避免了维护时的安全隐患，确保维护工作者生命安全。

水泵自动控制方法，包括如下步骤：

接收启动浮球传输的启动信号，控制负载开始运行；

接收中水位浮球传输的停止信号，控制所述负载停止运行；

接收高低水位浮球传输的停止信号，再次控制所述负载停止运行。

所述接收启动浮球传输的启动信号，控制负载开始运行，包括：接收启动浮球传输的启动信号后，还控制计时器开始计时，若计时器计时完成，则控制负载强制停止运行。

还包括：若所述负载为多个时，对多个所述负载轮流进行控制，以控制一个所述负载开始运行到停止运行为一轮。

还包括：接收启动浮球传输的启动信号后，发出启动信息；

接收中水位浮球传输的停止信号后，发出停止信息；

接收高低水位浮球传输的停止信号后，发出预警信息和鸣音信息；

当所述计时器开始计时后，发出警告信息，当所述计时器计时完成后，关闭所述鸣音信息，等待维护人员来处理。

有益效果：由于采用以上技术方案，本发明的系统可以大大延长浮球的使用寿命，浮球损坏率极低，大大节省了运行及维护成本。本发明采用通过一次启动，多次控制的方式，确保负载在可控情况下正常运行。

附图说明

图1为本发明的一种信号连接示意图；

图2为本发明的另一种信号连接示意图；

图3为本发明的一种控制框图；

图4为本发明浮球控制回路的一种电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1至图4，本发明提出了一种水泵自动控制系统，包括浮球1，浮球1连接用于控制水泵启停的水泵控制器，水泵控制器的信号输出端连接负载2的控制端，浮球1为设置在不同水位的至少两个浮球，如图1、图2或图3中所示，设置有三个浮球1，分别为启动浮球11、中水位浮球12、高低水位浮球13，其中中水位浮球12设置在启动浮球11和高低水位浮球13之间，当本发明的使用场景是上水箱时，启动浮球11设置在低水位，高低水位浮球13设置在高水位，当使用场景是积水池时，启动浮球11设置在高水位，高低水位浮球13设置在低水位。

水泵控制器包括多组浮球控制回路，一组浮球控制回路对应一个浮球，启动浮球11通过一组浮球控制回路31连接负载2的启动控制端，中水位浮球12通过另一组浮球控制回路32连接负载2的停泵控制端，高低水位浮球13通过另一组浮球控制回路33连接负载2的停泵控制端。如图4所示，浮球控制回路包括三极管Q和电阻R，三极管Q的发射极连接浮球电源输入端VDD，三极管Q的基极通过电阻R连接浮球1的浮球开关后接地VSS，三极管Q的集电极连接负载2。

传统的浮球通常工作于220V交流强电之下，如拖动“HH54P-8脚的继电器，4开4闭，线圈工作电压220V，电流是3.5-4MA，功率0.9W，电寿命10万次”属感性负载，截流过电压，即在断开浮球开关后，电流不能顺势流动，电压在断开点产生反电动势，电压幅度在瞬间提升2倍左右，在工程防真电路中(工程应用软件)，以220V的电压为例，断开电源后电压提升之1300V左右。在浮球瞬间断开后产生高电压电弧，将两触点之间的空间空气击穿，只要浮球每断开一次，这种电弧就会对触点烘烤一次，经过上百次烘烤后，浮球两触点接触电阻越来越大，阻碍电压电流的流动，触点的支撑体也相对失去弹性，最后失灵。而本发明采用阻性负载，电源输入端VDD采用5V电源，电阻R采用10kΩ电阻，三极管Q采用PNP型三极管。当浮球1的浮球开关断开时，在探针14处的三极管Q发射极(E极)加了5V正向电压，通过10k电阻，在探针15处浮球1上端产生了4.97V(空载电压)。当浮球1的浮球开关闭为合状态(对地)，在探针15处的电压为4.53pV，是线路电阻所产生0V电压，对地电流453uA(0.435mA)，功率0.00197瓦，浮球拖动的是一只10kΩ电阻，属纯阻性负载，即阻性负载对浮球运行的触点不会产生电弧，0.00197瓦的功率完全可以忽略不计，浮球不带负荷运行。

在启动浮球11对应的浮球控制回路上，三极管Q的发射极与晶闸管的阳极连接，晶闸管的阴极连接另一用于自锁的自锁三极管的发射极，自锁三极管的基极经自锁电阻连接后与中水位浮球12的浮球开关连接。上述设计后，启动浮球的自锁利用了晶闸管的特性实现，可维持电流2mA，当启动浮球11断开后，维持电流仍然大于2mA，只有中水位浮球12抬起时，才断开回路，此时自锁三极管的阴极输出的电源被自锁三极管切断，自锁三极管停止工作，三极管Q的集电极后续电路失电，负载释放，停止运行。

