本發(fā)明涉及水泵控制領(lǐng)域，具體地是單相水泵的智能控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

水泵是屬于通用性的機械類而被廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟各個部門。尤其單相水泵被廣泛地應(yīng)用于給水、壓力罐供水、排水與管道增壓等領(lǐng)域，其水位或壓力的自動控制及保護往往又依賴于電極探頭、電接點壓力表、浮子開關(guān)或流量開關(guān)等檢測方式，驅(qū)動電機的額定容量又在幾百瓦到幾千瓦范圍，目前已有的水泵控制器通用性差，不能勝任上述所有情況。另外，水泵控制器還存在外接線復(fù)雜、控制方式單一、操作復(fù)雜、人機交互性差等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是要解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種單相水泵的智能控制系統(tǒng)及控制方法，控制方式可以采用自動或手動方式，具有良好的人機交互界面，控制方式、給排水功能及電機額定數(shù)據(jù)可由用戶根據(jù)需要設(shè)定，以提高裝置通用性，簡化了電路結(jié)構(gòu)，操作簡單。

單相水泵的智能控制系統(tǒng)由中央控制單元，分別與中央控制單元相連的觸摸屏、液位/壓力/流量檢測單元、電參數(shù)檢測單元、執(zhí)行單元、水泵狀態(tài)檢測單元和接線端子排組成，中央控制單元主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與分析、邏輯判斷及控制功能，觸摸屏實現(xiàn)人機交互功能，液位/壓力/流量檢測單元實現(xiàn)低水位、壓力及流量開關(guān)量的檢測，電參數(shù)檢測單元實現(xiàn)交流電壓與電流信號的采集，執(zhí)行單元通過電磁繼電器實現(xiàn)單相異步電機主電路的通斷功能，水泵狀態(tài)檢測單元通過檢測電磁繼電器常開觸點的閉合或斷開狀態(tài)實現(xiàn)水泵狀態(tài)的監(jiān)測；所述接線端子排具有外部接線端子PE、N、L、N1、L1、C、Com、X1、X2，PE為專門用于將電氣裝置外露導(dǎo)電部分接地的端子，N為用于接零線的端子，L用于接火線端子，N1為接電機B相端子，L1用于接電機A相端子，C為懸空或用于接電機C相端子，公共線接于Com端子，X1、X2端子用于接探頭、浮子開關(guān)、電接點壓力表或流量開關(guān)。

單相水泵的智能控制方法如下：

1、人機交互界面設(shè)置

通過觸摸屏設(shè)計四個人機交互界面，對用戶名及密碼進行驗證；設(shè)置界面，分為電機額定參數(shù)設(shè)置、控制方式選擇及功能選擇部分，其中電機額定參數(shù)設(shè)置包括額定功率、額定電壓及額定電流的設(shè)置，控制方式選擇包括手動方式與自動方式的選擇，功能選擇包括上水箱給水/管道增壓或者水井排水；手動控制界面，分為狀態(tài)指示區(qū)、電參數(shù)顯示區(qū)、控制區(qū)及報警顯示區(qū)，狀態(tài)指示區(qū)可以指示水泵運行或停止狀態(tài)，用燈光顯示；電參數(shù)顯示區(qū)可以顯示電壓與電流的有效值，控制區(qū)通過起動按鈕和停止按鈕可以控制水泵的起動與停止，報警區(qū)可以顯示各種報警狀態(tài)，用文字及燈光顯；自動控制界面，分為狀態(tài)指示區(qū)、電參數(shù)顯示區(qū)及報警顯示區(qū)，狀態(tài)指示區(qū)可以指示水泵運行或停止狀態(tài)，用燈光顯示，電參數(shù)顯示區(qū)可以顯示電壓與電流的有效值，報警區(qū)可以顯示各種報警狀態(tài)，用文字及燈光顯示；

