《基于PIC16C54C單片機(jī)的地下泵房自動(dòng)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)》
                                                                        作者：悠然見南山

概述：

1.鋁業(yè)動(dòng)力廠地下泵房眾多，如果地下泵房沒有安裝自動(dòng)排水報(bào)警控制系統(tǒng)，就只能完全依靠人工定期巡檢的方式進(jìn)行開泵排水，應(yīng)對管道破裂和強(qiáng)降雨等突發(fā)事件的能力較差，容易發(fā)生積水淹泵等重大事故。

2.部分排水泵長時(shí)間不用，由于處在極為潮濕的環(huán)境，機(jī)械部件易發(fā)生銹蝕，嚴(yán)重的會(huì)造成上電無法運(yùn)轉(zhuǎn)，關(guān)鍵時(shí)刻無法起到作用。

3. 由于大部分現(xiàn)場的蓄水池容積較小（絕大部分小于1m³），市場上常見的水位傳感器如：UK221等的動(dòng)作行程過長，無法在現(xiàn)場使用。

針對以上鋁業(yè)動(dòng)力廠地下泵房的現(xiàn)狀，我決心采用先進(jìn)的PIC單片機(jī)技術(shù)，開發(fā)全新的地下泵房自動(dòng)排水系統(tǒng)。系統(tǒng)總體要求：簡潔﹑可靠﹑抗干擾能力強(qiáng)﹑智能化程度高。

一：系統(tǒng)硬件：主要組成部分：浮球傳感器組件 主控制箱 聲光報(bào)警器 

方案示意圖：

1.      浮球傳感器組件：

浮球傳感器組件主要功能是把現(xiàn)場水位的變化情況直接轉(zhuǎn)換為一組開關(guān)量的變化，由信號(hào)電纜傳輸給主控制箱判斷處理。浮球傳感器組件主要由不銹鋼浮球和支撐桿組成，一般在浮球內(nèi)安裝有永久磁鐵，支撐桿內(nèi)裝有兩組干簧管。浮球套在支撐桿上，隨水位高低上下移動(dòng)。

1.1浮球傳感器的制作：

為了提高水位的控制精度，在浮球的上下端各安裝一片強(qiáng)磁片，組成雙磁的結(jié)構(gòu)方式，可極大提高控制的精準(zhǔn)度。滿足動(dòng)力廠地下泵房現(xiàn)場各種大小不一的蓄水池的要求。

1.2磁鐵的選擇：常規(guī)鐵氧體磁性材料由于耐高溫耐腐蝕能力較弱，容易造成失磁，本系統(tǒng)釤鈷磁鐵，是由釤、鈷和其它金屬稀土材料經(jīng)配比，燒結(jié)后制成的一種新型磁性材料，最高工作溫度可達(dá)350℃，具有很強(qiáng)的抗腐蝕和抗氧化性；所以被廣泛應(yīng)用在航空航天、國防軍工領(lǐng)域。

1.2：干簧管的選擇

干簧管是一種特殊的磁敏開關(guān)，本系統(tǒng)選用的俄羅斯MKA-10110干簧管,具有接觸可靠﹑壽命長﹑不失磁的特點(diǎn)。

2.      主控制箱：主控制箱主要由主控板，輸入輸出接口，開關(guān)控制器件（接觸器）等組成。

2.1主控制板：

2.1.1 微處理器芯片：

主控制板的核心器件是微處理器，本系統(tǒng)采用美國微芯公司的PIC16C54C單片機(jī)。它的優(yōu)異性能表現(xiàn)在：

1.指令執(zhí)行速度快，在20MHz振蕩頻率時(shí)，指令周期只有200ns。

2.IO口帶載能力強(qiáng)，可直接驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光。

3.帶有開門狗定時(shí)器WDT,抗干擾能力強(qiáng)，適用于工業(yè)現(xiàn)場。

4.有低功耗的工作方式，省電的睡眠方式。

2.1.2系統(tǒng)電器部分控制圖;

2.1.3：主控板的工作原理圖：

地下泵房自動(dòng)排水系統(tǒng)主控板部分電路設(shè)計(jì)說明：

1. 電源電路：為了增強(qiáng)抗干擾能力，本控制板設(shè)計(jì)了單獨(dú)的兩組不共地的電源。

 2. 相序檢測電路：電網(wǎng)輸入的三相交流電經(jīng)過R1﹑R2﹑R3限流，U4﹑U5﹑U6光電隔離后，在微處理器的RA0﹑RA1﹑RA2引腳形成三相電壓的同步信號(hào)，由軟件來判斷三相交流電的相序。本設(shè)計(jì)采用光電耦合器采集三相同步信號(hào)，相比于三相同步變壓器的方案，具有體積小，成本低，采集準(zhǔn)確可靠的特點(diǎn)。