水泵控制器还包括计时器4，计时器4的触发端与其中一组浮球控制回路中的三极管Q的集电极连接，计时器4的计时信号输出端连接负载的停泵控制端；计时器4设有用于调整计时时间的计时调节端。通过计时调节端可以调节需要计时的时间。

本发明设置有多个浮球，通一个浮球作为启动浮球11，在停机或未到达水位时，水泵控制器待机工作，当水位达到启动浮球11所在的水位点后，负载自动开始运行，同时锁定。当水位达到中水位浮球12所在的水位点后，负载停止运行。当水位到达中水位浮球12所在的水位点后，若中水位浮球12的浮球开关失灵或卡住，此时负载会仍然继续工作，此时水位到达高低水位浮球13所在的最高水位或最低水位后，再次驱动负载停止运行。当其中一个浮球控制回路的三极管Q输出启动或停止信号时，驱动计时器4计时工作，当到达计时时间后，水位越过中水位浮球12或高低水位浮球13，计时器4直接强行切断负载停止工作。上述设计，进一步确保了负载的可靠停止。

通过上述设计后的本发明，无需人工启停水泵控制器，实现了水泵的自动控制目的。另外，本发明的水泵控制器采用多个独立的浮球控制回路，通过浮球控制回路来实现浮球开关信号的传递，这样的设计可以大大延长浮球的使用寿命，与普通强电箱相比，浮球寿命可提高多倍效率，损坏率极低，大大节省了运行及维护成本。

水泵控制器还包括信号分配器5，浮球控制回路通过信号分配器5与至少两个负载连接；当水泵控制器具有计时器4时，计时器4通过信号分配器5与至少两个负载连接。通常水泵房比较潮湿，长时间使用一台水泵工作会造成另一台水泵电机内线圈绝缘强度下降，导致不能使用，需要人为按周期手动切换用于工作的水泵，较为麻烦。如图2中所示，存在两个负载，分别为负载21、负载22，本发明通过上述设计可适用于双水泵工作环境，或多个负载工作环境，通过信号分配器5可以自动相互切换。本发明的信号分配器5可以采用现有技术中常用的十进制计数器芯片CD4017。

每组浮球控制回路上均设有发光警告装置，例如启动浮球11对应的浮球控制回路上设有LED绿灯61的发光警告装置，具体的，LED绿灯61可通过第一与非门电路和第二与非门电路连接自锁用晶闸管的阴极，晶闸管的门极分别通过两个电路与启动浮球11的三极管Q的集电极连接。此时，当启动浮球11的浮球开关闭合导通时，在第二与非门电路输入端有了高电平，在第二与非门电路的输出端为低电平，在第一与非门电路的输出端为高电平，到达LED绿灯61形成通路被点亮。中水位浮球12的浮球控制回路上设有LED红灯62的发光警告装置，具体的，LED红灯62连接第二与非门电路，当中水位浮球13的浮球开关断开时，在晶闸管和第二与非门电路的作用下，第二与非门电路的输出端为高电平，达到LED红灯62形成通路被点亮。高低水位浮球13的浮球控制回路上设有LED蓝灯63的发光警告装置。具体的，LED蓝灯63通过第三与非门电路与高低水位浮球13的浮球开关连接，当高低水位浮球13的浮球开关断开时，第三与非门电路的输出端为高电平，达到LED蓝灯63形成通路被点亮。高低水位浮球13对应的三极管Q的集电极连接蜂鸣器64的启动控制端，计时器4的信号输出端还连接另一发光警告装置、蜂鸣器64的停止控制端。例如计时器4对应设有LED黄灯65的发光警告装置。通过这些发光警告装置来告知水泵控制器的当前状态，水泵控制器在高低水位浮球13进行强切时，蜂鸣器64开始报警并做二次停泵，最终计时器4对负载进行最终强切时，则蜂鸣器64不再报警。本发明的上述设计，既能对水泵控制器的使用状态进行告知，又可在进行强切时，进行报警，整个系统具有较高的合理性。

水泵控制器的主电源输入端通过稳压器连接正负极性反接保护电路，正负极性反接保护电路连接直流电源供电端。本发明采用直流电源为水泵控制器的控制电源，如采用DC12V电源供电，通过正负极性反接保护电路、稳压器稳压后，为水泵控制器的各个装置提供稳定的5V电源，与普通电控箱采用220V的强电供电相比，给广大的维护工作者避免了维护时的安全隐患，确保维护工作者生命安全。

本发明还提出了一种水泵自动控制方法，包括如下步骤：

步骤S101，当水位到达启动浮球11所在的水位点后，接收启动浮球11传输的启动信号，控制负载开始运行。

本步骤中，接收启动浮球11传输的启动信号，控制负载开始运行，包括：接收启动浮球11传输的启动信号后，还控制计时器4开始计时，若计时器4计时完成，则控制负载强制停止运行。

