专利名称：微电脑控制水泵多功能保护器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种全新的机电保护监控装置，用于保护各类单相、三相交流电源的水泵(如潜水泵、污水泵、深井泵、特种泵等)它通过微电脑对水泵进行多方位的扫描监控。保护功能全面，动作灵敏可靠。当发生故障时能迅速停机，并由数码块指示出是何种性质的故障，能帮助操作者快速的判断故障。
目前各类水泵的控制设备主要是由空气断路器、热继电器和交流接触器组成的继电器—接触器控制系统，它只能对水泵进行过载、缺相、短路三方面的常规保护，而且在灵敏度、可靠性及保护缺相的功能方面都存在缺点，如再要增加其他保护功能，就需另外加装分列的单元控制电路，这就存在着扩展功能困难，线路繁杂，统一协调性能不好，可靠性差的缺点，现在市场上还有一种由电子集成电路组成的保护器，因为它未使用微控制器(即单片微型计算机或微处理器)，全部由电子线路搭接而成，因此同样存在着保护功能越多、线路越繁杂、动作协调性能差，误动作多，可靠性不好的缺点。
本实用新型的目的提供一种微电脑控制水泵多功能保护器，它能对水泵进行轻度过载，严重过载、缺相，水泵内部渗漏水，水泵轴承温度，水泵外壳漏电的保护，并且还具有上、下水位的自动控制功能(可用于给水或排水的工作自动化)。
本实用新型的内部电路由四个部分组成(可参见
图1)。
1、为电源部分和执行部分。由变压器等元器件组成，变压器用于电源电压的转换，整流桥堆、滤波电容和三端稳压块，用于给本控制器提供稳定电压，双向可控硅，触发三极管等元件，用于对交流接触器的控制，完成电脑指令动作。
2、单片机系统。主要由单片机、存贮器、锁存器、晶振等元器件组成，用于对所有外部信号进行扫描、监控，并在程序规定的范围内对水泵进行各种控制和保护。
3、由数显电路、多种传感器电路和看门狗电路组成，数显电路由解码块7447和8字显示块组成，用于显示水泵的各种状态，由555时基电路等元器件组成的测渗漏水、测漏电和看门狗电路具有结构简单，性能稳定的优点，看门狗电路用于增强本机的抗干扰能力，4584集成块作为外来信号(上、下水位、温度)与电脑之间的接口电路有便于匹配和提高抗干扰能力的作用。
4、由运算放大器等元器件组成的对电机过载、缺相进行全面保护的电路，该电路对电机保护具有分档明显、动作灵敏、可靠的优点。以上为保护器内部的全部硬件组成部分，本控制器的所有外部需检测信号由下列传感器传送电机信号由互感器取样，经电机保护电路处理后送入电脑，渗漏水信号由泵内渗漏检测头把信号送入由555集成块组成的传感电路，进行放大处理后送入电脑，测漏电信号由一根接在水泵外壳的电线把漏电电压送入漏电传感器(由555块等组成)，经过整流、取样、放大等环节再送入电脑，上、下水位信号由外部的浮球开关输入，经过4584反向器等元件送入电脑，轴承温度由装在水泵轴承内的电热耦传送信号经4584反向器送入电脑。
本装置所用软件由初始化程序、主程序、各类子程序、中断程序组成，在软件的设计中不仅考虑了动作的全面和合理，流畅和可靠，而且充分考虑了抗干扰因素，采用了指令冗余、软件陷井等许多软件抗干扰措施，使本机软硬件抗干扰措施齐全，能适应各种恶劣的工作环境。
数码显示块能显示“0”-“8”的9位数码，这9位数码分别代表的含义如下“0”指示水泵正在起动状态，如电脑探测一切正常则3秒～8秒后电机起动成功，显示块显示“1”，(由电机功率大小决定起动时间，时间由电脑自行掌握)如有故障则电脑指示关闭电机，启动蜂鸣器报警10秒， 并同时由显示块显示出是何种性质故障。
