单相水泵的智能控制系统及控制方法与流程

本发明涉及水泵控制领域，具体地是单相水泵的智能控制系统及控制方法。

背景技术：

水泵是属于通用性的机械类而被广泛地应用于国民经济各个部门。尤其单相水泵被广泛地应用于给水、压力罐供水、排水与管道增压等领域，其水位或压力的自动控制及保护往往又依赖于电极探头、电接点压力表、浮子开关或流量开关等检测方式，驱动电机的额定容量又在几百瓦到几千瓦范围，目前已有的水泵控制器通用性差，不能胜任上述所有情况。另外，水泵控制器还存在外接线复杂、控制方式单一、操作复杂、人机交互性差等问题。

技术实现要素：

本发明是要解决现有技术存在的上述问题，提供一种单相水泵的智能控制系统及控制方法，控制方式可以采用自动或手动方式，具有良好的人机交互界面，控制方式、给排水功能及电机额定数据可由用户根据需要设定，以提高装置通用性，简化了电路结构，操作简单。

单相水泵的智能控制系统由中央控制单元，分别与中央控制单元相连的触摸屏、液位/压力/流量检测单元、电参数检测单元、执行单元、水泵状态检测单元和接线端子排组成，中央控制单元主要实现数据处理与分析、逻辑判断及控制功能，触摸屏实现人机交互功能，液位/压力/流量检测单元实现低水位、压力及流量开关量的检测，电参数检测单元实现交流电压与电流信号的采集，执行单元通过电磁继电器实现单相异步电机主电路的通断功能，水泵状态检测单元通过检测电磁继电器常开触点的闭合或断开状态实现水泵状态的监测；所述接线端子排具有外部接线端子PE、N、L、N1、L1、C、Com、X1、X2，PE为专门用于将电气装置外露导电部分接地的端子，N为用于接零线的端子，L用于接火线端子，N1为接电机B相端子，L1用于接电机A相端子，C为悬空或用于接电机C相端子，公共线接于Com端子，X1、X2端子用于接探头、浮子开关、电接点压力表或流量开关。

单相水泵的智能控制方法如下：

1、人机交互界面设置

通过触摸屏设计四个人机交互界面，对用户名及密码进行验证；设置界面，分为电机额定参数设置、控制方式选择及功能选择部分，其中电机额定参数设置包括额定功率、额定电压及额定电流的设置，控制方式选择包括手动方式与自动方式的选择，功能选择包括上水箱给水/管道增压或者水井排水；手动控制界面，分为状态指示区、电参数显示区、控制区及报警显示区，状态指示区可以指示水泵运行或停止状态，用灯光显示；电参数显示区可以显示电压与电流的有效值，控制区通过起动按钮和停止按钮可以控制水泵的起动与停止，报警区可以显示各种报警状态，用文字及灯光显；自动控制界面，分为状态指示区、电参数显示区及报警显示区，状态指示区可以指示水泵运行或停止状态，用灯光显示，电参数显示区可以显示电压与电流的有效值，报警区可以显示各种报警状态，用文字及灯光显示；