3. 浮球傳感器組件接口電路：當(dāng)浮球運(yùn)行到上限點(diǎn)或下限點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)位置的干簧管閉合，信號(hào)經(jīng)過光耦隔離后進(jìn)入CPU處理。

4. 水泵啟動(dòng)輸出接口電路：當(dāng)微處理器的RB7口輸出高電平時(shí)，光電耦合器U9﹑三極管Q1導(dǎo)通，繼電器K1動(dòng)作，動(dòng)合接點(diǎn)KA﹑KB閉合，可以啟動(dòng)水泵工作。

5.聲光報(bào)警接口電路：當(dāng)微處理器的RB6口輸出高電平時(shí)，光電耦合器U10﹑三極管Q2導(dǎo)通，繼電器K2動(dòng)作，動(dòng)合接點(diǎn)KC﹑KD閉合，可以啟動(dòng)遠(yuǎn)程的聲光報(bào)警裝置。

6. 功能開關(guān)設(shè)置電路：可以設(shè)置選擇相序方式，巡檢的工作時(shí)間和間隔時(shí)間。

二：系統(tǒng)的軟件部分：

系統(tǒng)的軟件的模塊部分采用匯編語言編寫，主程序采用C語言編寫，主要包括以下幾個(gè)模塊：

①：相序識(shí)別模塊

②：水位上限點(diǎn)與下限點(diǎn)檢測處理模塊

③：自動(dòng)巡檢模塊

水位上限點(diǎn)與下限點(diǎn)檢測處理模塊的軟件流程圖如下所示：

3.1：水位上限點(diǎn)與下限點(diǎn)檢測處理模塊的程序清單：

略

三： 為確保地下泵房自動(dòng)排水系統(tǒng)能夠長期可靠工作，本系統(tǒng)在軟硬件上采取了三項(xiàng)強(qiáng)化措施：

1：自動(dòng)巡檢：排水泵自動(dòng)巡檢技術(shù)就是根據(jù)程序的設(shè)計(jì)，每隔10天或20天，系統(tǒng)自動(dòng)開泵10-20S的時(shí)間，使排水泵的各部件得到活動(dòng)與潤滑，可避免排水泵長時(shí)間不動(dòng)作造成機(jī)械部件銹死的嚴(yán)重問題，真正做到防患于未然。水泵自動(dòng)巡檢技術(shù)是地下泵房自動(dòng)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分。

2：上下限短路檢測：如果系統(tǒng)檢測到浮球傳感器組件的上限點(diǎn)和下限點(diǎn)同時(shí)有效，說明浮球傳感器或支撐桿內(nèi)的干簧管損壞，會(huì)立即啟動(dòng)報(bào)警電路，由值班人員到現(xiàn)場檢查排除故障。

3：水泵工作超時(shí)報(bào)警：如果排水泵啟動(dòng)后，超過30S（地下泵房的蓄水池一般在0.5-1m³左右15-20S可排空積水）,仍然沒有停，一般情況是下限點(diǎn)檢測出現(xiàn)故障或入水量過大，可能有嚴(yán)重情況發(fā)生，系統(tǒng)會(huì)立即啟動(dòng)報(bào)警電路，由值班人員到現(xiàn)場檢查排除故障。

以上三種強(qiáng)化措施實(shí)施后，可極大地提高地下泵房自動(dòng)排水系統(tǒng)的可靠性，真正做到防患于未然。

針對現(xiàn)場控制自動(dòng)化與網(wǎng)絡(luò)化的要求，還應(yīng)該進(jìn)一步加裝RS485異步串行通訊口。以適應(yīng)聯(lián)網(wǎng)與集控的需要。

四：實(shí)際安裝使用效果：近幾年來，我設(shè)計(jì)的這套<基于PIC16C54C單片機(jī)的地下泵房自動(dòng)排水系統(tǒng)>在山鋁動(dòng)力廠各地下泵房陸續(xù)安裝了近30套，適應(yīng)現(xiàn)場的能力較強(qiáng)，使用效果良好，深受泵房現(xiàn)場值班人員的歡迎，近幾年來，沒有再發(fā)生泵房積水事故，系統(tǒng)的可靠性極高。取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。使山鋁動(dòng)力廠地下泵房自動(dòng)排水系統(tǒng)的性能指標(biāo)登上了一個(gè)全新的臺(tái)階。本系統(tǒng)具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。