CN207420835U - 一种基于永磁调速的水泵控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水泵控制系统，具体为一种基于永磁调速的水泵控制系统。包括控制系统，与控制系统相连接的第一三相交流电动机、第一步进电机、第二步进电机、第二三相交流电动机，其第一步进电机及三相交流电动机均与第一永磁调速机构连接；所述的第二三相交流电动机、第二步进电机均与第二永磁调速机构连接；所述的第一水泵与第二水泵通过供水管道连接形成了闭合回路，其回路一端连接有电磁式流量计，电磁式流量计与压力变送器连接，且压力变送器与电磁式流量计均与控制系统连接。其有益效果在于：能够根据供水量的实时变化，以及系统设定的供水压力，通过控制永磁调速机构自动调节水泵的转速，控制供水压力基本保持不变。

Description

一种基于永磁调速的水泵控制系统

技术领域

本实用新型涉及水泵控制系统的技术领域，具体为一种基于永磁调速的水泵控制系统。

背景技术

供水系统是人们日常生活生产中不可缺水的一环，我国长期以来在高层楼宇二次供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，传统的水塔、高位水箱、气压罐等供水方式，设备大，占地多，而且系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都不高，最主要的缺点是水压不能保持恒定，导致部分生产设备不能正常使用。在高层楼宇二次供水方面，用水量随时间变化明显，白天和晚上用水量相差很大，甚至季节不同，用水量也有很大差距。在用水高峰器，水的供给量常常低于用水量，导致供水压力下降，高层住户用水困难；而在用水低峰期，水的供给量常常大于用水量，导致供水压力偏高，导致低层用户水龙头“喷射而出”，造成诸多不便和安全隐患。因此对一种基于永磁调速的水泵控制系统的研究有重要的实际意义和价值。因此针对上述问题我们研制了一种能够根据供水量的实时变化，以及系统设定的供水压力，通过控制永磁调速机构自动调节水泵的转速，控制供水压力基本保持不变的基于永磁调速的水泵控制系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对以上所述的现有技术中存在的问题，提供一种能够根据供水量的实时变化，以及系统设定的供水压力，通过控制永磁调速机构自动调节水泵的转速，控制供水压力基本保持不变的基于永磁调速的水泵控制系统；该系统当水压超过警戒水压上限或下限时，系统报警；当系统缺水时，进行缺水保护并蜂鸣器报警，在系统运行过程中同时检测并记录水流量和总流量。

为了实现所述目的，本实用新型具体采用如下技术方案：

一种基于永磁调速的水泵控制系统，包括控制系统1，与控制系统1相连接的第一三相交流电动机2、第一步进电机3、第二步进电机4、第二三相交流电动机6，其第一步进电机3及三相交流电动机2均与第一永磁调速机构5连接；所述的第二三相交流电动机6、第二步进电机4均与第二永磁调速机构7连接，且第一永磁调速机构5与第一水泵8连接，第二永磁调速机构7与第二水泵9连接；所述的第一水泵8与第二水泵9通过供水管道连接形成了闭合回路，其回路一端连接有电磁式流量计10，电磁式流量计10与压力变送器11连接，且压力变送器11与电磁式流量计10均与控制系统1连接，其中压力变送器11一端还连接有水箱12。

所述的控制系统1包括单片机，与单片机输入端口连接的电磁流量传感器和压力传感器，其单片机的输出端口分别连接有第一三相交流电动机2、第一步进电机3、第二三相交流电动机6、第二步进电机4，TFT触摸屏与单片机的串行口连接，通过串行口实现单片机与TFT触摸屏的准双工通信模式，且第一三相交流电动机2、第二三相交流电动机6均连接有机械式控制按键。

所述的单片机的型号为MC9S12XS128。

所述的控制系统采用的总电源是220V交流电，需转换成各种电压的直流电，采用开关电源一将220V交流电转换成24V直流电，供给第一步进电机与第二步进电机，再将此24V直流电通过开关电源三转换成5V直流电供给单片机系统；同时采用开关电源二将220V交流电转换成24V直流电，供给压力变送器和TFT触摸屏，开关电源二与开关电源三必须共地连接；交流电动机采用独立的380V三相交流电供电。

所述的电磁流量传感器采集水流量数据，输出信号为4～20mA的电流信号，经过电流转电压模块将输入的电流正比例转换为0～5V的电压信号，该电压信号送入单片机的AD7引脚，进行AD转换，将模拟量转换为数字量，为计算做好准备。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本水泵控制系统能够根据供水量的实时变化，以及系统设定的供水压力，通过控制永磁调速机构自动调节水泵的转速，控制供水压力基本保持不变；且该系统当水压超过警戒水压上限或下限时，系统报警；当系统缺水时，进行缺水保护并蜂鸣器报警，在系统运行过程中同时检测并记录水流量和总流量。