当接收启动浮球11传输的启动信号后，发出启动信息，该启动信息可以是LED绿灯，当水位到达启动浮球11所在的水位点后，点亮LED绿灯即为发出启动信息。

步骤S102，当水位到达中水位浮球12所在的水位点后，接收中水位浮球12传输的停止信号，控制负载停止运行。

本步骤中，接收中水位浮球12传输的停止信号后，还可以控制计时器4开始计时，若计时器4计时完成，则控制负载强制停止运行。

当接收中水位浮球12传输的停止信号后，发出停止信息，该停止信息可以是LED红灯，当水位到达中水位浮球12所在的水位点后，点亮LED红灯即为发出停止信息。

步骤S103，当水位到达高低水位浮球13所在的水位点后，接收高低水位浮球13传输的停止信号，再次控制负载停止运行。

本步骤中，当接收高低水位浮球13传输的停止信号后，还可以控制计时器4开始计时，若计时器4计时完成，则控制负载强制停止运行。

接收高低水位浮球13传输的停止信号后，发出预警信息和鸣音信息。该预警信息可以是LED蓝灯，该鸣音信息可以是蜂鸣器，水位到达高低水位浮球13所在的水位点后，点亮LED蓝灯即为发出预警信息，蜂鸣器发声即为发出鸣音信息。

若设有计时器4，则当水泵启动时计时器4开始计时，当计时器4计时完成后，关闭鸣音信号。发出警告信息该警告信息可以是LED黄灯，当计时器4完成后，点亮LED黄灯即为发出警告信息。

若负载为多个时，对多个负载轮流进行控制，以控制一个负载开始运行到停止运行为一轮。如图2中所示，若存在两个负载，分别为负载21、负载22，则在需要控制负载开始运行时，首先是控制负载21开始运行，需要控制负载停止运行时，控制当前运行的负载停止运行，若存在计时器4强制停止运行，则也是对负载21强制停止运行，完成一轮控制。若再次需要控制负载开始运行，控制负载22开始运行，需要控制负载停止运行时，控制当前运行的负载22停止运行。下一次需要控制负载开始运行，控制负载21开始运行，通常这种轮流的方式逐个对负载进行控制。

本发明由于属于给排水通用控制系统，因此在给水环境下，启动浮球安装于低水位置(绿灯)，排水时启动浮球安装于高水位置(绿灯)。

实施例1：上水箱(房顶生活水箱)

参照图1，在上水箱应用场景中，水箱内设有三个浮球，从水位低到高分别为启动浮球11、中水位浮球12、高低水位浮球13。设置有一个负载2，为水泵。水泵控制器可以通过连接接触器线圈控制水泵工作。

1)当水箱内的水位下降到高低水位浮球13所在的水位点后，高低水位浮球13的浮球开关闭合接通；水位继续下降到中水位浮球12所在的水位点后，中水位浮球12的浮球开关闭合接通；水位继续下降到低水位即启动浮球11所在的水位点后，启动浮球11的浮球开关闭合接通，点亮LED绿灯61，带动负载做给水工作，同时计时器4开始计时。

2)在负载的运行下，对水箱进行给水工作，当水箱内的水位上升到启动浮球11所在的水位点后，启动浮球11的浮球开关断开，但是在自锁状态下，LED绿灯61继续点亮，负载继续运行；当水箱内的水位上升到中水位浮球12所在的水位点后，中水位浮球12的浮球开关断开，点亮LED红灯62，控制负载2停止工作。

3)若负载2未能停止工作，则继续做上水工作后，水箱内的水位上升到到高低水位浮球13所在的水位点后，高低水位浮球13的浮球开关断开，点亮LED蓝灯63，蜂鸣器64蜂鸣报警，控制负载2停止工作。

在此过程中(二次停泵以后，仍然不能停泵)，负载2不能正常完成工作，计时器4在设定好的时间内完成计时，则点亮LED黄灯65，并强制控制负载2停止工作，蜂鸣器64停止报警。此时，由于是强切情况下，只显示LED绿灯61和LED黄灯65，中水位浮球12和高低水位浮球13都没有发出停止信号，可能存在故障，等强切处理完成后，需要重新送电复位，复位后，由于水位较高，此时LED蓝灯63亮。

当水箱内的水位再次下降到启动浮球11所在的水位点后，重复进行上述第1)步，实现水泵自动控制水箱上水目的。

实施例2：积水池(地下污水池)

参照图2，在积水池应用场景中，积水池内设有三个浮球，从水位高到低分别为启动浮球11、中水位浮球12、高低水位浮球13。设置有两个负载，分别为负载21、负载22，均为水泵。水泵控制器可以通过连接接触器线圈控制两个水泵工作。