2、首先判斷是否第一次使用該控制器，也就是電機額定參數(shù)設(shè)定值P_N是否為0，如果是0，則為第一次使用該控制器，系統(tǒng)將進入用戶登陸界面，如果不是0，則不是第一次使用該控制器，然后通過是否按動設(shè)置按鈕判斷是否要進入設(shè)置界面，如果是進入設(shè)置界面，則系統(tǒng)也同樣進入用戶登陸界面；用戶與密碼進行驗證，如果不正確，則提示錯誤信息，確認后返回到用戶登陸界面，等待重新輸入，直到正確為止，當用戶與密碼驗證成功，則進入設(shè)置界面，可對電機額定參數(shù)、手動/自動工作方式與給水/排水功能進行設(shè)定；判斷是否要進入控制界面，如果參數(shù)設(shè)置的確認按鈕沒有按下，則系統(tǒng)等待，如果參數(shù)設(shè)置的確認按鈕按下，電機額定參數(shù)、工作方式及功能變量進行賦值，系統(tǒng)進入控制界面；判斷是否手動方式，如果不是手動方式，則判斷是否是自動方式；如果手動方式，則進入手動控制界面，顯示運行狀態(tài)；判斷正常運行標志是否為1，如果為1，則系統(tǒng)往下進行，否則系統(tǒng)等待；判斷是否按下起動按鈕，如果沒有按下起動按鈕，則返回開始位置，如果按下起動按鈕，則起動標志位置1，水泵起動，然后判斷是否按下停止按鈕，如果沒有按下停止按鈕，則返回開始位置，如果按下停止按鈕，則起動標志位置0，水泵停止；如果是自動方式，則進入自動控制界面，顯示運行狀態(tài)；判斷正常運行標志是否為1，如果為1，則系統(tǒng)往下進行，否則系統(tǒng)等待；判斷是否是排水方式，如果是排水方式，則再判斷液位是否到上止點，如果沒有到上限則返回開始位置，如果液位到上止點，則起動標志位置1，水泵起動；然后判斷水位是否到下止點，如果沒有到下止點，則返回開始位置，如果到下止點，則起動標志位置0，水泵停止；如果是給水方式，然后判斷水位是否到達下止點，如果液位沒有到達下止點，系統(tǒng)返回開始位置，液位如果到達下止點，則起動標志位置1；然后判斷液位是否到達上止點，如果液位沒有到達上止點，則系統(tǒng)返回開始位置；如果到達上止點，則起動標志位置0，水泵停止，系統(tǒng)再返回開始位置。

進一步地，正常標志置1或置0是通過以下過程判斷的：

首先進行電壓數(shù)據(jù)檢測、數(shù)據(jù)濾波處理、電壓有效值計算與電壓有效值顯示；然后，判斷電壓有效值是否大于額定電壓U_N的107％，如果是，則過電壓報警，正常標志置0，起動標志置0；如果否，再判斷電壓是否小于額定電壓U_N的90％，如果小于，則欠壓報警，正常標志置0，起動標志置0，如果電壓不小于額定電壓U_N的90％，則返回；

首先進行電流數(shù)據(jù)檢測、數(shù)據(jù)濾波處理、電流有效值計算與電流有效值顯示；然后，判斷電流是否大于額定電流的4倍，如果是，則啟動定時器1，再判斷定時器1定時時間是否超過1秒，如果超過1秒，短路故障報警，正常標志置0，起動標志置0，否則等待；如果電流不大于額定電流的4倍，定時器1復(fù)位，然后，判斷電流是否大于額定電流，如果是，啟動定時器2，再判斷定時器2定時時間是否超過30秒，如果超過30秒，過載故障報警，正常標志置0，起動標志置0，否則等待；如果電流不大于額定電流，定時器2復(fù)位，然后，判斷電流是否小于額定電流的30％，如果是，干轉(zhuǎn)報警，正常標志置0，起動標志置0，否則返回。

與傳統(tǒng)的水泵控制裝置比較，具有如下的有益效果：

1)本系統(tǒng)采用觸摸屏取代傳統(tǒng)的由各種按鈕、顯示屏組成人機交互手段，具有操作簡單、人機交互友好等優(yōu)勢，便于現(xiàn)場工作人員掌握，提高效率，可以有效地避免由操作失當帶來的安全事故。

