專利名稱：微電腦控制水泵多功能保護(hù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種全新的機(jī)電保護(hù)監(jiān)控裝置，用于保護(hù)各類單相、三相交流電源的水泵(如潛水泵、污水泵、深井泵、特種泵等)它通過微電腦對(duì)水泵進(jìn)行多方位的掃描監(jiān)控。保護(hù)功能全面，動(dòng)作靈敏可靠。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)能迅速停機(jī)，并由數(shù)碼塊指示出是何種性質(zhì)的故障，能幫助操作者快速的判斷故障。
目前各類水泵的控制設(shè)備主要是由空氣斷路器、熱繼電器和交流接觸器組成的繼電器—接觸器控制系統(tǒng)，它只能對(duì)水泵進(jìn)行過載、缺相、短路三方面的常規(guī)保護(hù)，而且在靈敏度、可靠性及保護(hù)缺相的功能方面都存在缺點(diǎn)，如再要增加其他保護(hù)功能，就需另外加裝分列的單元控制電路，這就存在著擴(kuò)展功能困難，線路繁雜，統(tǒng)一協(xié)調(diào)性能不好，可靠性差的缺點(diǎn)，現(xiàn)在市場(chǎng)上還有一種由電子集成電路組成的保護(hù)器，因?yàn)樗词褂梦⒖刂破?即單片微型計(jì)算機(jī)或微處理器)，全部由電子線路搭接而成，因此同樣存在著保護(hù)功能越多、線路越繁雜、動(dòng)作協(xié)調(diào)性能差，誤動(dòng)作多，可靠性不好的缺點(diǎn)。
本實(shí)用新型的目的提供一種微電腦控制水泵多功能保護(hù)器，它能對(duì)水泵進(jìn)行輕度過載，嚴(yán)重過載、缺相，水泵內(nèi)部滲漏水，水泵軸承溫度，水泵外殼漏電的保護(hù)，并且還具有上、下水位的自動(dòng)控制功能(可用于給水或排水的工作自動(dòng)化)。
本實(shí)用新型的內(nèi)部電路由四個(gè)部分組成(可參見


圖1)。
1、為電源部分和執(zhí)行部分。由變壓器等元器件組成，變壓器用于電源電壓的轉(zhuǎn)換，整流橋堆、濾波電容和三端穩(wěn)壓塊，用于給本控制器提供穩(wěn)定電壓，雙向可控硅，觸發(fā)三極管等元件，用于對(duì)交流接觸器的控制，完成電腦指令動(dòng)作。
2、單片機(jī)系統(tǒng)。主要由單片機(jī)、存貯器、鎖存器、晶振等元器件組成，用于對(duì)所有外部信號(hào)進(jìn)行掃描、監(jiān)控，并在程序規(guī)定的范圍內(nèi)對(duì)水泵進(jìn)行各種控制和保護(hù)。
3、由數(shù)顯電路、多種傳感器電路和看門狗電路組成，數(shù)顯電路由解碼塊7447和8字顯示塊組成，用于顯示水泵的各種狀態(tài)，由555時(shí)基電路等元器件組成的測(cè)滲漏水、測(cè)漏電和看門狗電路具有結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，看門狗電路用于增強(qiáng)本機(jī)的抗干擾能力，4584集成塊作為外來信號(hào)(上、下水位、溫度)與電腦之間的接口電路有便于匹配和提高抗干擾能力的作用。
4、由運(yùn)算放大器等元器件組成的對(duì)電機(jī)過載、缺相進(jìn)行全面保護(hù)的電路，該電路對(duì)電機(jī)保護(hù)具有分檔明顯、動(dòng)作靈敏、可靠的優(yōu)點(diǎn)。以上為保護(hù)器內(nèi)部的全部硬件組成部分，本控制器的所有外部需檢測(cè)信號(hào)由下列傳感器傳送電機(jī)信號(hào)由互感器取樣，經(jīng)電機(jī)保護(hù)電路處理后送入電腦，滲漏水信號(hào)由泵內(nèi)滲漏檢測(cè)頭把信號(hào)送入由555集成塊組成的傳感電路，進(jìn)行放大處理后送入電腦，測(cè)漏電信號(hào)由一根接在水泵外殼的電線把漏電電壓送入漏電傳感器(由555塊等組成)，經(jīng)過整流、取樣、放大等環(huán)節(jié)再送入電腦，上、下水位信號(hào)由外部的浮球開關(guān)輸入，經(jīng)過4584反向器等元件送入電腦，軸承溫度由裝在水泵軸承內(nèi)的電熱耦傳送信號(hào)經(jīng)4584反向器送入電腦。
