简述基于GPRS远程控制的耐腐蚀物联泵

摘 要 在我们工业生产中，泵的用途非常广泛，传统的泵在高危、高温、一些化工企业已经不能满足条件的需求，在这种情况下，为了提高输出性能，使泵应用于更多的场合，本文在传统泵的基础上研发了一种基于GPRS远程控制的耐高温、耐腐蚀物联泵。此装置包括三相电机和泵，除此之外，还包括变频器、压力传感器、水位传感器 和温度传感器;变频器内设有整流器和逆变器。

关键词 物联泵;耐腐蚀;耐高温;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

伴随着科技的不断发展，所用泵的介质不仅仅局限于水，对于一些化工企业而言所泵的介质可能是硫酸、乙烯等高腐蚀物质，此时操作人员如果在旁操作的话，一旦发生事故，会对人身体造成一定的损伤。本人所在实习公司所用泵的介质为各种腐蚀性液体，想重新设计一种具有一定耐腐蚀性泵[1]。同时对一般的泵而言，泵的叶轮是和液体介质接触的，若所泵的介质是高腐蚀性的，那么会严重影响泵的使用寿命。在这方面，日本EAGLE公司，早前选用SiC来代替硬质合金取得了不错的效果[2]。本文利用压力的原理来远程控制泵会更安全、经济、可靠。

1物联泵原理

传统泵的基本原理是液体注满泵壳，叶轮高速旋转，液体在离心力的作用下产生高速度，高速液体经过逐渐扩大的泵壳通道，动压头转为静压头，将液体排出。而由于输送介质的特殊性，即传输的介质既有磨蚀性又有腐蚀性，造成了对泵有一些特殊的要求[3]。该物联泵采用挤压原理，介质从软管进入到软管排出，在整个过程中介质完全不接触泵的其他元器件，有效防止了一些腐蚀性介质对机器的腐蚀，同时泵上装有压力、温度等传感器，通过手机小程序远程控制泵。

GPRS技术：GPRS技术是一种分组数据交换通信技术，是在移动通讯的基础上，增加传输节点和无线分组基站[4]。GPRS主要通過模块的形式安装在物联泵上;硬件上主要为电源电路，输出电压为3.8V给模块供电;通讯模块中，单片机需要将终端处理后的数据发送给服务器，进行GPRS无线数据传输[5]。图1是本实用新型物联泵的结构示意图;图2为该物联泵的实物图。

其中1为压力传感器，2为三相电机，3为水泵，4为变频器，5为整流器，6为逆变器，7为水位传感器，8为PTC传感器。本实用新型调控准确，反应迅速，利用率更加广泛，安全可靠。

2物联泵控制器各项指标

2.1 电源电压及环境要求

电源电压：380V、AC±15%、50Hz，在工作环境中温度范围为-20℃到50℃，物联泵控制器防护等级：IP65（可完全防止粉尘进入，防止来自各个方向由喷嘴射出的水浸入设备而造成损坏）

2.2 传感器配置及对应功能说明

（1）泵腔润滑油高液位监测（模拟量）-高低温度保护（温度和电导二合一传感器）。

（2）泵腔润滑油电导监测（开关量）-软管早期泄露报警（温度和电导二合一传感器）。

（3）泵腔压力监测（模拟量）-辅助软管泄露报警;转轮打滑报警;通气塞异常报警（压力传感器）。

（4）泵出口介质温度监测（模拟量）-输送介质高低温度报警（温度和电导二合一传感器）。

（5）泵出口介质电导监测（开关量）-入口缺料报警（温度和电导二合一传感器）。

（6）电机热保护监测（模拟量）-电机过热保护（PTC传感器）。

2.3 功能指标

（1）软管材质：EPDM、NR、CSM、FKM、NBR等，软管寿命基数3000千次

（2）流量调节：通过对电机运行的频率来调节流量，流量可调范围为额定频率对应额定流量的20%～140%（变频器调节频率范围：10～70Hz），就地可通过按钮调节，远程可通过远程IO、GPRS通信或总线控制。

（3）智能启动：启动时可选启用低频启动功能（低频启动时间0～60s可设定，默认时间30s;启动频率10～30Hz，默认10Hz），启动后恢复预设频率正常运行，该功能可缓解启泵时堵转问题，加大启动力矩，省的盘车。

（4）测量介质温度和润滑油温度，温度高于高温预警值或低于低温预警值时输出报警信号，温度高于高温保护值或低于低温保护值时，报警同时停机保护，出厂设定高低温预警值和高低温保护值，同时预警值用户可以调节，但停机保护功能不能取消。温度监测采用PT100变送一体传感器，24VDC供电，两线制，标准4-20mA电流信号，量程：-50℃到100℃、精度为0.1℃。