“1”指示水泵处于正常工作状态，一切完好；“2”指示水泵电机处于缺相状态，并停机；“3”指示水泵外壳漏电并停机；“4”指示水泵内部有渗水现象并停机；“5”指示水泵处于轻度过载状态(电机额定电流的1.2倍以上)。
如果这种过载持续时间1分钟以上则停机，指示块一直显示“5”；如这种过载在1分种内自动消失，则显示块自动转为显示“1”，中间不停机；如这种过载现象加速恶化则一旦达到严重过载状态，则1秒内关机，显示块显示“6”。
“6”严重过载状态(电机额定电流1.5倍以上)指示水泵有异物卡壳，产生严重堵转或严重过电流，此状态如持续2秒则关机，显示块显示“6”；如2秒内堵转现象消失，则显示块自动转为“5”或“1”(由水泵状态决定)并且中间不停机。
“7”指示水位已达下限标志，此时水泵停机等待(用于排水系统)。
“8”指示水泵轴承过热并停机待查。
除“0”、“1”、“7”三种符号显示时，报警器不工作，在“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“8”的显示状态，电脑在确认水泵已故障停机时报警器将自动鸣叫10秒后关闭，显示块则长久显示该故障的数码，水泵一直处于切断电源停机状态，只有等待检查并排除故障后重新通电运行。
该装置由于实现电脑化，保护功能全面、动作灵敏可靠，并且数码显示能帮助快速地判断故障，蜂鸣器的报警能提示操作者注意。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明
说明书附
图1是本实用新型的全部电路原理图。
说明书附图2是新旧装置的对比图，图2中有两个部分C1部分是微电脑水泵保护器在线路中的接法；C2部分是水泵常规保护电路；附图2中代号含义如下图C1部分中，A1液位传感器；A0电脑控制器；A2电机开关；A3水泵；B1缺相、过载检测线；B2轴承过热检测线；B3漏电检测线；B4漏水检测连线。
图C2部分中A11液位传感器；A22液位控制器；A00继电控制；A55电机开关；A33水泵；A66漏水检测；A77缺相、过载；A44手机操作。
图1是本实用新型的全部电气原理图，由电源部分和执行部分，单片机系统，电机保护电路，数显电路和其余传感器电路组成，本装置是以8031单片机系统为中心，电源部分向本机提供直流+5V和+12V稳压电源，执行部分由双向可控硅，光耦合集成块及三极管组成，用于执行单片机指令对交流接触器和蜂鸣器的开、停。电机保护电路和其余传感器电路构成了所有需检测的外部信号的传感器电路、数显电路则随时显示水泵工作状态。本装置充分分利用了8031单片机的软硬件资源配置，利用了单片机处理功能强、速度快、扩展方便等多种优点再配上各种测检范围宽、结构简单、可靠性好的各类传感器电路以及看门狗电路等各种硬软件抗干扰措施，使本装置所设计的电路具有功能强、灵敏度高、可靠性好的特点，使其成为一种智能型的水泵保护测控装置。
图1中的电机实行过载、缺相保护的电路，是电机信号通过互感器取样，通过整流、滤波、稳压限流等措施，把交流信号转为有用的直流检测信号，此信号送入一运算放大器与一组给定电压比较，通过比较分离出电机轻度过载，电机严重过载和缺相，这三个电信号送入电脑，R3用于微调给定电压，使发光二极管处于正常状态，微调电位器一旦调好即可锁紧，以后不用再调整，本电机保护电路具有保护范围宽、分档动作显明显、性能可靠的优点。