2、首先判断是否第一次使用该控制器，也就是电机额定参数设定值P_N是否为0，如果是0，则为第一次使用该控制器，系统将进入用户登陆界面，如果不是0，则不是第一次使用该控制器，然后通过是否按动设置按钮判断是否要进入设置界面，如果是进入设置界面，则系统也同样进入用户登陆界面；用户与密码进行验证，如果不正确，则提示错误信息，确认后返回到用户登陆界面，等待重新输入，直到正确为止，当用户与密码验证成功，则进入设置界面，可对电机额定参数、手动/自动工作方式与给水/排水功能进行设定；判断是否要进入控制界面，如果参数设置的确认按钮没有按下，则系统等待，如果参数设置的确认按钮按下，电机额定参数、工作方式及功能变量进行赋值，系统进入控制界面；判断是否手动方式，如果不是手动方式，则判断是否是自动方式；如果手动方式，则进入手动控制界面，显示运行状态；判断正常运行标志是否为1，如果为1，则系统往下进行，否则系统等待；判断是否按下起动按钮，如果没有按下起动按钮，则返回开始位置，如果按下起动按钮，则起动标志位置1，水泵起动，然后判断是否按下停止按钮，如果没有按下停止按钮，则返回开始位置，如果按下停止按钮，则起动标志位置0，水泵停止；如果是自动方式，则进入自动控制界面，显示运行状态；判断正常运行标志是否为1，如果为1，则系统往下进行，否则系统等待；判断是否是排水方式，如果是排水方式，则再判断液位是否到上止点，如果没有到上限则返回开始位置，如果液位到上止点，则起动标志位置1，水泵起动；然后判断水位是否到下止点，如果没有到下止点，则返回开始位置，如果到下止点，则起动标志位置0，水泵停止；如果是给水方式，然后判断水位是否到达下止点，如果液位没有到达下止点，系统返回开始位置，液位如果到达下止点，则起动标志位置1；然后判断液位是否到达上止点，如果液位没有到达上止点，则系统返回开始位置；如果到达上止点，则起动标志位置0，水泵停止，系统再返回开始位置。

进一步地，正常标志置1或置0是通过以下过程判断的：

首先进行电压数据检测、数据滤波处理、电压有效值计算与电压有效值显示；然后，判断电压有效值是否大于额定电压U_N的107％，如果是，则过电压报警，正常标志置0，起动标志置0；如果否，再判断电压是否小于额定电压U_N的90％，如果小于，则欠压报警，正常标志置0，起动标志置0，如果电压不小于额定电压U_N的90％，则返回；

首先进行电流数据检测、数据滤波处理、电流有效值计算与电流有效值显示；然后，判断电流是否大于额定电流的4倍，如果是，则启动定时器1，再判断定时器1定时时间是否超过1秒，如果超过1秒，短路故障报警，正常标志置0，起动标志置0，否则等待；如果电流不大于额定电流的4倍，定时器1复位，然后，判断电流是否大于额定电流，如果是，启动定时器2，再判断定时器2定时时间是否超过30秒，如果超过30秒，过载故障报警，正常标志置0，起动标志置0，否则等待；如果电流不大于额定电流，定时器2复位，然后，判断电流是否小于额定电流的30％，如果是，干转报警，正常标志置0，起动标志置0，否则返回。

与传统的水泵控制装置比较，具有如下的有益效果：

1)本系统采用触摸屏取代传统的由各种按钮、显示屏组成人机交互手段，具有操作简单、人机交互友好等优势，便于现场工作人员掌握，提高效率，可以有效地避免由操作失当带来的安全事故。

2)本系统具有电机额定参数设置功能，额定参数包括额定功率、额定电压及额定电流，额定电压是220V，额定功率可以在0.37-2.2KW之间设置，这样保证该装置适用于大范围容量的单相水泵应用。

3)本系统具有上水箱给水/管路增压、水井排水的选择功能，使得本控制装置适用于排水、给水、压力罐供水及管路增压应用领域。检测手段包括电极型探头、浮子开关、电接点压力表、流量开关，各种功能的水位检测复用检测端子，只由三个端子组成，一个是接公共线，一个是下止点接线，另外一个是上止点接线，大大简化了外部接线。同时，检测端子通用性强，可以连接电极式探头、浮子开关、电接点压力表与流量开关多种检测手段，既可适用于排水、给水工程，又适用于管道增压工程。

4)本系统具有火线端子L1、零线端子N1外，还具有电容端子C，可以在火线端子L1与电容端子C之间并联外置电容。因此，本系统既适用于普通单相异步电动机，又适用于外置电容的单相异步电动机。