2)本系統(tǒng)具有電機額定參數(shù)設(shè)置功能，額定參數(shù)包括額定功率、額定電壓及額定電流，額定電壓是220V，額定功率可以在0.37-2.2KW之間設(shè)置，這樣保證該裝置適用于大范圍容量的單相水泵應(yīng)用。

3)本系統(tǒng)具有上水箱給水/管路增壓、水井排水的選擇功能，使得本控制裝置適用于排水、給水、壓力罐供水及管路增壓應(yīng)用領(lǐng)域。檢測手段包括電極型探頭、浮子開關(guān)、電接點壓力表、流量開關(guān)，各種功能的水位檢測復(fù)用檢測端子，只由三個端子組成，一個是接公共線，一個是下止點接線，另外一個是上止點接線，大大簡化了外部接線。同時，檢測端子通用性強，可以連接電極式探頭、浮子開關(guān)、電接點壓力表與流量開關(guān)多種檢測手段，既可適用于排水、給水工程，又適用于管道增壓工程。

4)本系統(tǒng)具有火線端子L1、零線端子N1外，還具有電容端子C，可以在火線端子L1與電容端子C之間并聯(lián)外置電容。因此，本系統(tǒng)既適用于普通單相異步電動機，又適用于外置電容的單相異步電動機。

5)本系統(tǒng)具有手動與自動控制選擇功能，系統(tǒng)自動控制失靈或者設(shè)備檢修時，控制方式可以選擇手動控制，保證了系統(tǒng)的安全可靠性。

6)進入設(shè)置界面之前，先進行用戶名與密碼驗證，極大地限制了非專業(yè)工作人員誤操作的可能性，保證了系統(tǒng)的安全與可靠性。

7)系統(tǒng)的監(jiān)控界面可以實時顯示水泵運行狀態(tài)、電參數(shù)與報警狀態(tài)，便于操作人員進行監(jiān)控。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的控制系統(tǒng)框圖；

圖2是帶有探頭的驅(qū)動外置電容單相異步電機線端子圖；

圖3是帶有浮子開關(guān)的驅(qū)動普通單相異步電機線端子圖；

圖4是帶有電接點壓力表的驅(qū)動普通單相異步電機線端子圖；

圖5是帶有流量開關(guān)的驅(qū)動普通單相異步電機線端子圖；

圖6是用戶登陸界面示意圖；

圖7是設(shè)置界面示意圖；

圖8是手動控制界面示意圖；

圖9是自動控制界面示意圖；

圖10是本發(fā)明的控制流程圖；

圖11是電壓監(jiān)測流程圖；

圖12是電流監(jiān)測流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做詳細地闡述：

如圖1所示，單相水泵的智能控制系統(tǒng)由中央控制單元、觸摸屏、液位/壓力/流量檢測單元、電參數(shù)檢測單元、執(zhí)行單元與水泵狀態(tài)檢測單元和接線端子排七部分組成，中央控制單元主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與分析、邏輯判斷及控制功能，觸摸屏實現(xiàn)人機交互功能，液位/壓力/流量檢測單元中檢測元件為電極探頭、浮子開關(guān)、電接點壓力表或流量開關(guān)，液位/壓力/流量檢測單元用來實現(xiàn)低水位、壓力或流量等開關(guān)量的檢測，電參數(shù)檢測單元實現(xiàn)交流電壓與電流信號的采集，執(zhí)行單元通過電磁繼電器實現(xiàn)單相異步電機主電路的通斷功能，水泵狀態(tài)檢測單元通過檢測電磁繼電器常開觸點的閉合或斷開狀態(tài)實現(xiàn)水泵狀態(tài)的監(jiān)測。所述接線端子排具有外部接線端子PE、N、L、N1、L1、C、Com、X1、X2，PE為專門用于將電氣裝置外露導(dǎo)電部分接地的端子，N為用于接零線的端子，L用于接火線端子，N1為接電機B相端子，L1用于接電機A相端子，C為懸空或用于接電機C相端子，公共線接于Com端子，X1、X2端子用于接探頭、浮子開關(guān)、電接點壓力表或流量開關(guān)。