附图说明

图1是本实用新型的结构原理框图；

图2是控制系统原理框图；

图3是电源转换框图；

图4是单片机与TFT触摸屏的连接电路原理图；

图5是单片机与电磁流量计的连接电路原理图；

图6是单片机与压力变送器的连接电路原理图；

图7是单片机与继电器的连接电路原理图；

图8是单片机与步进电机的连接电路原理图；

图9是控制程序流程图；

图中：控制系统1，第一三相交流电动机2，第一步进电机3，第二步进电机4，第一永磁调速机构5，第二三相交流电动机6，第二永磁调速机构7，第一水泵8，第二水泵9，电磁式流量计10，压力变送器11，水箱12。

具体实施方式

以下结合附图1-附图9对本实用新型的结构及其有益效果进一步说明。

如图1本实用新型的结构原理框图所示，一种基于永磁调速的水泵控制系统，包括控制系统1，与控制系统1相连接的第一三相交流电动机2、第一步进电机3、第二步进电机4、第二三相交流电动机6，其第一步进电机3及三相交流电动机2均与第一永磁调速机构5连接；所述的第二三相交流电动机6、第二步进电机4均与第二永磁调速机构7连接，且第一永磁调速机构5与第一水泵8连接，第二永磁调速机构7与第二水泵9连接；所述的第一水泵8与第二水泵9通过供水管道连接形成了闭合回路，其回路一端连接有电磁式流量计10，电磁式流量计10与压力变送器11连接，且压力变送器11与电磁式流量计10均与控制系统1连接，其中压力变送器11一端还连接有水箱12。

如图2控制系统原理框图所示，所述的控制系统1包括单片机，与单片机输入端口连接的电磁流量传感器和压力传感器，其单片机的输出端口分别连接有第一三相交流电动机2、第一步进电机3、第二三相交流电动机6、第二步进电机4，TFT触摸屏与单片机的串行口连接，通过串行口实现单片机与TFT触摸屏的准双工通信模式，且第一三相交流电动机2、第二三相交流电动机6均连接有机械式控制按键；

如图2所示，单片机采集电磁流量传感器、压力传感器送来的流量和压力信号，以及TFT触摸屏上设置的控制数据和控制按键，经过运算和逻辑判断，控制第一三相交流电动机2、第二三相交流电动机6两个交流电动机的起停，并控制第一步进电机3、第二步进电机4正转和反转，带动永磁调速机构调节水泵的转速，设置的机械式控制按键也可以控制两个交流电动机的起停。

如图3电源转换框图所示，所述的控制系统采用的总电源是220V交流电，需转换成各种电压的直流电，采用开关电源一将220V交流电转换成24V直流电，供给第一步进电机与第二步进电机，再将此24V直流电通过开关电源三转换成5V直流电供给单片机系统；同时采用开关电源二将220V交流电转换成24V直流电，供给压力变送器和TFT触摸屏，开关电源二与开关电源三必须共地连接；交流电动机采用独立的380V三相交流电供电。

如图5单片机与电磁流量计的连接电路原理图所示，所述的电磁流量传感器采集水流量数据，输出信号为4～20mA的电流信号，经过电流转电压模块将输入的电流正比例转换为0～5V的电压信号，该电压信号送入单片机的AD7引脚，进行AD转换，将模拟量转换为数字量，为计算做好准备。

如图6单片机与压力变送器的连接电路原理图所示，所述的压力变送器采集供水压力数据，输出信号为0～5V的电压信号，该电压信号送入单片机的AD2引脚，进行AD转换，将模拟量转换为数字量，为计算做好准备。

如图7单片机与继电器的连接电路原理图所示，所述的单片机输出信号，通过三极管8550放大后，控制继电器JRC-21F(4100)常开触点的开闭动作，触点闭合则三相交流电动机启动，触点断开则三相交流电动机停止。

如图8单片机与步进电机的连接电路原理图所示，所述的单片机输出控制步进电机的脉冲信号和运作方向信号，经过步进电机驱动器分频、放大处理后控制步进电机的正反转，步进电机带动永磁调速机构调节水泵的转速。

