《基于PIC16C54C單片機的地下泵房自動排水系統(tǒng)設計》
作者：悠然見南山
概述：
1.鋁業(yè)動力廠地下泵房眾多，如果地下泵房沒有安裝自動排水報警控制系統(tǒng)，就只能完全依靠人工定期巡檢的方式進行開泵排水，應對管道破裂和強降雨等突發(fā)事件的能力較差，容易發(fā)生積水淹泵等重大事故。
2.部分排水泵長時間不用，由于處在極為潮濕的環(huán)境，機械部件易發(fā)生銹蝕，嚴重的會造成上電無法運轉(zhuǎn)，關鍵時刻無法起到作用。
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等的動作行程過長，無法在現(xiàn)場使用。
針對以上鋁業(yè)動力廠地下泵房的現(xiàn)狀，我決心采用先進的PIC單片機技術，開發(fā)全新的地下泵房自動排水系統(tǒng)。系統(tǒng)總體要求：簡潔﹑可靠﹑抗干擾能力強﹑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)換為一組開關量的變化，由信號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。
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磁片，組成雙磁的結構方式，可極大提高控制的精準度。滿足動力廠地下泵房現(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，燒結后制成的一種新型磁性材料，最高工作溫度可達350℃，具有很強的抗腐蝕和抗氧化性；所以被廣泛應用在航空航天、國防軍工領域。
1.2：干簧管的選擇
干簧管是一種特殊的磁敏開關，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。
2. 主控制箱：主控制箱主要由主控板，輸入輸出接口，開關控制器件（接觸器）等組成。
2.1主控制板：
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。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，指令周期只有200ns。
2.IO口帶載能力強，可直接驅(qū)動LED發(fā)光。
3.帶有開門狗定時器WDT,抗干擾能力強，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。
地下泵房自動排水系統(tǒng)主控板部分電路設計說明：
1. 電源電路：為了增強抗干擾能力，本控制板設計了單獨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，由軟件來判斷三相交流電的相序。本設計采用光電耦合器采集三相同步信號，相比于三相同步變壓器的方案，具有體積小，成本低，采集準確可靠的特點。
3. 浮球傳感器組件接口電路：當浮球運行到上限點或下限點時，相應位置的干簧管閉合，信號經(jīng)過光耦隔離后進入CPU處理。
4. 水泵啟動輸出接口電路：當微處理器的RB7口輸出高電平時，光電耦合器U9﹑三極管Q1導通，繼電器K1動作，動合接點KA﹑KB閉合，可以啟動水泵工作。
5.聲光報警接口電路：當微處理器的RB6口輸出高電平時，光電耦合器U10﹑三極管Q2導通，繼電器K2動作，動合接點KC﹑KD閉合，可以啟動遠程的聲光報警裝置。
6. 功能開關設置電路：可以設置選擇相序方式，巡檢的工作時間和間隔時間。
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，主要包括以下幾個模塊：
①：相序識別模塊
②：水位上限點與下限點檢測處理模塊
③：自動巡檢模塊
水位上限點與下限點檢測處理模塊的軟件流程圖如下所示：
3.1：水位上限點與下限點檢測處理模塊的程序清單：
略
三： 為確保地下泵房自動排水系統(tǒng)能夠長期可靠工作，本系統(tǒng)在軟硬件上采取了三項強化措施：
1：自動巡檢：排水泵自動巡檢技術就是根據(jù)程序的設計，每隔10天或20天，系統(tǒng)自動開泵10-20S的時間，使排水泵的各部件得到活動與潤滑，可避免排水泵長時間不動作造成機械部件銹死的嚴重問題，真正做到防患于未然。水泵自動巡檢技術是地下泵房自動排水系統(tǒng)設計的重要組成部分。
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和下限點同時有效，說明浮球傳感器或支撐桿內(nèi)的干簧管損壞，會立即啟動報警電路，由值班人員到現(xiàn)場檢查排除故障。
3：水泵工作超時報警：如果排水泵啟動后，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，一般情況是下限點檢測出現(xiàn)故障或入水量過大，可能有嚴重情況發(fā)生，系統(tǒng)會立即啟動報警電路，由值班人員到現(xiàn)場檢查排除故障。
以上三種強化措施實施后，可極大地提高地下泵房自動排水系統(tǒng)的可靠性，真正做到防患于未然。
針對現(xiàn)場控制自動化與網(wǎng)絡化的要求，還應該進一步加裝RS485異步串行通訊口。以適應聯(lián)網(wǎng)與集控的需要。
四：實際安裝使用效果：近幾年來，我設計的這套<基于PIC16C54C單片機的地下泵房自動排水系統(tǒng)>在山鋁動力廠各地下泵房陸續(xù)安裝了近30套，適應現(xiàn)場的能力較強，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)濟效益。使山鋁動力廠地下泵房自動排水系統(tǒng)的性能指標登上了一個全新的臺階。本系統(tǒng)具有較高的推廣應用價值。