5)本系统具有手动与自动控制选择功能，系统自动控制失灵或者设备检修时，控制方式可以选择手动控制，保证了系统的安全可靠性。

6)进入设置界面之前，先进行用户名与密码验证，极大地限制了非专业工作人员误操作的可能性，保证了系统的安全与可靠性。

7)系统的监控界面可以实时显示水泵运行状态、电参数与报警状态，便于操作人员进行监控。

附图说明

图1是本发明的控制系统框图；

图2是带有探头的驱动外置电容单相异步电机线端子图；

图3是带有浮子开关的驱动普通单相异步电机线端子图；

图4是带有电接点压力表的驱动普通单相异步电机线端子图；

图5是带有流量开关的驱动普通单相异步电机线端子图；

图6是用户登陆界面示意图；

图7是设置界面示意图；

图8是手动控制界面示意图；

图9是自动控制界面示意图；

图10是本发明的控制流程图；

图11是电压监测流程图；

图12是电流监测流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做详细地阐述：

如图1所示，单相水泵的智能控制系统由中央控制单元、触摸屏、液位/压力/流量检测单元、电参数检测单元、执行单元与水泵状态检测单元和接线端子排七部分组成，中央控制单元主要实现数据处理与分析、逻辑判断及控制功能，触摸屏实现人机交互功能，液位/压力/流量检测单元中检测元件为电极探头、浮子开关、电接点压力表或流量开关，液位/压力/流量检测单元用来实现低水位、压力或流量等开关量的检测，电参数检测单元实现交流电压与电流信号的采集，执行单元通过电磁继电器实现单相异步电机主电路的通断功能，水泵状态检测单元通过检测电磁继电器常开触点的闭合或断开状态实现水泵状态的监测。所述接线端子排具有外部接线端子PE、N、L、N1、L1、C、Com、X1、X2，PE为专门用于将电气装置外露导电部分接地的端子，N为用于接零线的端子，L用于接火线端子，N1为接电机B相端子，L1用于接电机A相端子，C为悬空或用于接电机C相端子，公共线接于Com端子，X1、X2端子用于接探头、浮子开关、电接点压力表或流量开关。

带有电极探头的驱动外置电容单相异步电动机的电路接线端子排如图2所示，控制系统的外部接线端子PE、N、L、N1、L1、C、Com、X1、X2，其中PE为专门用于将电气装置外露导电部分接地的端子，N为用于接零线的端子，L用于接火线端子，N1为接电机B相端子，L1用于接电机A相端子，C用于接电机C相端子，L1端子和电机C相端子之间连接外置电容，Com用于接探头的公共线，X1用于接探头的下止点线，X2用于接探头的上止点线，电机用来驱动水泵。

带有浮子开关的驱动普通单相异步电动机的电路接线端子排如图3所示，控制装置的外部接线端子PE、N、L、N1、L1、C、Com、X1、X2端子，其中N1为接电机B相端子，L1用于接电机A相端子，C端子悬空，上浮子与下浮子开关的各取一根线接在一起，并接于Com端子，下浮子的另一根线接于X1端子，上浮子的另一根线接于X2端子，PE为专门用于将电气装置外露导电部分接地的端子，N为用于接零线的端子，L用于接火线端子。

带有电接点压力表的驱动普通单相异步电动机的电路接线端子排如图4所示，控制装置的外部接线端子PE、N、L、N1、L1、C、Com、X1、X2端子，其中N1为接电机B相端子，L1用于接电机A相端子，C端子悬空，公共线接于Com端子，压力表的压力低限接点接于X1端子，压力高限接点接于X2端子，PE为专门用于将电气装置外露导电部分接地的端子，N为用于接零线的端子，L用于接火线端子。

如图5所示，带有流量开关的驱动普通单相异步电动机的电路包括控制装置的外部接线端子PE、N、L、N1、L1、C、Com、X1、X2端子，其中N1为接电机B相端子，L1用于接电机A相端子，C端子悬空，流量开关的一根线接于Com端子、另外一根线分别接于X1端子与X2端子，PE为专门用于将电气装置外露导电部分接地的端子，N为用于接零线的端子，L用于接火线端子。

