CN102155397A - 一种乳化液泵站控制主机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种乳化液泵站控制主机，该控制主机中的CPU模块完成状态巡检、故障查询、参数设置、时间设置、用户管理设置和参数屏蔽设置，通过看门狗模块避免系统死机，时钟模块为系统提供时钟信号，通讯状态显示模块显示当前通讯为接受或者发送状态，串口扩展模块将CPU模块的一路串口资源扩展为两路，RS485转换模块完成控制主机与各控制分机的通讯，RS232转换模块完成控制主机与显示屏的通讯，外部开关控制模块与内部按键控制模块完成按键对系统的操作，急停模块实现紧急情况下停机操作，本发明控制主机通过不断与各控制分机通讯，完成系统通讯功能，具有操作方便、性能可靠、功能完善的特点，可以很好的实现对乳化液泵站的控制。

Description

一种乳化液泵站控制主机

技术领域

本发明涉及一种乳化液泵站控制主机，尤其适用于大流量乳化液泵站控制作为参数综合处理设备，属于乳化液泵站控制相关技术领域。

背景技术

目前，国内大多数中小型煤矿使用的乳化液泵站的控制系统和监测系统并不完善，很多煤矿的乳化液泵站没有控制系统和监测系统，只有二台乳化液泵和一个乳化液箱组成，工作时一台使用一台备用，供液压力小、流量小、脉动大，系统不稳定，使用过程中经常出现故障，严重影响工作面的安全生产。国内的大型矿井和国外使用的乳化液泵站是国外生产的乳化液泵站，具有较完善的电控系统，但由于电控系统全部为国外进口，成本很高。电器设备的维护费用和设备备件费用相对也较高，不利于长期使用。特别是使用一段时间后，故障率增多，维修量大，有些部件损坏后不能维修只能更换，单独的配件较贵，订货周期长，这就增加了采煤成本，影响采煤的正常生产；同时控制系统受国外系统泵站电机、乳化液浓度、乳化油及设备结构的影响，泵站供液设备有多种型号和规格，国外电控系统不能很好用于国产的供液设备，不便于推广。因此设计安全可靠的乳化液泵站控制设备取代进口势在必行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种乳化液泵站控制主机，该控制主机具有操作方便、性能可靠、功能完善的特点，可以很好的实现对乳化液泵站的控制。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种乳化液泵站控制主机，包括CPU模块、看门狗模块、时钟模块、通讯状态显示模块、串口扩展模块、RS485转换模块、RS232转换模块、显示屏、声光报警模块、急停模块、I/O扩展模块、外部开关控制模块、内部按键控制模块和数据存取模块，其中：

CPU模块完成系统状态巡检、故障查询、参数设置、时间设置、用户管理设置和参数屏蔽设置；看门狗模块通过“读允许”引脚喂狗，当系统死机后，外部没有喂狗信号的情况下，看门狗电路输入复位信号，重新启动CPU程序；时钟模块通过I²C总线与CPU模块实现通信连接，为系统的各种动作提供时钟信号；通讯状态显示模块显示当前CPU模块与显示屏之间的通讯状态、以及显示当前CPU模块与外部控制分机的通讯状态；串口扩展模块将CPU模块具有的一路串口扩展为两路串口供系统使用；RS485转换模块将TTL电平信号转化为485信号用于CPU模块与系统各控制分机通讯；RS232转换模块将TTL电平信号转化为232信号用于CPU模块与显示屏通讯；显示屏提供人机交互界面，显示当前工作状态；声光报警模块在系统出现故障或者需要用户注意的事项发生时，CPU模块通过指示灯与声音报警提示用户注意；急停模块用于紧急情况下系统全部停机；I/O扩展模块扩展外部I/O接口，满足系统对于I/O资源的需求；外部开关控制模块包括按钮与旋钮两种，用于对系统的操作；内部按键控制模块用于对系统参数的设置，满足不同系统或者不同工况需求；数据存取模块将各种控制信号存储与读取，避免掉电丢失。

在上述乳化液泵站控制主机中，CPU模块的状态巡检为与外部乳化液泵站参数检测控制分机通讯，获取当前各参数检测控制分机的参数，根据所述获取到的各控制分机参数，对乳化液泵站完成相应的控制。

在上述乳化液泵站控制主机中，CPU模块的故障查询为获取故障发生时间、故障发生地点和故障发生原因信息。

在上述乳化液泵站控制主机中，CPU模块的参数设置为设置系统报警以及故障参数；所述时间设置为CPU模块设置当前系统时间。

在上述乳化液泵站控制主机中，CPU模块的用户管理设置为设置密码系统。

在上述乳化液泵站控制主机中，CPU模块的参数屏蔽设置为根据用户需求对部分参数进行屏蔽处理，并对所述参数检测、显示但不控制。

在上述乳化液泵站控制主机中，内部按键控制模块设置的系统参数包括：乳化液箱液温、乳化液箱液位、乳化液箱油位、乳化液泵的油压、乳化液泵的油温、乳化液泵的油位、清水箱的水位、清水箱的水温、清水泵的油压、清水液泵的油温、清水泵的油位；输出数据包括：电磁阀控制、电机控制、液位水位电磁阀控制。