1)当积水池的水位上升到高于低水位浮球13所在的水位点后，高低水位浮球13的浮球开关闭合接通；水位继续上升到高于中水位浮球12所在的水位点后，中水位浮球12的浮球开关闭合接通；水位继续上升到达高于高水位启动浮球11所在的水位点后，启动浮球11的浮球开关闭合接通，点亮LED绿灯61，控制负载21开始做排水工作，同时计时器4开始计时。

2)在负载的运行下，对积水池进行排水工作，当积水池的水位下降到低于中水位浮球12所在的水位点后，中水位浮球12的浮球开关断开，点亮LED红灯62，控制负载21停止工作。

3)若负载21未能停止工作，则继续做排水工作后，积水池的水位下降到低于高低水位浮球13所在的水位点后，高低水位浮球13的浮球开关断开，点亮LED蓝灯63，蜂鸣器64蜂鸣报警，控制负载21再次停止工作。

在此过程中(二次停泵以后，仍然不能停泵)，负载21不能正常完成工作，计时器4在设定好的时间内完成计时，则点亮LED黄灯65，并强制控制负载21会被强制停止工作，蜂鸣器64停止报警。

当积水池的水位再次到达启动浮球11所在的水位点后，启动浮球11的浮球开关闭合，点亮LED绿灯61，控制负载22开始做排水工作，同时计时器4开始计时。后续的工作过程与上述步骤1)控制负载21时相同。

当积水池的水位下一次到达启动浮球11所在的水位点后，又重复上述步骤1)控制负载21工作。本实施例实现了两个负载轮流工作的目的。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.水泵自动控制系统，包括浮球，所述浮球连接用于控制水泵启停的水泵控制器，所述水泵控制器的信号输出端连接负载的控制端，其特征在于，所述浮球为设置在不同水位的至少两个浮球，分别为启动浮球、中水位浮球，所述水泵控制器包括至少两组浮球控制回路，一组所述浮球控制回路对应一个所述浮球，所述启动浮球通过一组所述浮球控制回路连接负载的启动控制端，所述中水位浮球通过另一组所述浮球控制回路连接负载的停泵控制端；

所述浮球控制回路包括三极管和电阻，所述三极管的发射极连接浮球电源输入端，所述三极管的基极通过所述电阻连接所述浮球的浮球开关后接地，所述三极管的集电极连接所述负载。

2.根据权利要求1所述的水泵自动控制系统，其特征在于，还包括一用于设置在最高或最低水位的高低水位浮球，所述高低水位浮球通过另一组所述浮球控制回路连接负载的停泵控制端。

3.根据权利要求2所述的水泵自动控制系统，其特征在于，所述水泵控制器还包括一计时器，所述计时器的触发端与所述启动浮球对应的所述浮球控制回路中的所述三极管的集电极连接；

所述计时器的计时信号输出端连接负载的停泵控制端；

所述计时器设有用于调整计时时间的计时调节端。

4.根据权利要求1或3所述的水泵自动控制系统，其特征在于，所述水泵控制器还包括一信号分配器，所述浮球控制回路通过所述信号分配器与至少两个负载连接；

当所述水泵控制器具有计时器时，所述计时器通过所述信号分配器与至少两个负载连接。

5.根据权利要求3所述的水泵自动控制系统，其特征在于，每组所述浮球控制回路上均设有一发光警告装置，所述高低水位浮球对应的所述三极管的集电极连接一蜂鸣器的启动控制端，所述计时器的信号输出端还连接另一发光警告装置、所述蜂鸣器的停止控制端。

6.根据权利要求1所述的水泵自动控制系统，其特征在于，所述水泵控制器的主电源输入端通过稳压器连接正负极性反接保护电路，所述正负极性反接保护电路连接直流电源供电端。

7.一种水泵自动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

接收启动浮球传输的启动信号，控制负载开始运行；

接收中水位浮球传输的停止信号，控制所述负载停止运行；

接收高低水位浮球传输的停止信号，再次控制所述负载停止运行。

8.根据权利要求7所述的水泵自动控制方法，其特征在于，所述接收启动浮球传输的启动信号，控制负载开始运行，包括：

接收启动浮球传输的启动信号后，还控制计时器开始计时，若计时器计时完成，则控制负载强制停止运行。

9.根据权利要求7所述的水泵自动控制方法，其特征在于，还包括：

若所述负载为多个时，对多个所述负载轮流进行控制，以控制一个所述负载开始运行到停止运行为一轮。

10.根据权利要求7所述的水泵自动控制方法，其特征在于，还包括：

接收启动浮球传输的启动信号后，发出启动信息；

接收中水位浮球传输的停止信号后，发出停止信息；

接收高低水位浮球传输的停止信号后，发出预警信息和鸣音信息；

当所述计时器开始计时结束后，发出警告信息，当所述计时器计时完成后，关闭所述鸣音信息，等待维护人员来处理。

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