帶有電極探頭的驅(qū)動外置電容單相異步電動機的電路接線端子排如圖2所示，控制系統(tǒng)的外部接線端子PE、N、L、N1、L1、C、Com、X1、X2，其中PE為專門用于將電氣裝置外露導(dǎo)電部分接地的端子，N為用于接零線的端子，L用于接火線端子，N1為接電機B相端子，L1用于接電機A相端子，C用于接電機C相端子，L1端子和電機C相端子之間連接外置電容，Com用于接探頭的公共線，X1用于接探頭的下止點線，X2用于接探頭的上止點線，電機用來驅(qū)動水泵。

帶有浮子開關(guān)的驅(qū)動普通單相異步電動機的電路接線端子排如圖3所示，控制裝置的外部接線端子PE、N、L、N1、L1、C、Com、X1、X2端子，其中N1為接電機B相端子，L1用于接電機A相端子，C端子懸空，上浮子與下浮子開關(guān)的各取一根線接在一起，并接于Com端子，下浮子的另一根線接于X1端子，上浮子的另一根線接于X2端子，PE為專門用于將電氣裝置外露導(dǎo)電部分接地的端子，N為用于接零線的端子，L用于接火線端子。

帶有電接點壓力表的驅(qū)動普通單相異步電動機的電路接線端子排如圖4所示，控制裝置的外部接線端子PE、N、L、N1、L1、C、Com、X1、X2端子，其中N1為接電機B相端子，L1用于接電機A相端子，C端子懸空，公共線接于Com端子，壓力表的壓力低限接點接于X1端子，壓力高限接點接于X2端子，PE為專門用于將電氣裝置外露導(dǎo)電部分接地的端子，N為用于接零線的端子，L用于接火線端子。

如圖5所示，帶有流量開關(guān)的驅(qū)動普通單相異步電動機的電路包括控制裝置的外部接線端子PE、N、L、N1、L1、C、Com、X1、X2端子，其中N1為接電機B相端子，L1用于接電機A相端子，C端子懸空，流量開關(guān)的一根線接于Com端子、另外一根線分別接于X1端子與X2端子，PE為專門用于將電氣裝置外露導(dǎo)電部分接地的端子，N為用于接零線的端子，L用于接火線端子。

單相水泵的智能控制方法如下：

1、人機交互界面設(shè)置

通過觸摸屏設(shè)計四個人機交互界面，見圖6-圖9所示。圖6為用戶登陸界面，對用戶名及密碼進行驗證。圖7為設(shè)置界面，分為電機額定參數(shù)設(shè)置、控制方式選擇及功能選擇部分，其中電機額定參數(shù)設(shè)置包括額定功率、額定電壓及額定電流的設(shè)置，控制方式選擇包括手動方式與自動方式的選擇，功能選擇包括上水箱給水/管道增壓或者水井排水。圖8為手動控制界面，分為狀態(tài)指示區(qū)、電參數(shù)顯示區(qū)、控制區(qū)及報警顯示區(qū)，狀態(tài)指示區(qū)可以指示水泵運行或停止狀態(tài)，用燈光顯示，電參數(shù)顯示區(qū)可以顯示電壓與電流的有效值，控制區(qū)可以控制水泵的起動與停止，報警區(qū)可以顯示各種報警狀態(tài)，用文字及燈光顯示。圖9為自動控制界面，分為狀態(tài)指示區(qū)、電參數(shù)顯示區(qū)及報警顯示區(qū)，狀態(tài)指示區(qū)可以指示水泵運行或停止狀態(tài)，用燈光顯示，電參數(shù)顯示區(qū)可以顯示電壓與電流的有效值，報警區(qū)可以顯示各種報警狀態(tài)，用文字及燈光顯示；