在上述乳化液泵站控制主机中，显示屏显示当前工作状态是指在数据传输到CPU模块后，CPU模块通过RS232指令与显示屏通讯，将数据按照显示屏要求的指令格式发送到显示屏进行显示。

在上述乳化液泵站控制主机中，外部开关控制模块包括的按钮与旋钮为：手/自动切换按钮、增压泵电机启停按钮、乳化液泵/清水泵操作旋钮、故障查询按钮、上翻按钮、下翻按钮和停止按钮。

在上述乳化液泵站控制主机中，CPU模块选择AT89C55WD芯片；数据存取模块选择OKS1245数据存储芯片。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明乳化液泵站控制主机设计报警参数设置屏蔽功能，可以在验证用户身份后根据用户要求对部分参数控制选择放弃，可以更好的适应现场实际需要，增加系统的柔性；

(2)本发明乳化液泵站控制主机根据泵的开启停止状态设置泵的优先级顺序，避免某一台泵长期为一号优先泵，某一台泵长期不使用的现象发生，可以充分利用资源提高泵的使用效率；

(3)本发明乳化液泵站控制主机设计手动/自动两种控制模式，自动模式下不能就地对泵站电机进行任何操作，手动模式下可以手动启停电机，两种操作模式可以方便实现无扰切换，满足不同需求；

(4)本发明乳化液泵站控制主机根据优先级控制各泵，当乳化液泵站组成发生变化时，不用修改硬件电路，只需简单修改软件界面与控制面板即可，方便使用；

(5)本发明乳化液泵站控制主机的外部开关控制模块，其乳化液泵/清水泵操作旋钮设置“预备”、“闭锁”、“开启”三种状态，很好的满足了系统手动/自动模式下对乳化液泵站的操作与控制；

(6)本发明乳化液泵站控制主机采用24芯电缆将RS485通讯总线、控制线、电源线集成在一起，避免在系统中使用多种连线，包括通讯总线、控制线和电源线，提高接线操作的便利性，降低了系统的故障率；并且通过24芯电缆将各控制按钮传递到参数检测控制分机，实现就地对电机的启停，操作方便；

(7)本发明乳化液泵站控制主机采用的显示屏为8寸显示屏，分辨率为800＊600，相对于现有技术中使用灰色小液晶显示屏其显示画面更丰富，人机交互信息量更大；

(8)本发明乳化液泵站控制主机设计的串口扩展电路，在满足系统需求的同时，保证了CPU模块简单实用，成本低廉的特点。

附图说明

图1为本发明控制主机的结构示意图；

图2为本发明控制主机中CPU模块的工作流程图；

图3为本发明控制主机中CPU模块的程序参数巡检流程图；

图4为本发明控制主机中CPU模块的系统参数设置界面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示为本发明控制主机的结构示意图，由图可知本发明的乳化液泵站控制主机包括设置在PCB印制电路板上的CPU模块、看门狗模块、时钟模块、通讯状态显示模块、串口扩展模块、RS485转换模块、RS232转换模块、显示屏、声光报警模块、急停模块、I/O扩展模块、外部开关控制模块、内部按键控制模块以及数据存取模块。其中看门狗模块、时钟模块、通讯状态显示模块、串口扩展模块、RS485转换模块、RS232转换模块、以及数据存取模块分别与CPU模块通过PCB走线连接，CPU模块与I/O扩展模块通过PCB走线连接，内部按键控制模块通过PCB走线与I/O扩展模块连接，显示屏通过外部接口与RS232转换模块连接、外部开关控制模块通过外部接口与I/O扩展模块连接，急停模块通过PCB走线将急停回路从控制主机传到下一台控制分机。

其中CPU模块采用AT89C55WD芯片完成系统的逻辑控制等功能。如图2所示为本发明控制主机中CPU模块的工作流程图，其中CPU模块主要功能模块包括：状态巡检、故障查询、参数设置、时间设置、用户管理以及参数屏蔽设置等模式。

如图3所示为本发明控制主机中CPU模块的程序参数巡检流程图，状态巡检是程序工作的主要模式，通过与各控制分机的通讯，循环查询当前数据，并将当前参数显示在显示屏上，巡检过程中控制主机具体工作包括：

与乳化液泵站参数检测控制分机通讯，获取当前各参数检测控制分机的参数。其中乳化液箱参数检测控制分机的参数包括：乳化液液位、乳化油油位、乳化液温度；其中清水箱参数检测控制分机的参数包括：水位、水温；其中乳化液泵参数检测控制分机的参数包括：润滑油油位、润滑油油压、润滑油油温；其中清水泵参数检测控制分机的参数包括：润滑油油位、润滑油油压、润滑油油温。与乳化液泵站总出液口压力检测控制分机通讯，获取当前乳化液泵站总压力以及乳化液泵站各卸载阀的起停状态。与乳化液泵站应急控制分机通讯，获取当前乳化液泵站各电机的起停状态。

