CN202694092U - 一种基于can总线的恒压供水群控系统 - Google Patents

一种基于can总线的恒压供水群控系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种基于CAN总线的恒压供水群控系统，包括中央处理器，中央处理器连有水泵专用变频器，水泵专用变频器连有三相电机，三相电机连有专用水泵。实用新型有益的效果是：本实用新型在现有变频调速电动机一体化产品的基础上，增加恒压供水系统控制和监视的功能，从而使每套恒压供水装置结构更紧凑、控制更精细、外观更精致。该系统集成电机、变频器和控制器于一体，即可以单个运行也可以多个联机运行。本系统选取了高性能CAN总线，在联机时能自动倒泵，自动主副机切换，某个泵出现损坏时能自动将其断开联机系统，从而保证其他几个泵还能正常使用。

Description

一种基于CAN总线的恒压供水群控系统
技术领域
本实用新型涉及一种恒压供水装置，尤其是一种基于CAN总线的恒压供水群控系统。
背景技术
CAN属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。较之目前许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言，基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：CAN即控制器局域网络，属于工业现场总线的范畴。与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计，CAN总线越来越受到人们的重视。
发明内容
本实用新型要解决上述现有技术的缺点，提供一种能有效降低系统的复杂程度，但不失系统高可靠性的恒压供水群控系统。
本实用新型解决其技术问题采用的技术方案：这种基于CAN总线的恒压供水群控系统，包括中央处理器，中央处理器连有水泵专用变频器，水泵专用变频器连有三相电机，三相电机连有专用水泵。
作为优选，所述中央处理器为32位，且内部含有如下外设：12位AD转换器、12位DA转换器、UART接口、高速CAN控制器。
作为优选，中央处理器连有模拟量输入调理电路。
作为优选，中央处理器连有外部开关量输入、出调理电路。
作为优选，中央处理器连有LCD显示及键盘。
作为优选，中央处理器连有开关电源。
作为优选，中央处理器与水泵专用变频器之间连有模拟量输出调理电路。
作为优选，中央处理器与水泵专用变频器之间连有开关量输入、出调理电路。
作为优选，中央处理器与水泵专用变频器之间连有485收发模块。
作为优选，中央处理器连有CAN收发模块。
实用新型有益的效果是：本实用新型在现有变频调速电动机一体化产品的基础上，增加恒压供水系统控制和监视的功能，从而使每套恒压供水装置结构更紧凑、控制更精细、外观更精致。该系统集成电机、变频器和控制器于一体，即可以单个运行也可以多个联机运行。本系统选取了高性能CAN总线，CAN为多主工作方式，网络上任何一个节点均可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息，而不分主从。在报文标识符上，CAN上的节点分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，优先级高的数据最多可在134us内得到传输。所以在联机时能自动倒泵，自动主副机切换，某个泵出现损坏时能自动将其断开联机系统，从而保证其他几个泵还能正常使用。
附图说明
图1是本实用新型系统安装示意方框示意图；
图2是本实用新型整体原理方框示意图；
图3是本实用新型中央控制器原理图；
图4是本实用新型CAN收发模块原理图；
图5是本实用新型485收发原理图；
附图标记说明：中央处理器1，模拟量输入调理电路2，外部开关量输入、出调理电路3，开关电源4，LCD显示及键盘5，模拟量输出调理电路6，开关量输入、出调理电路7，485收发模块8，CAN收发模块9，水泵专用变频器10，三相电机11，专用水泵12。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
实施例：如图2所示，这种基于CAN总线的恒压供水群控系统，包括中央处理器1，中央处理器1连有水泵专用变频器10，水泵专用变频器10连有三相电机11，三相电机11连有专用水泵12。其中水泵专用变频器10的功能是控制电机运行速度的关键设备，三相电机11的功能是将电能转化成机械能。中央处理器1为32位，且内部含有如下外设：12位AD转换器、12位DA转换器、UART接口、高速CAN控制器，如图3。
其中，中央处理器1连有模拟量输入调理电路2，该电路的功能是接受来自外部的两路模拟量，其中一路来自水系统的反馈传感器，另一路可用可不用，用时可以作为用户的设定量来输入；中央处理器1连有外部开关量输入、出调理电路3，该电路的功能是接受来自外部的开关量，用于控制整个系统的启停等功能；中央处理器1连有LCD显示及键盘5，该电路的功能是用于监控当前水系统的运行状态已经设置系统的参数等；中央处理器1连有开关电源4，用于提供控制系统所需的所有电源电压；中央处理器1连有CAN收发模块9，该电路的功能是在联机状态时，用于各水泵之间的通讯，如图4。
中央处理器1与水泵专用变频器10之间连有模拟量输出调理电路6，该电路的功能用于控制水泵专用变频器10的运行频率；中央处理器1与水泵专用变频器10之间连有开关量输入、出调理电路7，该电路的功能是用于控制水泵专用变频器10的启停和接受故障信号；中央处理器1与水泵专用变频器10之间连有485收发模块8，该电路的功能是读写水泵专用变频器10内的特定参数，如图5。
