《基于PIC16C54C單片機的地下泵房自動排水系統設計》
                                                                        作者：悠然見南山

概述：

1.鋁業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，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事件的能力較差，容易發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境，機械部件易發生銹蝕，嚴重的會造成上電無法運轉，關鍵時刻無法起到作用。

3. 由于大部分現場的蓄水池容積較�。ń^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，無法在現場使用。

針對以上鋁業動力廠地下泵房的現狀，我決心采用先進的PIC單片機技術，開發全新的地下泵房自動排水系統。系統總體要求：簡潔﹑可靠﹑抗干擾能力強﹑智能化程度高。

一：系統硬件：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場水位的變化情況直接轉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，一般在浮球內安裝有永久磁鐵，支撐桿內裝有兩組干簧管。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場各種大小不一的蓄水池的要求。

1.2磁鐵的選擇：常規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，本系統釤鈷磁鐵，是由釤、鈷和其它金屬稀土材料經配比，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：

2.1.1 微處理器芯片：

主控制板的核心器件是微處理器，本系統采用美國微芯公司的PIC16C54C單片機。它的優異性能表現在：

1.指令執行速度快，在20MHz振蕩頻率時，指令周期只有200ns。

2.IO口帶載能力強，可直接驅動LED發光。

3.帶有開門狗定時器WDT,抗干擾能力強，適用于工業現場。

4.有低功耗的工作方式，省電的睡眠方式。

2.1.2系統電器部分控制圖;

2.1.3：主控板的工作原理圖：

地下泵房自動排水系統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：電網輸入的三相交流電經過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：系統的軟件部分：

系統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能夠長期可靠工作，本系統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程序的設計，每隔10天或20天，系統自動開泵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設計的重要組成部分。

2：上下限短路檢測：如果系統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的干簧管損壞，會立即啟動報警電路，由值班人員到現場檢查排除故障。

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故障或入水量過大，可能有嚴重情況發生，系統會立即啟動報警電路，由值班人員到現場檢查排除故障。

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的可靠性，真正做到防患于未然。

針對現場控制自動化與網絡化的要求，還應該進一步加裝RS485異步串行通訊口。以適應聯網與集控的需要。

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>在山鋁動力廠各地下泵房陸續安裝了近30套，適應現場的能力較強，使用效果良好，深受泵房現場值班人員的歡迎，近幾年來，沒有再發生泵房積水事故，系統的可靠性極高。取得了良好的經濟效益。使山鋁動力廠地下泵房自動排水系統的性能指標登上了一個全新的臺階。本系統具有較高的推廣應用價值。