本实用新型的基于永磁调速的水泵控制系统，工作原理如下：

在TFT触摸屏上设置“手动控制算法”和“自动控制算法”两个按键，点下任一按键则系统进入相应的工作状态。

1、手动控制算法

手动控制采用类似于独立式键盘的TFT触摸屏中的按键控制，当手动控制模式界面中的相应控制按键按下后，TFT触摸屏通过串口发送一串数字信息，该数字信息包含被按下按钮ID值，按钮是按下或弹起等信息，MC9S12XS128单片机根据接收到的这一串数字信息，按照这串信息的编码规则进行反向解析，分析出这个按钮控件的ID值，从而在程序中，启动对应的控制操作，步进电机、交流电机的手动控制皆采用这种方式，工作可靠性高。

2、自动控制算法

永磁调速水泵控制系统要实现恒压供水，选用水压作为控制目标，流量作为参考，自动控制的基本思路如下：用户在TFT触摸屏的自动控制模式界面中输入水压的上限压力(记为PRESS_H)、下限压力(记为PRESS_L)，报警上限压力、报警下限压力，其中报警上限压力>上限压力>下限压力>报警下限压力。根据上限压力和下限压力，计算出理想压力PRESS_M＝(PRESS_H+PRESS_L)/2。单片机不断采集当前供水压力数据，当当前供水压力处于上限压力与下限压力之间时，以理想压力为目标，启动步进电机低速运行，控制水压缓慢趋近于理想压力；当当前水压高于上限压力或低于下限压力时，启动步进电机高速运行，控制水压迅速进入控制压力区间；当水压高于报警上限压力或低于报警下限压力时，步进电机高速运行调整供水压力，同时蜂鸣器报警，引起管理人员注意水压异常；当水泵运行后，若电磁流量传感器测得的水流量几乎为零，同时水压低于报警下限压力时进行缺水保护，单片机控制三相交流电动机和步进电机都停止运行，系统锁死，断电重启后回复正常。步进电机的高速运行转速为0.25转/秒，低速运行速度为0.125转/秒。

所述的单片机采集电磁流量传感器、压力传感器送来的流量和压力信号，以及TFT触摸屏上设置的控制数据和控制按键，经过运算和逻辑判断，控制第一三相交流电动机2、第二三相交流电动机6的起停，并控制第一步进电机3、第二步进电机4正转和反转，带动永磁调速机构调节水泵的转速。设置的机械式控制按键也可以控制两个交流电动机的起停。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种基于永磁调速的水泵控制系统，包括控制系统(1)，与控制系统(1)相连接的第一三相交流电动机(2)、第一步进电机(3)、第二步进电机(4)、第二三相交流电动机(6)，其第一步进电机(3)及三相交流电动机(2)均与第一永磁调速机构(5)连接；所述的第二三相交流电动机(6)、第二步进电机(4)均与第二永磁调速机构(7)连接，且第一永磁调速机构(5)与第一水泵(8)连接，第二永磁调速机构(7)与第二水泵(9)连接；所述的第一水泵(8)与第二水泵(9)通过供水管道连接形成了闭合回路，其回路一端连接有电磁式流量计(10)，电磁式流量计(10)与压力变送器(11)连接，且压力变送器(11)与电磁式流量计(10)均与控制系统(1)连接，其中压力变送器(11)一端还连接有水箱(12)。

2.根据权利要求1所述一种基于永磁调速的水泵控制系统，其特征在于：所述的控制系统(1)包括单片机，与单片机输入端口连接的电磁流量传感器和压力传感器，其单片机的输出端口分别连接有第一三相交流电动机(2)、第一步进电机(3)、第二三相交流电动机(6)、第二步进电机(4)，TFT触摸屏与单片机的串行口连接，通过串行口实现单片机与TFT触摸屏的准双工通信模式，且第一三相交流电动机(2)、第二三相交流电动机(6)均连接有机械式控制按键。

3.根据权利要求2所述一种基于永磁调速的水泵控制系统，其特征在于：所述的单片机的型号为MC9S12XS128。

4.根据权利要求1所述一种基于永磁调速的水泵控制系统，其特征在于：所述的控制系统采用的总电源是220V交流电，需转换成各种电压的直流电，采用开关电源一将220V交流电转换成24V直流电，供给第一步进电机与第二步进电机，再将此24V直流电通过开关电源三转换成5V直流电供给单片机系统；同时采用开关电源二将220V交流电转换成24V直流电，供给压力变送器和TFT触摸屏，开关电源二与开关电源三必须共地连接；交流电动机采用独立的380V三相交流电供电。

5.根据权利要求2所述一种基于永磁调速的水泵控制系统，其特征在于：所述的电磁流量传感器采集水流量数据，输出信号为4～20mA的电流信号，经过电流转电压模块将输入的电流正比例转换为0～5V的电压信号，该电压信号送入单片机的AD7引脚，进行AD转换，将模拟量转换为数字量，为计算做好准备。