由水泵类负载的工作特性可知，其电机功率与转速立方成正比，而转速又与频率成正比。如果我们改变电机的工作方式，让它不总是在额定工作频率下运转，而是改由变频调整控制系统进行启停控制和调整运行，则其转速就可以在0～2900r/min的范围内连续可调，即输出的流量、压力或风量也随之可在0～100％范围内连续可调，使之与负载的工作需要求精确匹配，从而达到节能降耗的目的。
恒压供水控制系统的基本控制策略是：采用电动机调速装置(变频器)与专用控制器构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。而群控系统是在恒压供水的基础上完成智能化管理。每个水泵既能单独运行，也能联机运行。
当水泵处于单机运行模式时：由于变频器内部本身含有恒压控制系统，所以只要接上相应的外部传感器，就能独立运行了，不在使用PLC等外部控制器了。
当水泵处于联机运行模式时：系统会根据分配的ID号，自己仲裁出一个主泵，主机确认后其他水泵都受主机控制并分配任务，自动调节频率保证压力稳定，当压力一直达不到客户设定压力值时，主泵发出命令增加一台水泵运行，直到出水压力达到设定值；当出水压力一直大于客户设定的压力值时，主泵发出命令减少一台是水泵运行。系统运行时间达到倒泵时间时，主泵寻找该时间段内运行时间最短的泵，并把控制权移交给该泵，自己切换到辅泵，该方案能是所有的泵的运行的平均时间差不多，减少故障率。当其中某台泵发生故障时，若是主泵，那么其他的辅泵就会获取主动权成为主泵，继续控制其余的辅泵运行，并将故障泵的ID号切出联机系统并报警。在该模式中，主辅泵之间都是通过高性能的CAN总线来完成。由于每个控制器的供电都是独立的，所以在发生故障时，其余的泵不会因为断电而失效。
这种基于CAN总线的恒压供水群控系统在初始化设定完毕后，系统首先自动根据地址号，确认那台是主机，主机确认后，首先开始核对从机中所有的参数是否一致，然后开始采集客户的压力设定量，经过相应的运算后控制变频器的频率和运行的数量，这样就可以让整个系统运行在最佳状态。
该系统的设定值可以通过两种方法设定：外部模拟量设定和键盘设定。当使用外部模拟量设定时，中央处理器1通过模拟量输入调理电路2同时采集外部模拟量和来自传感器的反馈量，软件将采集到的这两个量经过PI运算后，换算出所需电机的运行数量和频率。在没有大量用水的时候，系统能将运行的水泵数量和运行频率降到最低，达到节能的效果。
如图1，这种基于CAN总线的恒压供水群控系统在联机时，运用了CAN总线进行通讯，而CAN总线基本上没有对物理层进行定义，但基于CAN的IS0标准对物理层进行了定义。设计一个CAN系统时，物理层具有很大的选择余地，但必须保证CAN协议中媒体访问层非破坏性位仲裁的要求，即出现总线竞争时，具有较高优先权的报文获取总线竞争的原则，所以要求物理层必须支持CAN总线中隐性位和显性位的状态特征。在没有发送显性位时，总线处于隐性状态，空闲时，总线处于隐性状态；当有一个或多个节点发送显性位，显性位覆盖隐性位，使总线处于显性状态。正是由于CAN总线具有这个优点，在该恒压控制系统中，就能保证通讯的安全与快速，而且对于软件的处理也非常的方便。系统在正常运行过程中，主机会通过CAN总线实时的去查询从机的运行状态，当发现从机有异常状态时，主机会自动的让异常的机器脱离系统并通过LCD或开关量的方式报警。相应的从机也会定时的判断主机有无异常，若异常了，从机之间会通过约定的算法，仲裁出某个ID号的从机作为主机来控制整个系统的运行，同时升为主机的从机，也会通过一个的方式来提供报警。这些功能正是得益于CAN总线的优点。
除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于CAN总线的恒压供水群控系统，包括中央处理器(1)，其特征是：中央处理器(1)连有水泵专用变频器(10)，水泵专用变频器(10)连有三相电机(11)，三相电机(11)连有专用水泵(12)。
2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的恒压供水群控系统，其特征是：所述中央处理器(1)为32位，且内部含有如下外设：12位AD转换器、12位DA转换器、UART接口、高速CAN控制器。
3.根据权利要求1或2所述的基于CAN总线的恒压供水群控系统，其特征是：中央处理器(1)连有模拟量输入调理电路(2)。
4.根据权利要求1或2所述的基于CAN总线的恒压供水群控系统，其特征是：中央处理器(1)连有外部开关量输入、出调理电路(3)。
5.根据权利要求1或2所述的基于CAN总线的恒压供水群控系统，其特征是：中央处理器(1)连有LCD显示及键盘(5)。
6.根据权利要求1或2所述的基于CAN总线的恒压供水群控系统，其特征是：中央处理器(1)连有开关电源(4)。
7.根据权利要求1或2所述的基于CAN总线的恒压供水群控系统，其特征是：中央处理器(1)与水泵专用变频器(10)之间连有模拟量输出调理电路(6)。
8.根据权利要求1或2所述的基于CAN总线的恒压供水群控系统，其特征是：中央处理器(1)与水泵专用变频器(10)之间连有开关量输入、出调理电路(7)。
9.根据权利要求1或2所述的基于CAN总线的恒压供水群控系统，其特征是：中央处理器(1)与水泵专用变频器(10)之间连有485收发模块(8)。
10.根据权利要求1或2所述的基于CAN总线的恒压供水群控系统，其特征是：中央处理器(1)连有CAN收发模块(9)。
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