本裝置所用軟件由初始化程序、主程序、各類子程序、中斷程序組成，在軟件的設(shè)計(jì)中不僅考慮了動(dòng)作的全面和合理，流暢和可靠，而且充分考慮了抗干擾因素，采用了指令冗余、軟件陷井等許多軟件抗干擾措施，使本機(jī)軟硬件抗干擾措施齊全，能適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。
數(shù)碼顯示塊能顯示“0”-“8”的9位數(shù)碼，這9位數(shù)碼分別代表的含義如下“0”指示水泵正在起動(dòng)狀態(tài)，如電腦探測(cè)一切正常則3秒～8秒后電機(jī)起動(dòng)成功，顯示塊顯示“1”，(由電機(jī)功率大小決定起動(dòng)時(shí)間，時(shí)間由電腦自行掌握)如有故障則電腦指示關(guān)閉電機(jī)，啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警10秒， 并同時(shí)由顯示塊顯示出是何種性質(zhì)故障。
“1”指示水泵處于正常工作狀態(tài)，一切完好；“2”指示水泵電機(jī)處于缺相狀態(tài)，并停機(jī)；“3”指示水泵外殼漏電并停機(jī)；“4”指示水泵內(nèi)部有滲水現(xiàn)象并停機(jī)；“5”指示水泵處于輕度過載狀態(tài)(電機(jī)額定電流的1.2倍以上)。
如果這種過載持續(xù)時(shí)間1分鐘以上則停機(jī)，指示塊一直顯示“5”；如這種過載在1分種內(nèi)自動(dòng)消失，則顯示塊自動(dòng)轉(zhuǎn)為顯示“1”，中間不停機(jī)；如這種過載現(xiàn)象加速惡化則一旦達(dá)到嚴(yán)重過載狀態(tài)，則1秒內(nèi)關(guān)機(jī)，顯示塊顯示“6”。
“6”嚴(yán)重過載狀態(tài)(電機(jī)額定電流1.5倍以上)指示水泵有異物卡殼，產(chǎn)生嚴(yán)重堵轉(zhuǎn)或嚴(yán)重過電流，此狀態(tài)如持續(xù)2秒則關(guān)機(jī)，顯示塊顯示“6”；如2秒內(nèi)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象消失，則顯示塊自動(dòng)轉(zhuǎn)為“5”或“1”(由水泵狀態(tài)決定)并且中間不停機(jī)。
“7”指示水位已達(dá)下限標(biāo)志，此時(shí)水泵停機(jī)等待(用于排水系統(tǒng))。
“8”指示水泵軸承過熱并停機(jī)待查。
除“0”、“1”、“7”三種符號(hào)顯示時(shí)，報(bào)警器不工作，在“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“8”的顯示狀態(tài)，電腦在確認(rèn)水泵已故障停機(jī)時(shí)報(bào)警器將自動(dòng)鳴叫10秒后關(guān)閉，顯示塊則長久顯示該故障的數(shù)碼，水泵一直處于切斷電源停機(jī)狀態(tài)，只有等待檢查并排除故障后重新通電運(yùn)行。
該裝置由于實(shí)現(xiàn)電腦化，保護(hù)功能全面、動(dòng)作靈敏可靠，并且數(shù)碼顯示能幫助快速地判斷故障，蜂鳴器的報(bào)警能提示操作者注意。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明
說明書附
圖1是本實(shí)用新型的全部電路原理圖。
說明書附圖2是新舊裝置的對(duì)比圖，圖2中有兩個(gè)部分C1部分是微電腦水泵保護(hù)器在線路中的接法；C2部分是水泵常規(guī)保護(hù)電路；附圖2中代號(hào)含義如下圖C1部分中，A1液位傳感器；A0電腦控制器；A2電機(jī)開關(guān)；A3水泵；B1缺相、過載檢測(cè)線；B2軸承過熱檢測(cè)線；B3漏電檢測(cè)線；B4漏水檢測(cè)連線。