单相水泵的智能控制方法如下：

1、人机交互界面设置

通过触摸屏设计四个人机交互界面，见图6-图9所示。图6为用户登陆界面，对用户名及密码进行验证。图7为设置界面，分为电机额定参数设置、控制方式选择及功能选择部分，其中电机额定参数设置包括额定功率、额定电压及额定电流的设置，控制方式选择包括手动方式与自动方式的选择，功能选择包括上水箱给水/管道增压或者水井排水。图8为手动控制界面，分为状态指示区、电参数显示区、控制区及报警显示区，状态指示区可以指示水泵运行或停止状态，用灯光显示，电参数显示区可以显示电压与电流的有效值，控制区可以控制水泵的起动与停止，报警区可以显示各种报警状态，用文字及灯光显示。图9为自动控制界面，分为状态指示区、电参数显示区及报警显示区，状态指示区可以指示水泵运行或停止状态，用灯光显示，电参数显示区可以显示电压与电流的有效值，报警区可以显示各种报警状态，用文字及灯光显示；

2、如图10所示，首先判断是否第一次使用该控制器，也就是电机额定参数设定值是否为0，如果是0，则为第一次使用该控制器，系统将进入用户登陆界面，如果不是0，则不是第一次使用该控制器，然后判断是否要进入设置界面，如果是进入设置界面，则系统也同样进入用户登陆界面；用户与密码进行验证，如果不正确，则提示错误信息，确认后返回到用户登陆界面，等待重新输入，直到正确为止，当用户与密码验证成功，则进入设置界面，可对电机额定参数、手动/自动工作方式与给水/排水功能进行设定；判断是否要进入控制界面，如果参数设置的确认按钮没有按下，则系统等待，如果参数设置的确认按钮按下，电机额定参数、工作方式及功能变量进行赋值，系统进入控制界面；判断是否手动方式，如果不是手动方式，则判断是否是自动方式；如果手动方式，则进入手动控制界面，显示运行状态；判断正常运行标志是否为1，如果为1，则系统往下进行，否则系统等待；判断是否按下起动按钮，如果没有按下起动按钮，则返回开始位置，如果按下起动按钮，则起动标志位置1，水泵起动，然后判断是否按下停止按钮，如果没有按下停止按钮，则返回开始位置，如果按下停止按钮，则起动标志位置0，水泵停止；如果是自动方式，则进入自动控制界面，显示运行状态；判断正常运行标志是否为1，如果为1，则系统往下进行，否则系统等待；判断是否是排水方式，如果是排水方式，则再判断液位是否到上止点，如果没有到上限则返回开始位置，如果液位到上止点，则起动标志位置1，水泵起动；然后判断水位是否到下止点，如果没有到下止点，则返回开始位置，如果到下止点，则起动标志位置0，水泵停止；如果是给水方式，然后判断水位是否到达下止点，如果液位没有到达下止点，系统返回开始位置，液位如果到达下止点，则起动标志位置1；然后判断液位是否到达上止点，如果液位没有到达上止点，则系统返回开始位置；如果到达上止点，则起动标志位置0，水泵停止，系统再返回开始位置。

正常标志和起动标志是通过以下过程判断的：

1、电压监测流程图如图11所示，首先进行电压数据检测、数据滤波处理、电压有效值计算与电压有效值显示；然后，判断电压有效值是否大于107％的额定电压U_N，如果是，则过电压报警，正常标志置0，起动标志置0；如果否，再判断电压是否小于额定电压的90％，如果小于，则欠压报警，正常标志置0，起动标志置0，如果电压不小于10％的额定电压，则返回。

2、电流监测流程图如图12所示。首先电流数据检测、数据滤波处理、电流有效值计算与电流有效值显示；然后，判断电流是否大于4倍的额定电流，如果是，则启动中央控制单元内部设置的定时器1，再判断定时1是否超过1秒，如果超过1秒，短路故障报警，正常标志置0，起动标志置0，否则等待；如果电流不大于4倍的额定电流，定时器1复位，然后，判断电流是否大于额定电流，如果是，启动中央控制单元内部设置的定时器2，再判断定时2是否超过30秒，如果超过30秒，过载故障报警，正常标志置0，起动标志置0，否则等待；如果电流不大于额定电流，定时器2复位，然后，判断电流是否小于额定电流的30％，如果是，干转报警，正常标志置0，起动标志置0，否则返回。