基于PIC16C54C单片机的地下泵房自动排水系统

                    

《基于PIC16C54C单片机的地下泵房自动排水系统设计》
                                                                        作者：悠然见南山

概述：

1.铝业动力厂地下泵房众多，如果地下泵房没有安装自动排水报警控制系统，就只能完全依靠人工定期巡检的方式进行开泵排水，应对管道破裂和强降雨等突发事件的能力较差，容易发生积水淹泵等重大事故。

2.部分排水泵长时间不用，由于处在极为潮湿的环境，机械部件易发生锈蚀，严重的会造成上电无法运转，关键时刻无法起到作用。

3. 由于大部分现场的蓄水池容积较小（绝大部分小于1m³），市场上常见的水位传感器如：UK221等的动作行程过长，无法在现场使用。

针对以上铝业动力厂地下泵房的现状，我决心采用先进的PIC单片机技术，开发全新的地下泵房自动排水系统。系统总体要求：简洁﹑可靠﹑抗干扰能力强﹑智能化程度高。

一：系统硬件：主要组成部分：浮球传感器组件 主控制箱 声光报警器 

方案示意图：

1.      浮球传感器组件：

浮球传感器组件主要功能是把现场水位的变化情况直接转换为一组开关量的变化，由信号电缆传输给主控制箱判断处理。浮球传感器组件主要由不锈钢浮球和支撑杆组成，一般在浮球内安装有永久磁铁，支撑杆内装有两组干簧管。浮球套在支撑杆上，随水位高低上下移动。

1.1浮球传感器的制作：

为了提高水位的控制精度，在浮球的上下端各安装一片强磁片，组成双磁的结构方式，可极大提高控制的精准度。满足动力厂地下泵房现场各种大小不一的蓄水池的要求。

1.2磁铁的选择：常规铁氧体磁性材料由于耐高温耐腐蚀能力较弱，容易造成失磁，本系统钐钴磁铁，是由钐、钴和其它金属稀土材料经配比，烧结后制成的一种新型磁性材料，最高工作温度可达350℃，具有很强的抗腐蚀和抗氧化性；所以被广泛应用在航空航天、国防军工领域。

1.2：干簧管的选择

干簧管是一种特殊的磁敏开关，本系统选用的俄罗斯MKA-10110干簧管,具有接触可靠﹑寿命长﹑不失磁的特点。

2.      主控制箱：主控制箱主要由主控板，输入输出接口，开关控制器件（接触器）等组成。

2.1主控制板：

2.1.1 微处理器芯片：

主控制板的核心器件是微处理器，本系统采用美国微芯公司的PIC16C54C单片机。它的优异性能表现在：

1.指令执行速度快，在20MHz振荡频率时，指令周期只有200ns。

2.IO口带载能力强，可直接驱动LED发光。

3.带有开门狗定时器WDT,抗干扰能力强，适用于工业现场。

4.有低功耗的工作方式，省电的睡眠方式。

2.1.2系统电器部分控制图;

2.1.3：主控板的工作原理图：

地下泵房自动排水系统主控板部分电路设计说明：

1. 电源电路：为了增强抗干扰能力，本控制板设计了单独的两组不共地的电源。

 2. 相序检测电路：电网输入的三相交流电经过R1﹑R2﹑R3限流，U4﹑U5﹑U6光电隔离后，在微处理器的RA0﹑RA1﹑RA2引脚形成三相电压的同步信号，由软件来判断三相交流电的相序。本设计采用光电耦合器采集三相同步信号，相比于三相同步变压器的方案，具有体积小，成本低，采集准确可靠的特点。

3. 浮球传感器组件接口电路：当浮球运行到上限点或下限点时，相应位置的干簧管闭合，信号经过光耦隔离后进入CPU处理。

4. 水泵启动输出接口电路：当微处理器的RB7口输出高电平时，光电耦合器U9﹑三极管Q1导通，继电器K1动作，动合接点KA﹑KB闭合，可以启动水泵工作。

5.声光报警接口电路：当微处理器的RB6口输出高电平时，光电耦合器U10﹑三极管Q2导通，继电器K2动作，动合接点KC﹑KD闭合，可以启动远程的声光报警装置。

6. 功能开关设置电路：可以设置选择相序方式，巡检的工作时间和间隔时间。

二：系统的软件部分：

系统的软件的模块部分采用汇编语言编写，主程序采用C语言编写，主要包括以下几个模块：

①：相序识别模块

②：水位上限点与下限点检测处理模块

③：自动巡检模块

水位上限点与下限点检测处理模块的软件流程图如下所示：

3.1：水位上限点与下限点检测处理模块的程序清单：

略

三： 为确保地下泵房自动排水系统能够长期可靠工作，本系统在软硬件上采取了三项强化措施：

1：自动巡检：排水泵自动巡检技术就是根据程序的设计，每隔10天或20天，系统自动开泵10-20S的时间，使排水泵的各部件得到活动与润滑，可避免排水泵长时间不动作造成机械部件锈死的严重问题，真正做到防患于未然。水泵自动巡检技术是地下泵房自动排水系统设计的重要组成部分。

2：上下限短路检测：如果系统检测到浮球传感器组件的上限点和下限点同时有效，说明浮球传感器或支撑杆内的干簧管损坏，会立即启动报警电路，由值班人员到现场检查排除故障。

3：水泵工作超时报警：如果排水泵启动后，超过30S（地下泵房的蓄水池一般在0.5-1m³左右15-20S可排空积水）,仍然没有停，一般情况是下限点检测出现故障或入水量过大，可能有严重情况发生，系统会立即启动报警电路，由值班人员到现场检查排除故障。

以上三种强化措施实施后，可极大地提高地下泵房自动排水系统的可靠性，真正做到防患于未然。

针对现场控制自动化与网络化的要求，还应该进一步加装RS485异步串行通讯口。以适应联网与集控的需要。

四：实际安装使用效果：近几年来，我设计的这套<基于PIC16C54C单片机的地下泵房自动排水系统>在山铝动力厂各地下泵房陆续安装了近30套，适应现场的能力较强，使用效果良好，深受泵房现场值班人员的欢迎，近几年来，没有再发生泵房积水事故，系统的可靠性极高。取得了良好的经济效益。使山铝动力厂地下泵房自动排水系统的性能指标登上了一个全新的台阶。本系统具有较高的推广应用价值。