簡述基于GPRS遠(yuǎn)程控制的耐腐蝕物聯(lián)泵

摘 要 在我們工業(yè)生產(chǎn)中，泵的用途非常廣泛，傳統(tǒng)的泵在高危、高溫、一些化工企業(yè)已經(jīng)不能滿足條件的需求，在這種情況下，為了提高輸出性能，使泵應(yīng)用于更多的場合，本文在傳統(tǒng)泵的基礎(chǔ)上研發(fā)了一種基于GPRS遠(yuǎn)程控制的耐高溫、耐腐蝕物聯(lián)泵。此裝置包括三相電機(jī)和泵，除此之外，還包括變頻器、壓力傳感器、水位傳感器 和溫度傳感器;變頻器內(nèi)設(shè)有整流器和逆變器。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)泵;耐腐蝕;耐高溫;GPRS控制

Corrosion - resistant compound pump based on GPRS remote control

Wang Le

School of Electrical and Information Engineering， Anhui University of Technology， Maanshan， Anhui 243032， China

Abstract In our industrial production， the pump has a very wide range of USES， the traditional pump in high risk， high temperature， some chemical companies have already cant meet the needs of conditions， in this case， in order to improve the output performance， make the pump applied to more occasions， in this paper， on the basis of the traditional pump is developed based on GPRS remote control of high temperature resistant， corrosion resistant pump.The device comprises a three-phase motor and a pump. It is characterized by a frequency converter， a pressure sensor， a water level sensor and a temperature sensor.The inverter is provided with a rectifier and an inverter.

Keywords Object linked pump; Corrosion resistance; High temperature resistant; GPRS control

引言

伴隨著科技的不斷發(fā)展，所用泵的介質(zhì)不僅僅局限于水，對于一些化工企業(yè)而言所泵的介質(zhì)可能是硫酸、乙烯等高腐蝕物質(zhì)，此時(shí)操作人員如果在旁操作的話，一旦發(fā)生事故，會對人身體造成一定的損傷。本人所在實(shí)習(xí)公司所用泵的介質(zhì)為各種腐蝕性液體，想重新設(shè)計(jì)一種具有一定耐腐蝕性泵[1]。同時(shí)對一般的泵而言，泵的葉輪是和液體介質(zhì)接觸的，若所泵的介質(zhì)是高腐蝕性的，那么會嚴(yán)重影響泵的使用壽命。在這方面，日本EAGLE公司，早前選用SiC來代替硬質(zhì)合金取得了不錯(cuò)的效果[2]。本文利用壓力的原理來遠(yuǎn)程控制泵會更安全、經(jīng)濟(jì)、可靠。

1物聯(lián)泵原理

傳統(tǒng)泵的基本原理是液體注滿泵殼，葉輪高速旋轉(zhuǎn)，液體在離心力的作用下產(chǎn)生高速度，高速液體經(jīng)過逐漸擴(kuò)大的泵殼通道，動壓頭轉(zhuǎn)為靜壓頭，將液體排出。而由于輸送介質(zhì)的特殊性，即傳輸?shù)慕橘|(zhì)既有磨蝕性又有腐蝕性，造成了對泵有一些特殊的要求[3]。該物聯(lián)泵采用擠壓原理，介質(zhì)從軟管進(jìn)入到軟管排出，在整個(gè)過程中介質(zhì)完全不接觸泵的其他元器件，有效防止了一些腐蝕性介質(zhì)對機(jī)器的腐蝕，同時(shí)泵上裝有壓力、溫度等傳感器，通過手機(jī)小程序遠(yuǎn)程控制泵。

GPRS技術(shù)：GPRS技術(shù)是一種分組數(shù)據(jù)交換通信技術(shù)，是在移動通訊的基礎(chǔ)上，增加傳輸節(jié)點(diǎn)和無線分組基站[4]。GPRS主要通過模塊的形式安裝在物聯(lián)泵上;硬件上主要為電源電路，輸出電壓為3.8V給模塊供電;通訊模塊中，單片機(jī)需要將終端處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器，進(jìn)行GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸[5]。圖1是本實(shí)用新型物聯(lián)泵的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為該物聯(lián)泵的實(shí)物圖。

其中1為壓力傳感器，2為三相電機(jī)，3為水泵，4為變頻器，5為整流器，6為逆變器，7為水位傳感器，8為PTC傳感器。本實(shí)用新型調(diào)控準(zhǔn)確，反應(yīng)迅速，利用率更加廣泛，安全可靠。

2物聯(lián)泵控制器各項(xiàng)指標(biāo)

2.1 電源電壓及環(huán)境要求

電源電壓：380V、AC±15%、50Hz，在工作環(huán)境中溫度范圍為-20℃到50℃，物聯(lián)泵控制器防護(hù)等級：IP65（可完全防止粉塵進(jìn)入，防止來自各個(gè)方向由噴嘴射出的水浸入設(shè)備而造成損壞）