圖C2部分中A11液位傳感器；A22液位控制器；A00繼電控制；A55電機(jī)開關(guān)；A33水泵；A66漏水檢測(cè)；A77缺相、過載；A44手機(jī)操作。

圖1是本實(shí)用新型的全部電氣原理圖，由電源部分和執(zhí)行部分，單片機(jī)系統(tǒng)，電機(jī)保護(hù)電路，數(shù)顯電路和其余傳感器電路組成，本裝置是以8031單片機(jī)系統(tǒng)為中心，電源部分向本機(jī)提供直流+5V和+12V穩(wěn)壓電源，執(zhí)行部分由雙向可控硅，光耦合集成塊及三極管組成，用于執(zhí)行單片機(jī)指令對(duì)交流接觸器和蜂鳴器的開、停。電機(jī)保護(hù)電路和其余傳感器電路構(gòu)成了所有需檢測(cè)的外部信號(hào)的傳感器電路、數(shù)顯電路則隨時(shí)顯示水泵工作狀態(tài)。本裝置充分分利用了8031單片機(jī)的軟硬件資源配置，利用了單片機(jī)處理功能強(qiáng)、速度快、擴(kuò)展方便等多種優(yōu)點(diǎn)再配上各種測(cè)檢范圍寬、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好的各類傳感器電路以及看門狗電路等各種硬軟件抗干擾措施，使本裝置所設(shè)計(jì)的電路具有功能強(qiáng)、靈敏度高、可靠性好的特點(diǎn)，使其成為一種智能型的水泵保護(hù)測(cè)控裝置。

圖1中的電機(jī)實(shí)行過載、缺相保護(hù)的電路，是電機(jī)信號(hào)通過互感器取樣，通過整流、濾波、穩(wěn)壓限流等措施，把交流信號(hào)轉(zhuǎn)為有用的直流檢測(cè)信號(hào)，此信號(hào)送入一運(yùn)算放大器與一組給定電壓比較，通過比較分離出電機(jī)輕度過載，電機(jī)嚴(yán)重過載和缺相，這三個(gè)電信號(hào)送入電腦，R3用于微調(diào)給定電壓，使發(fā)光二極管處于正常狀態(tài)，微調(diào)電位器一旦調(diào)好即可鎖緊，以后不用再調(diào)整，本電機(jī)保護(hù)電路具有保護(hù)范圍寬、分檔動(dòng)作顯明顯、性能可靠的優(yōu)點(diǎn)。

圖1中的數(shù)顯電路，傳感器電路(包含看門狗電路)的原理是數(shù)顯電路由單片機(jī)P1.0～P1.3引腳輸入顯示信號(hào)，送入7447解碼器，解碼后的信號(hào)送入“8”字顯示塊，用于顯示0～8的9位數(shù)碼的水泵各種狀態(tài)。測(cè)漏電傳感器的工作原理是這樣當(dāng)檢測(cè)頭上有漏電電壓時(shí)，此電壓通過限流，整流等環(huán)節(jié)后使三級(jí)管BG7導(dǎo)通，此時(shí)BG7的集電極為低電位，并使BG6截止，同時(shí)555集成塊的2、6腳呈低電位，555塊的3腳此時(shí)則輸出一個(gè)高電位，此高電位經(jīng)過4584的12腳、13腳反相后向電腦傳達(dá)一個(gè)低電平，此信號(hào)如持續(xù)0.1秒，電腦則指示關(guān)閉電機(jī)顯示塊，顯示“3”。測(cè)漏水傳感器電路原理如下當(dāng)水泵內(nèi)部發(fā)生滲漏時(shí)，檢測(cè)頭與水泵外殼之間的阻值降低除(泵內(nèi)空氣潮濕的變氏)使555集成塊2、6、腳電位下降，通過555集成塊的高放大功能，在3腳輸出一個(gè)高電位，經(jīng)過4584集成塊三次反向(加強(qiáng)抗干擾能力)在4584的6腳輸出一個(gè)低電平至電腦的P3.5腳，使水泵獲得保護(hù)，此傳感器電路在獲得信息后，2秒內(nèi)動(dòng)作，如2秒內(nèi)故障消失，則電腦取消動(dòng)作指令，一切恢復(fù)正常。
