原创《小区供水智能节电系统中超压保护器的设计》
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公司研发的小区供水智能节电系统主要应用在小区二次供水系统中,运行时需要实时采集并控制加压泵端的出水压力,如果出现故障造成加压泵端的出水压力过大时,会造成管道破裂,严重则导致供水中断.现场为防止此后果的产生,在管道上装有一个具有上限报警功能的压力表,当压力大于设定的压力值时,时间继电器导通,并开始计时,当到达设定的时间时,时间继电器的常闭触点打开以断开变频器.由于现场安装压力表时,一方面须采取停水措施,需要事先与物业公司协商停水时间,因此不能随时安装,可能会造成工期延误；另一方面很多小区泵房管路复杂,压力表位置与控制柜距离较远,压力表安装后,还需要重新布线,因此费时费力,同时也增加了施工成本.
为了节约施工成本和缩短工期,利用现有的远传压力表的信号,直接将超压保护器的模拟量输入口与压力表的信号线相连.超压保护器可实时采集加压泵端的出水压力,当出水压力在一定时间内大于设定的安全压力值时,超压保护器控制外部继电器线圈得电,使常闭触点断开,从而变频器停止工作；当本地压力在一段时间内小于设定的压力值时,超压保护器控制外部继电器线圈断电,使常闭触点重新闭合,变频器恢复正常工作.
一、功能描述
超压保护器实时采集加压泵端的管道出口压力,并将采集到的压力值显示在液晶显示模块.如果管道压力在设定时间内一直大于设定的安全压力值,则保护器断开继电器,从而变频器停止工作.如果管道压力在设定时间内一直小于安全压力值,保护器使继电器重新闭合,变频器继续工作.保护器通过四个按键（左、右、设置、确定）可设置和修改系统参数,系统参数包括模拟量通道采集形式（电流输入、电压输入）、压力表的工作电压、压力表的量程上限、管道的安全压力值和超压时间.设置成功后,将参数保存到Flash 内,以后启动直接读取系统参数.
二、系统电路设计
超压保护器终端采用STM32F103RBT6 控制器,硬件电路主要包括1 路DI 通道、1 路DO 通道、2 路AI 通道（1 路电流输入4~20mA,1 路电压输入0~10V）、1 路485 通信通道、按键和液晶显示模块.其系统电路框图如图1 所示.
其中,数字量输出端口用于控制外部继电器的通断,进而控制变频器的启动和停止.内部电路采用小型继电器的输出方式,当单片机的DO0 输出高电平时,三极管导通,继电器K320 线圈得电,常开触点闭合.图2 为数字量输出电路.
模拟量输入通道用来采集管道压力,为减小干扰,使用线性光耦隔离,由于现场的远传压力表有0~10V 的电压信号和4~20mA 的电流信号两种情况,因此利用跳线选择电压/电流信号,其电路图如图3 所示.
数字量输入通道可做备用扩展,为防止干扰,增加电路的安全性,采用光耦隔离方式设计,利用瞬态抑制二级管处理瞬态干扰.其数字量输入电路如图4 所示.
液晶显示模块采用L0826BR2,其工作电压低,微功耗,显示清晰,稳定可靠,使用编程简单[1].用三线接口即可：CS、CLK、DATA,VDD 为2.4-3.3V.与单片机连接的方块图如图5 所示.
三、程序开发
系统程序采用C 语言编写,主要包括初始化、按键处理、压力判断和显示、AD 转换、AD 校正,其中初始化包括系统时钟、中断处理函数、I/O、ADC、定时器、系统参数、液晶显示模块等初始化.
系统初始化完成后,每50ms 进行一次AD 采样,并计算显示管道的当前压力值.采用实时扫描按键的方式,判断系统是否进入设置模式,如果未进入设置模式,按左右键切换显示当前的系统参数；按下设置键3s,系统进入设置模式,并显示模拟量输入通道当前的采集形式（0- 电流,1-电压）.短按设置键,进入参数修改状态,代表采集形式的数字闪烁,通过左右键修改模拟量采集通道的采集形式.按确认键保存修改的数值,数字不再闪烁,退出修改状态.通过左右键可以选择其他参数设置的界面,其设置方法与其相同.在设置模式下进行AD 校正时,对0.1V 电压或4.2mA电流连续采集10 次求和,然后取平均值,作为AD 输入的下限值；同理,对9.8V 电压或19.8mA 电流连续采集10 次求和,然后取平均值,作为AD 输入的上限值,计算完成保存上、下限值,自动退出AD 校正模式.其主程序流程图如图6.
四、实验测试
由于现场的远传压力表的输出是电压信号,用跳线选择电压采集方式,系统采集方式参数设定为1,对AD 进行校正完成后,设置安全压力值1.0MPa,超时时间为10s,压力表最大量程1.6MPa,当管道的压力出现波动,压力值大于1.0MPa 时,10s 后外部继电器动作,变频器断开；当管道的压力小于1.0MPa 时,10s 后外部继电器又重新动作,变频器又重新启动.因此,超压保护器可通过采集判断当前压力是否超限,并做出相应的动作,说明设计达到预期效果.
五、结语
本文介绍了超压保护器在小区二次供水系统中应用,设计了超压保护器的硬件电路和基于C 语言编写的压力采集、显示,参数设置和修改等程序.实验证明,超压保护器可以实时采集显示管道压力,当出现压力超限的情况时,可及时断开变频器.该设计可大大减少现场施工人员的工作量,缩短施工工期,节省施工成本,并且此保护器安装简单,使用方便.H
节电论文参考资料：
结论，上文是关于节电方面的大学硕士和本科毕业论文以及中超和节电和供水相关节电论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料。