2.2 傳感器配置及對應(yīng)功能說明

（1）泵腔潤滑油高液位監(jiān)測（模擬量）-高低溫度保護(hù)（溫度和電導(dǎo)二合一傳感器）。

（2）泵腔潤滑油電導(dǎo)監(jiān)測（開關(guān)量）-軟管早期泄露報(bào)警（溫度和電導(dǎo)二合一傳感器）。

（3）泵腔壓力監(jiān)測（模擬量）-輔助軟管泄露報(bào)警;轉(zhuǎn)輪打滑報(bào)警;通氣塞異常報(bào)警（壓力傳感器）。

（4）泵出口介質(zhì)溫度監(jiān)測（模擬量）-輸送介質(zhì)高低溫度報(bào)警（溫度和電導(dǎo)二合一傳感器）。

（5）泵出口介質(zhì)電導(dǎo)監(jiān)測（開關(guān)量）-入口缺料報(bào)警（溫度和電導(dǎo)二合一傳感器）。

（6）電機(jī)熱保護(hù)監(jiān)測（模擬量）-電機(jī)過熱保護(hù)（PTC傳感器）。

2.3 功能指標(biāo)

（1）軟管材質(zhì)：EPDM、NR、CSM、FKM、NBR等，軟管壽命基數(shù)3000千次

（2）流量調(diào)節(jié)：通過對電機(jī)運(yùn)行的頻率來調(diào)節(jié)流量，流量可調(diào)范圍為額定頻率對應(yīng)額定流量的20%～140%（變頻器調(diào)節(jié)頻率范圍：10～70Hz），就地可通過按鈕調(diào)節(jié)，遠(yuǎn)程可通過遠(yuǎn)程IO、GPRS通信或總線控制。

（3）智能啟動：啟動時(shí)可選啟用低頻啟動功能（低頻啟動時(shí)間0～60s可設(shè)定，默認(rèn)時(shí)間30s;啟動頻率10～30Hz，默認(rèn)10Hz），啟動后恢復(fù)預(yù)設(shè)頻率正常運(yùn)行，該功能可緩解啟泵時(shí)堵轉(zhuǎn)問題，加大啟動力矩，省的盤車。

（4）測量介質(zhì)溫度和潤滑油溫度，溫度高于高溫預(yù)警值或低于低溫預(yù)警值時(shí)輸出報(bào)警信號，溫度高于高溫保護(hù)值或低于低溫保護(hù)值時(shí)，報(bào)警同時(shí)停機(jī)保護(hù)，出廠設(shè)定高低溫預(yù)警值和高低溫保護(hù)值，同時(shí)預(yù)警值用戶可以調(diào)節(jié)，但停機(jī)保護(hù)功能不能取消。溫度監(jiān)測采用PT100變送一體傳感器，24VDC供電，兩線制，標(biāo)準(zhǔn)4-20mA電流信號，量程：-50℃到100℃、精度為0.1℃。

（5）測量出口介質(zhì)壓力，壓力高于高壓預(yù)警值時(shí)輸出報(bào)警信號，壓力高于高壓保護(hù)值時(shí)，報(bào)警同時(shí)停機(jī)保護(hù);壓力低于低壓預(yù)警值時(shí)輸出報(bào)警信號，此時(shí)報(bào)警但不停機(jī)（低壓邏輯算法通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后再確認(rèn)，用于判斷入口缺料、轉(zhuǎn)輪打滑或輔助軟管泄露報(bào)警等），出廠設(shè)定高低壓預(yù)警值，預(yù)警值用戶可以調(diào)節(jié)，但高壓停機(jī)保護(hù)功能不能取消，壓力監(jiān)測采用壓力變送一體傳感器，24VDC供電，兩線制，標(biāo)準(zhǔn)4-20mA電流信號，量程：0-20Bar（1Bar=0.1Mpa），精度0.1Bar。

（6）軟管泄露監(jiān)測和預(yù)警：軟管泵一般應(yīng)用工況都是用來輸送特種介質(zhì)，多為工業(yè)應(yīng)用的酸、堿、鹽等介質(zhì)，大部分都屬于高導(dǎo)電解質(zhì)，而軟管泵泵腔內(nèi)的潤滑油為不導(dǎo)電介質(zhì)，一旦軟管泄露，則軟管內(nèi)的輸送介質(zhì)會混入泵腔，從而改變原潤滑油的絕緣特性，變成導(dǎo)電介質(zhì)。物聯(lián)泵正好可以利用這種特性，使用電導(dǎo)監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)軟管的早期泄露報(bào)警和停機(jī)保護(hù)功能。傳感器采用電導(dǎo)探針，通過檢測探入泵腔潤滑油內(nèi)的探針兩級電導(dǎo)狀態(tài)，當(dāng)檢測到導(dǎo)通時(shí)觸發(fā)泄露早期預(yù)警。軟管泄露勢必會導(dǎo)致泵腔潤滑油液位升高，泵腔壓力變大，結(jié)合泵腔壓力傳感器及潤滑油高液位觸發(fā)點(diǎn)（NPN型光電感應(yīng)液位開關(guān)），來實(shí)現(xiàn)軟管破裂停機(jī)保護(hù)。