看門狗電路(時(shí)間監(jiān)視器)的原理如下電容C9通過R37、R38充電，經(jīng)過一段時(shí)間后，C9的正極電壓升高，同樣也使555塊的2.6腳電位升高，使555塊的3腳輸出一個(gè)低電平使三極管BG8導(dǎo)通，并通過電容C8向單片機(jī)9腳(復(fù)位用)輸出一個(gè)正脈沖，使單片機(jī)復(fù)位、重新啟動(dòng)，P3.7接在BG9的基極上，BG9的集電極，發(fā)射極接在電容C9的二端，電腦通過P3.7腳輸出一個(gè)定時(shí)負(fù)脈沖，不斷地導(dǎo)通BG9使C9處于放電狀態(tài)，一旦因強(qiáng)干擾使單片機(jī)程序飄移，P3.7腳無定時(shí)負(fù)脈沖輸出，則在1.5秒內(nèi)C9正極為高電位，使555塊2.6腳為高位，使3腳輸出為低電平，C8便輸出一個(gè)正脈沖觸發(fā)單片機(jī)9腳，使單片機(jī)重新啟動(dòng)，完成一次抗干擾。
上述三個(gè)單元電路充分利用了555時(shí)基電路的特性，具有靈敏度高、可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)、成本低、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)。
權(quán)利要求一、一種全新的機(jī)電保護(hù)裝置微電腦控制水泵多功能保護(hù)器，主要由電源電路和執(zhí)行電路、單片機(jī)系統(tǒng)，電機(jī)保護(hù)電路、數(shù)顯電路、傳感器電路和看門狗電路組成。其特征是以單片機(jī)系統(tǒng)為控制中心，對(duì)來自電機(jī)保護(hù)電路和其余傳感器電路轉(zhuǎn)換過來的外部檢測(cè)信號(hào)，進(jìn)行高速掃描和監(jiān)控，并且在程序規(guī)定的范圍內(nèi)對(duì)水泵進(jìn)行控制和保護(hù)，看門狗電路能增強(qiáng)抗干擾措施。數(shù)顯電路能顯示水泵的各種狀態(tài)(即水泵的各種故障特征)
二、根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電腦控制水泵多功能保護(hù)器其特征是，電機(jī)信號(hào)通過互感器AT取樣后，送入電機(jī)保護(hù)電路，經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓、限流等措施，把交流信號(hào)轉(zhuǎn)為有用的直流檢測(cè)信號(hào)，此檢測(cè)信號(hào)送入一運(yùn)算放大器與一組給定電壓進(jìn)行比較，通過比較，分離出電機(jī)輕度過載，電機(jī)嚴(yán)重過載及電機(jī)缺相的電信號(hào)，送入單片機(jī)進(jìn)行處理，并執(zhí)行程序規(guī)定的動(dòng)作。
三、根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電腦控制水泵多功能保護(hù)器其特征是在測(cè)漏水傳感器和測(cè)漏是傳感器及看門狗電路中都利用555時(shí)基電路的翻轉(zhuǎn)特性，再配上適當(dāng)?shù)脑骷M成了上述2個(gè)傳感器電路和看門狗電路。
四、根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電腦控制水泵多功能保護(hù)器其特征是數(shù)顯電路能顯示水泵的各種狀態(tài)，當(dāng)水泵發(fā)生故障時(shí)能顯示出是何種性質(zhì)的故障。
專利摘要微電腦控制水泵多功能保護(hù)器是一種能夠?qū)λ眠M(jìn)行過載、缺相,泵內(nèi)滲漏水,軸承溫度,水泵外殼漏電及水位自動(dòng)控制的保護(hù)裝置,微電腦控制水泵多功能保護(hù)器主要由電源部分,單片機(jī)系統(tǒng)、傳感器部分和電機(jī)保護(hù)電路四部分組成,工作時(shí),微電腦對(duì)所有經(jīng)過傳感器傳送的外部信號(hào),進(jìn)行掃描監(jiān)控,在程序引導(dǎo)下進(jìn)行控制和保護(hù),同時(shí),顯示器顯示水泵的各種狀態(tài)。
文檔編號(hào)F04D25/02GK2397291SQ97236429
公開日2000年9月20日 申請(qǐng)日期1997年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月26日
發(fā)明者王守天 申請(qǐng)人:王守天