2、如圖10所示，首先判斷是否第一次使用該控制器，也就是電機額定參數(shù)設(shè)定值是否為0，如果是0，則為第一次使用該控制器，系統(tǒng)將進入用戶登陸界面，如果不是0，則不是第一次使用該控制器，然后判斷是否要進入設(shè)置界面，如果是進入設(shè)置界面，則系統(tǒng)也同樣進入用戶登陸界面；用戶與密碼進行驗證，如果不正確，則提示錯誤信息，確認后返回到用戶登陸界面，等待重新輸入，直到正確為止，當用戶與密碼驗證成功，則進入設(shè)置界面，可對電機額定參數(shù)、手動/自動工作方式與給水/排水功能進行設(shè)定；判斷是否要進入控制界面，如果參數(shù)設(shè)置的確認按鈕沒有按下，則系統(tǒng)等待，如果參數(shù)設(shè)置的確認按鈕按下，電機額定參數(shù)、工作方式及功能變量進行賦值，系統(tǒng)進入控制界面；判斷是否手動方式，如果不是手動方式，則判斷是否是自動方式；如果手動方式，則進入手動控制界面，顯示運行狀態(tài)；判斷正常運行標志是否為1，如果為1，則系統(tǒng)往下進行，否則系統(tǒng)等待；判斷是否按下起動按鈕，如果沒有按下起動按鈕，則返回開始位置，如果按下起動按鈕，則起動標志位置1，水泵起動，然后判斷是否按下停止按鈕，如果沒有按下停止按鈕，則返回開始位置，如果按下停止按鈕，則起動標志位置0，水泵停止；如果是自動方式，則進入自動控制界面，顯示運行狀態(tài)；判斷正常運行標志是否為1，如果為1，則系統(tǒng)往下進行，否則系統(tǒng)等待；判斷是否是排水方式，如果是排水方式，則再判斷液位是否到上止點，如果沒有到上限則返回開始位置，如果液位到上止點，則起動標志位置1，水泵起動；然后判斷水位是否到下止點，如果沒有到下止點，則返回開始位置，如果到下止點，則起動標志位置0，水泵停止；如果是給水方式，然后判斷水位是否到達下止點，如果液位沒有到達下止點，系統(tǒng)返回開始位置，液位如果到達下止點，則起動標志位置1；然后判斷液位是否到達上止點，如果液位沒有到達上止點，則系統(tǒng)返回開始位置；如果到達上止點，則起動標志位置0，水泵停止，系統(tǒng)再返回開始位置。

正常標志和起動標志是通過以下過程判斷的：

1、電壓監(jiān)測流程圖如圖11所示，首先進行電壓數(shù)據(jù)檢測、數(shù)據(jù)濾波處理、電壓有效值計算與電壓有效值顯示；然后，判斷電壓有效值是否大于107％的額定電壓U_N，如果是，則過電壓報警，正常標志置0，起動標志置0；如果否，再判斷電壓是否小于額定電壓的90％，如果小于，則欠壓報警，正常標志置0，起動標志置0，如果電壓不小于10％的額定電壓，則返回。

2、電流監(jiān)測流程圖如圖12所示。首先電流數(shù)據(jù)檢測、數(shù)據(jù)濾波處理、電流有效值計算與電流有效值顯示；然后，判斷電流是否大于4倍的額定電流，如果是，則啟動中央控制單元內(nèi)部設(shè)置的定時器1，再判斷定時1是否超過1秒，如果超過1秒，短路故障報警，正常標志置0，起動標志置0，否則等待；如果電流不大于4倍的額定電流，定時器1復(fù)位，然后，判斷電流是否大于額定電流，如果是，啟動中央控制單元內(nèi)部設(shè)置的定時器2，再判斷定時2是否超過30秒，如果超過30秒，過載故障報警，正常標志置0，起動標志置0，否則等待；如果電流不大于額定電流，定時器2復(fù)位，然后，判斷電流是否小于額定電流的30％，如果是，干轉(zhuǎn)報警，正常標志置0，起動標志置0，否則返回。