（7）本地存儲：內(nèi)置flash和實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC），就地要求可以保存至少三個(gè)月設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括運(yùn)行數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、報(bào)警信息等。設(shè)備沒有條件接入物聯(lián)網(wǎng)的情況下，設(shè)備默認(rèn)按1次/分鐘自動進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并存儲到本地，數(shù)據(jù)采集頻率可自定義;已經(jīng)接入物聯(lián)網(wǎng)的，監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳云端的同時(shí)本地備份存儲。本地存儲空間滿后，可自動刪除最久的數(shù)據(jù)文件。文件按天存檔，數(shù)據(jù)條目換行追加。

（8）實(shí)時(shí)流量或一定時(shí)間內(nèi)的累計(jì)流量：當(dāng)前實(shí)時(shí)流量（L/H）=輸出轉(zhuǎn)速*流量系數(shù)（流量系數(shù)根據(jù)泵型號定義）;當(dāng)次啟動泵送總量按每分鐘實(shí)時(shí)流量累加計(jì)算，重啟后當(dāng)次啟動泵送總量清零。

（9）運(yùn)行時(shí)間：當(dāng)次啟動運(yùn)行時(shí)間（上限7500小時(shí)）：記錄當(dāng)次啟動后軟管泵運(yùn)行時(shí)間重啟后清零;當(dāng)次軟管累計(jì)運(yùn)行時(shí)間（上限7500小時(shí)）：累計(jì)每次泵運(yùn)行時(shí)間，更換軟管后清零;軟管泵總運(yùn)行時(shí)間：累計(jì)每次泵運(yùn)行時(shí)間，不允許用戶清零。

2.4 人機(jī)交換

在此基礎(chǔ)上保留了原變頻器人機(jī)交換方案（數(shù)碼屏+按鍵）;設(shè)備維護(hù)模式：維護(hù)模式下，可以點(diǎn)動按鍵（按鍵按住時(shí)運(yùn)行，釋放時(shí)停止）控制電機(jī)正反轉(zhuǎn);當(dāng)前軟管累計(jì)運(yùn)行時(shí)間和碾壓圈數(shù)，可在維護(hù)模式下清零。

2.5 電氣保護(hù)功能

通過結(jié)合變頻器自帶電氣保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)，具體涉及過流、過載、過壓、欠壓、缺相等常規(guī)電氣保護(hù)功能;電機(jī)熱保護(hù)中通過實(shí)時(shí)監(jiān)測電機(jī)PTC傳感器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)過熱停機(jī)保護(hù)功能。（各電機(jī)PTC傳感器參數(shù)略有差異，適配電路需可實(shí)現(xiàn)一定范圍的調(diào)整設(shè)置）。

2.6 通信接口和遠(yuǎn)程控制

物聯(lián)網(wǎng)接入：集成GPRS通信，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)云平臺接入，數(shù)據(jù)上報(bào)，遠(yuǎn)程控制;總線接口為RS485（MODBUS RTU）;DO狀態(tài)反饋接口：4路開關(guān)量反饋（可自定義端口報(bào)警功能或設(shè)備狀態(tài)反饋，一路為INOINC，三路為NO）;DI控制輸入接口：2路開關(guān)量控制（啟動與停止）;AO狀態(tài)反饋接口：1路模擬量反饋（4-20mA）（頻率或轉(zhuǎn)速反饋）;AI控制輸入接口：1路模擬量給定（4-20mA）（調(diào)整頻率或調(diào)速）。

2.7 物聯(lián)網(wǎng)平臺

可以通過手機(jī)端實(shí)現(xiàn)微信小程序遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備;物聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用基本功能包括：設(shè)備接入、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)存儲、實(shí)時(shí)顯示、用戶權(quán)限管理。

3物聯(lián)泵變頻控制器系統(tǒng)框圖

如下所示，圖3為物聯(lián)泵變頻控制器系統(tǒng)框圖。

4物聯(lián)泵監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)定義

表1為該物聯(lián)泵數(shù)據(jù)監(jiān)控定義表：其中%s表示協(xié)議封裝時(shí)該固定字段值，%s/10表示封裝時(shí)考慮保留精度到小數(shù)點(diǎn)后1位，上位機(jī)解析后還原精度。

5結(jié)束語

根據(jù)泵的用戶反饋結(jié)果可知，操作者通過GPRS遠(yuǎn)程控制，大大提高了泵使用的安全性，保護(hù)了人的生命安全，操作者只需要在微信小程序上控制機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)，大大提高了工作效率，滿足了一些化工企業(yè)對泵的要求，大大減輕了成本，保證工作安全有效的運(yùn)行。

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作者簡介

王樂（1991-），男，安徽淮南人;畢業(yè)院校：安徽工業(yè)大學(xué)，學(xué)歷：碩士研究生，現(xiàn)就職單位：安徽工業(yè)大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，研究方向：電氣自動化控制。