簡述基于GPRS遠程控制的耐腐蝕物聯泵

摘 要 在我們工業生產中，泵的用途非常廣泛，傳統的泵在高危、高溫、一些化工企業已經不能滿足條件的需求，在這種情況下，為了提高輸出性能，使泵應用于更多的場合，本文在傳統泵的基礎上研發了一種基于GPRS遠程控制的耐高溫、耐腐蝕物聯泵。此裝置包括三相電機和泵，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;變頻器內設有整流器和逆變器。

關鍵詞 物聯泵;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展，所用泵的介質不僅僅局限于水，對于一些化工企業而言所泵的介質可能是硫酸、乙烯等高腐蝕物質，此時操作人員如果在旁操作的話，一旦發生事故，會對人身體造成一定的損傷。本人所在實習公司所用泵的介質為各種腐蝕性液體，想重新設計一種具有一定耐腐蝕性泵[1]。同時對一般的泵而言，泵的葉輪是和液體介質接觸的，若所泵的介質是高腐蝕性的，那么會嚴重影響泵的使用壽命。在這方面，日本EAGLE公司，早前選用SiC來代替硬質合金取得了不錯的效果[2]。本文利用壓力的原理來遠程控制泵會更安全、經濟、可靠。

1物聯泵原理

傳統泵的基本原理是液體注滿泵殼，葉輪高速旋轉，液體在離心力的作用下產生高速度，高速液體經過逐漸擴大的泵殼通道，動壓頭轉為靜壓頭，將液體排出。而由于輸送介質的特殊性，即傳輸的介質既有磨蝕性又有腐蝕性，造成了對泵有一些特殊的要求[3]。該物聯泵采用擠壓原理，介質從軟管進入到軟管排出，在整個過程中介質完全不接觸泵的其他元器件，有效防止了一些腐蝕性介質對機器的腐蝕，同時泵上裝有壓力、溫度等傳感器，通過手機小程序遠程控制泵。

GPRS技術：GPRS技術是一種分組數據交換通信技術，是在移動通訊的基礎上，增加傳輸節點和無線分組基站[4]。GPRS主要通過模塊的形式安裝在物聯泵上;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，單片機需要將終端處理后的數據發送給服務器，進行GPRS無線數據傳輸[5]。圖1是本實用新型物聯泵的結構示意圖;圖2為該物聯泵的實物圖。

其中1為壓力傳感器，2為三相電機，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。本實用新型調控準確，反應迅速，利用率更加廣泛，安全可靠。

2物聯泵控制器各項指標

2.1 電源電壓及環境要求

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

2.2 傳感器配置及對應功能說明

（1）泵腔潤滑油高液位監測（模擬量）-高低溫度保護（溫度和電導二合一傳感器）。

（2）泵腔潤滑油電導監測（開關量）-軟管早期泄露報警（溫度和電導二合一傳感器）。

（3）泵腔壓力監測（模擬量）-輔助軟管泄露報警;轉輪打滑報警;通氣塞異常報警（壓力傳感器）。

（4）泵出口介質溫度監測（模擬量）-輸送介質高低溫度報警（溫度和電導二合一傳感器）。

（5）泵出口介質電導監測（開關量）-入口缺料報警（溫度和電導二合一傳感器）。

（6）電機熱保護監測（模擬量）-電機過熱保護（PTC傳感器）。

2.3 功能指標

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

（2）流量調節：通過對電機運行的頻率來調節流量，流量可調范圍為額定頻率對應額定流量的20%～140%（變頻器調節頻率范圍：10～70Hz），就地可通過按鈕調節，遠程可通過遠程IO、GPRS通信或總線控制。

（3）智能啟動：啟動時可選啟用低頻啟動功能（低頻啟動時間0～60s可設定，默認時間30s;啟動頻率10～30Hz，默認10Hz），啟動后恢復預設頻率正常運行，該功能可緩解啟泵時堵轉問題，加大啟動力矩，省的盤車。

（4）測量介質溫度和潤滑油溫度，溫度高于高溫預警值或低于低溫預警值時輸出報警信號，溫度高于高溫保護值或低于低溫保護值時，報警同時停機保護，出廠設定高低溫預警值和高低溫保護值，同時預警值用戶可以調節，但停機保護功能不能取消。溫度監測采用PT100變送一體傳感器，24VDC供電，兩線制，標準4-20mA電流信號，量程：-50℃到100℃、精度為0.1℃。

（5）測量出口介質壓力，壓力高于高壓預警值時輸出報警信號，壓力高于高壓保護值時，報警同時停機保護;壓力低于低壓預警值時輸出報警信號，此時報警但不停機（低壓邏輯算法通過實驗優化后再確認，用于判斷入口缺料、轉輪打滑或輔助軟管泄露報警等），出廠設定高低壓預警值，預警值用戶可以調節，但高壓停機保護功能不能取消，壓力監測采用壓力變送一體傳感器，24VDC供電，兩線制，標準4-20mA電流信號，量程：0-20Bar（1Bar=0.1Mpa），精度0.1Bar。