（5）测量出口介质压力，压力高于高压预警值时输出报警信号，压力高于高压保护值时，报警同时停机保护;压力低于低压预警值时输出报警信号，此时报警但不停机（低压逻辑算法通过实验优化后再确认，用于判断入口缺料、转轮打滑或辅助软管泄露报警等），出厂设定高低压预警值，预警值用户可以调节，但高压停机保护功能不能取消，压力监测采用压力变送一体传感器，24VDC供电，两线制，标准4-20mA电流信号，量程：0-20Bar（1Bar=0.1Mpa），精度0.1Bar。

（6）软管泄露监测和预警：软管泵一般应用工况都是用来输送特种介质，多为工业应用的酸、碱、盐等介质，大部分都属于高导电解质，而软管泵泵腔内的润滑油为不导电介质，一旦软管泄露，则软管内的输送介质会混入泵腔，从而改变原润滑油的绝缘特性，变成导电介质。物联泵正好可以利用这种特性，使用电导监测来实现软管的早期泄露报警和停机保护功能。传感器采用电导探针，通过检测探入泵腔润滑油内的探针两级电导状态，当检测到导通时触发泄露早期预警。软管泄露势必会导致泵腔润滑油液位升高，泵腔压力变大，结合泵腔压力传感器及润滑油高液位触发点（NPN型光电感应液位开关），来实现软管破裂停机保护。

（7）本地存储：内置flash和实时时钟（RTC），就地要求可以保存至少三个月设备状态数据，包括运行数据、监测数据、报警信息等。设备没有条件接入物联网的情况下，设备默认按1次/分钟自动进行数据采集并存储到本地，数据采集频率可自定义;已经接入物联网的，监测数据上传云端的同时本地备份存储。本地存储空间满后，可自动删除最久的数据文件。文件按天存档，数据条目换行追加。

（8）实时流量或一定时间内的累计流量：当前实时流量（L/H）=输出转速*流量系数（流量系数根据泵型号定义）;当次启动泵送总量按每分钟实时流量累加计算，重启后当次启动泵送总量清零。

（9）运行时间：当次启动运行时间（上限7500小时）：记录当次启动后软管泵运行时间重启后清零;当次软管累计运行时间（上限7500小时）：累计每次泵运行时间，更换软管后清零;软管泵总运行时间：累计每次泵运行时间，不允许用户清零。

2.4 人机交换

在此基础上保留了原变频器人机交换方案（数码屏+按键）;设备维护模式：维护模式下，可以点动按键（按键按住时运行，释放时停止）控制电机正反转;当前软管累计运行时间和碾压圈数，可在维护模式下清零。

2.5 电气保护功能

通过结合变频器自带电气保护功能实现，具体涉及过流、过载、过压、欠压、缺相等常规电气保护功能;电机热保护中通过实时监测电机PTC传感器，实现电机过热停机保护功能。（各电机PTC传感器参数略有差异，适配电路需可实现一定范围的调整设置）。

2.6 通信接口和远程控制

物联网接入：集成GPRS通信，实现物联网云平台接入，数据上报，远程控制;总线接口为RS485（MODBUS RTU）;DO状态反馈接口：4路开关量反馈（可自定义端口报警功能或设备状态反馈，一路为INOINC，三路为NO）;DI控制输入接口：2路开关量控制（启动与停止）;AO状态反馈接口：1路模拟量反馈（4-20mA）（频率或转速反馈）;AI控制输入接口：1路模拟量给定（4-20mA）（调整频率或调速）。

2.7 物聯网平台

可以通过手机端实现微信小程序远程监控设备;物联网平台应用基本功能包括：设备接入、数据解析、数据存储、实时显示、用户权限管理。

3物联泵变频控制器系统框图

如下所示，图3为物联泵变频控制器系统框图。

4物联泵监控数据定义

表1为该物联泵数据监控定义表：其中%s表示协议封装时该固定字段值，%s/10表示封装时考虑保留精度到小数点后1位，上位机解析后还原精度。

5结束语

根据泵的用户反馈结果可知，操作者通过GPRS远程控制，大大提高了泵使用的安全性，保护了人的生命安全，操作者只需要在微信小程序上控制机器运转，大大提高了工作效率，满足了一些化工企业对泵的要求，大大减轻了成本，保证工作安全有效的运行。

参考文献

[1] 解士杰.碳酸钠溶液泵机械密封的改进与设计[J].液压气动与密封，2020，40（7）：21-23.

[2] 殷洪基，王宏经，刘重德.耐腐蚀泵机械密封概述[J].碳素，1991 （4）：34-45.

[3] 赵骏，王静.耐磨蚀和耐腐蚀泵用新型机械密封的开发应用[J].水泵技术，2011（6）：34-36.

[4] 曾嵘娟.基于GPRS下纯电动车远程监控系统研究[J].电子测试，2020（3）：82-83，69.

[5] 胡信琰，胡莲芳.GPRS技术在环保监测中的应用[J].国际公关，2019（9）：229.

作者简介

王乐（1991-），男，安徽淮南人;毕业院校：安徽工业大学，学历：硕士研究生，现就职单位：安徽工业大学 电气与信息工程学院，研究方向：电气自动化控制。