图1中的数显电路，传感器电路(包含看门狗电路)的原理是数显电路由单片机P1.0～P1.3引脚输入显示信号，送入7447解码器，解码后的信号送入“8”字显示块，用于显示0～8的9位数码的水泵各种状态。测漏电传感器的工作原理是这样当检测头上有漏电电压时，此电压通过限流，整流等环节后使三级管BG7导通，此时BG7的集电极为低电位，并使BG6截止，同时555集成块的2、6脚呈低电位，555块的3脚此时则输出一个高电位，此高电位经过4584的12脚、13脚反相后向电脑传达一个低电平，此信号如持续0.1秒，电脑则指示关闭电机显示块，显示“3”。测漏水传感器电路原理如下当水泵内部发生渗漏时，检测头与水泵外壳之间的阻值降低除(泵内空气潮湿的变氏)使555集成块2、6、脚电位下降，通过555集成块的高放大功能，在3脚输出一个高电位，经过4584集成块三次反向(加强抗干扰能力)在4584的6脚输出一个低电平至电脑的P3.5脚，使水泵获得保护，此传感器电路在获得信息后，2秒内动作，如2秒内故障消失，则电脑取消动作指令，一切恢复正常。
看门狗电路(时间监视器)的原理如下电容C9通过R37、R38充电，经过一段时间后，C9的正极电压升高，同样也使555块的2.6脚电位升高，使555块的3脚输出一个低电平使三极管BG8导通，并通过电容C8向单片机9脚(复位用)输出一个正脉冲，使单片机复位、重新启动，P3.7接在BG9的基极上，BG9的集电极，发射极接在电容C9的二端，电脑通过P3.7脚输出一个定时负脉冲，不断地导通BG9使C9处于放电状态，一旦因强干扰使单片机程序飘移，P3.7脚无定时负脉冲输出，则在1.5秒内C9正极为高电位，使555块2.6脚为高位，使3脚输出为低电平，C8便输出一个正脉冲触发单片机9脚，使单片机重新启动，完成一次抗干扰。
上述三个单元电路充分利用了555时基电路的特性，具有灵敏度高、可靠性好、抗干扰能力强、成本低、结构简单的特点。
权利要求一、一种全新的机电保护装置微电脑控制水泵多功能保护器，主要由电源电路和执行电路、单片机系统，电机保护电路、数显电路、传感器电路和看门狗电路组成。其特征是以单片机系统为控制中心，对来自电机保护电路和其余传感器电路转换过来的外部检测信号，进行高速扫描和监控，并且在程序规定的范围内对水泵进行控制和保护，看门狗电路能增强抗干扰措施。数显电路能显示水泵的各种状态(即水泵的各种故障特征)
二、根据权利要求1所述的微电脑控制水泵多功能保护器其特征是，电机信号通过互感器AT取样后，送入电机保护电路，经过整流、滤波、稳压、限流等措施，把交流信号转为有用的直流检测信号，此检测信号送入一运算放大器与一组给定电压进行比较，通过比较，分离出电机轻度过载，电机严重过载及电机缺相的电信号，送入单片机进行处理，并执行程序规定的动作。
三、根据权利要求1所述的微电脑控制水泵多功能保护器其特征是在测漏水传感器和测漏是传感器及看门狗电路中都利用555时基电路的翻转特性，再配上适当的元器件，组成了上述2个传感器电路和看门狗电路。
四、根据权利要求1所述的微电脑控制水泵多功能保护器其特征是数显电路能显示水泵的各种状态，当水泵发生故障时能显示出是何种性质的故障。
专利摘要微电脑控制水泵多功能保护器是一种能够对水泵进行过载、缺相,泵内渗漏水,轴承温度,水泵外壳漏电及水位自动控制的保护装置,微电脑控制水泵多功能保护器主要由电源部分,单片机系统、传感器部分和电机保护电路四部分组成,工作时,微电脑对所有经过传感器传送的外部信号,进行扫描监控,在程序引导下进行控制和保护,同时,显示器显示水泵的各种状态。
文档编号F04D25/02GK2397291SQ97236429
公开日2000年9月20日 申请日期1997年6月26日 优先权日1997年6月26日
发明者王守天 申请人:王守天