（6）軟管泄露監測和預警：軟管泵一般應用工況都是用來輸送特種介質，多為工業應用的酸、堿、鹽等介質，大部分都屬于高導電解質，而軟管泵泵腔內的潤滑油為不導電介質，一旦軟管泄露，則軟管內的輸送介質會混入泵腔，從而改變原潤滑油的絕緣特性，變成導電介質。物聯泵正好可以利用這種特性，使用電導監測來實現軟管的早期泄露報警和停機保護功能。傳感器采用電導探針，通過檢測探入泵腔潤滑油內的探針兩級電導狀態，當檢測到導通時觸發泄露早期預警。軟管泄露勢必會導致泵腔潤滑油液位升高，泵腔壓力變大，結合泵腔壓力傳感器及潤滑油高液位觸發點（NPN型光電感應液位開關），來實現軟管破裂停機保護。

（7）本地存儲：內置flash和實時時鐘（RTC），就地要求可以保存至少三個月設備狀態數據，包括運行數據、監測數據、報警信息等。設備沒有條件接入物聯網的情況下，設備默認按1次/分鐘自動進行數據采集并存儲到本地，數據采集頻率可自定義;已經接入物聯網的，監測數據上傳云端的同時本地備份存儲。本地存儲空間滿后，可自動刪除最久的數據文件。文件按天存檔，數據條目換行追加。

（8）實時流量或一定時間內的累計流量：當前實時流量（L/H）=輸出轉速*流量系數（流量系數根據泵型號定義）;當次啟動泵送總量按每分鐘實時流量累加計算，重啟后當次啟動泵送總量清零。

（9）運行時間：當次啟動運行時間（上限7500小時）：記錄當次啟動后軟管泵運行時間重啟后清零;當次軟管累計運行時間（上限7500小時）：累計每次泵運行時間，更換軟管后清零;軟管泵總運行時間：累計每次泵運行時間，不允許用戶清零。

2.4 人機交換

在此基礎上保留了原變頻器人機交換方案（數碼屏+按鍵）;設備維護模式：維護模式下，可以點動按鍵（按鍵按住時運行，釋放時停止）控制電機正反轉;當前軟管累計運行時間和碾壓圈數，可在維護模式下清零。

2.5 電氣保護功能

通過結合變頻器自帶電氣保護功能實現，具體涉及過流、過載、過壓、欠壓、缺相等常規電氣保護功能;電機熱保護中通過實時監測電機PTC傳感器，實現電機過熱停機保護功能。（各電機PTC傳感器參數略有差異，適配電路需可實現一定范圍的調整設置）。

2.6 通信接口和遠程控制

物聯網接入：集成GPRS通信，實現物聯網云平臺接入，數據上報，遠程控制;總線接口為RS485（MODBUS RTU）;DO狀態反饋接口：4路開關量反饋（可自定義端口報警功能或設備狀態反饋，一路為INOINC，三路為NO）;DI控制輸入接口：2路開關量控制（啟動與停止）;AO狀態反饋接口：1路模擬量反饋（4-20mA）（頻率或轉速反饋）;AI控制輸入接口：1路模擬量給定（4-20mA）（調整頻率或調速）。

2.7 物聯網平臺

可以通過手機端實現微信小程序遠程監控設備;物聯網平臺應用基本功能包括：設備接入、數據解析、數據存儲、實時顯示、用戶權限管理。

3物聯泵變頻控制器系統框圖

如下所示，圖3為物聯泵變頻控制器系統框圖。

4物聯泵監控數據定義

表1為該物聯泵數據監控定義表：其中%s表示協議封裝時該固定字段值，%s/10表示封裝時考慮保留精度到小數點后1位，上位機解析后還原精度。

5結束語

根據泵的用戶反饋結果可知，操作者通過GPRS遠程控制，大大提高了泵使用的安全性，保護了人的生命安全，操作者只需要在微信小程序上控制機器運轉，大大提高了工作效率，滿足了一些化工企業對泵的要求，大大減輕了成本，保證工作安全有效的運行。

參考文獻

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[2] 殷洪基，王宏經，劉重德.耐腐蝕泵機械密封概述[J].碳素，1991 （4）：34-45.

[3] 趙駿，王靜.耐磨蝕和耐腐蝕泵用新型機械密封的開發應用[J].水泵技術，2011（6）：34-36.

[4] 曾嶸娟.基于GPRS下純電動車遠程監控系統研究[J].電子測試，2020（3）：82-83，69.

[5] 胡信琰，胡蓮芳.GPRS技術在環保監測中的應用[J].國際公關，2019（9）：229.

作者簡介

王樂（1991-），男，安徽淮南人;畢業院校：安徽工業大學，學歷：碩士研究生，現就職單位：安徽工業大學 電氣與信息工程學院，研究方向：電氣自動化控制。