通过获取到的各控制分机参数，对乳化液泵站完成相应的控制，其控制主要包括：

(1)当乳化液箱参数检测控制分机乳化液液位过低时，开启进水电磁阀；当乳化液箱参数检测控制分机乳化液液位过高时，关闭进水电磁阀；当乳化液箱参数检测控制分机乳化液液温过高时，系统停机；当乳化液箱参数检测控制分机乳化油油位过低时，系统停机。

(2)当乳化液泵参数检测控制分机润滑油油位过低时，关闭相应泵，启动备用泵；当乳化液泵参数检测控制分机润滑油油温过高时，关闭相应泵，启动备用泵机；当乳化液泵参数检测控制分机润滑油油压过高时，关闭相应泵，启动备用泵。

(3)当清水箱参数检测控制分机水位过低时，开启进水电磁阀；当清水箱参数检测控制分机水位过高时，关闭进水电磁阀；当清水箱参数检测控制分机水温过高时，系统停机。

(4)当清水泵参数检测控制分机润滑油油位过低时，关闭相应泵，启动备用泵；当清水泵参数检测控制分机润滑油油温过高时，关闭相应泵，启动备用泵；当清水泵参数检测控制分机润滑油油压过高时，关闭相应泵，启动备用泵。

(5)与应急控制分机通讯时，将各电机的启停操作传输给应急控制分机。

故障查询是在系统工作过程中，按下故障查询按钮，进入故障查询界面。其中故障信息内容包括：故障发生时间、故障发生地点、故障发生原因。

参数设置模式设置系统报警以及故障参数，如图4所示为本发明控制主机中CPU模块的参数设置界面图。完成并退出参数设置后，控制主机会立即与总出液口压力控制分机通讯，将卸载阀各级动作参数传输到总出液口压力控制分机。

时间设置模式设置当前系统时间。

用户管理模式是指系统的密码系统。系统设置两级密码，进入参数设置、时间设置、参数屏蔽设置等模式都必须输入低级密码；进入用户管理模式后输入高级密码可以修改低级密码。

参数屏蔽设置模式根据用户需求对部分参数进行屏蔽处理，对该参数检测、显示但不控制。

看门狗模块通过“读允许”引脚喂狗，每当系统通过扩展I/O口读取外部数据时，“读允许”引脚同时喂狗。当系统死机后，外部没有喂狗信号的情况下，看门狗电路输入复位信号，重新启动CPU程序。

时钟模块选择的芯片为PCF8563，CPU模块通过I²C总线读取或者设置时钟模块，时钟模块一方面通过显示屏显示当前时间，另一方面为故障或报警提供记录时间，供系统后期查询时使用。

通讯状态显示模块显示当前CPU模块与显示屏之间的通讯状态、以及显示当前CPU模块与外部控制分机的通讯状态。通讯状态显示模块设置两个双色LED指示灯，分别为显示屏通讯状态指示灯和RS485通讯状态指示灯。当CPU模块接收数据时，指示灯为红色显示；当CPU模块发送数据时，指示灯为绿色显示。

串口扩展模块将CPU模块本身具有的一路串口转换为双路串口，根据需要选择其中一路传入CPU模块。

RS485转换模块将CPU模块输出的TTL电平信号转换为抗干扰能力强的RS485信号用于系统通讯。本发明采用24芯电缆将RS485通讯总线、控制线、电源线集成在一起，避免在系统中使用多种连线，并通过24芯电缆将各控制按钮传递到参数检测控制分机，实现就地对电机的启停，操作方便。

RS232转换模块将CPU模块输出的TTL电平信号转换为显示屏能够识别的RS232信号用于系统通讯。

显示屏为8寸显示屏，分辨率为800＊600。显示屏根据用户操作显示当前工作状态，提供良好的人机交互界面，具体是指在数据传输到CPU模块后，CPU模块通过RS232指令与显示屏通讯，将数据按照显示屏要求的指令格式发送到显示屏进行显示。

声光报警模块为用户提供报警提示，声音报警为电路板上设置蜂鸣器，当系统参数报警或出现故障时声音提示，光报警为操作面板上设置报警指示灯，当系统参数报警或出现故障时发光提示。

I/O扩展模块用于CPU模块扩展外部I/O接口，丰富系统资源，满足系统对I/O接口资源的需求。

外部开关控制模块是指主机控制面板上的操作按钮，主要包括：手/自动切换按钮、增压泵电机启停按钮、乳化液泵/清水泵操作旋钮、故障查询按钮、上翻按钮、下翻按钮以及停止按钮，其中乳化液泵/清水泵操作旋钮设置“预备”、“闭锁”、“开启”三种状态。

内部按键控制模块是指位于控制主机电路板上的上、下、左、右以及确定按钮，用于对系统数据操作。将内部按键设置在电路板上的目的一方面减少面板的复杂度，另一方面可以避免随意修改参数。

数据存取模块采用OKS1245数据存取芯片，存储空间分为上下两部分各64KB，程序中将其上半区用于存储系统数据，下半区用于存储历史故障数据。CPU模块工作时，当P1.0口输出高电平用于实现对存储器数据上半区的选择，输出低电平用于实现对存储器数据下半区的选择，P0口、P2口用于实现对外部数据地址的选择，P0口还实现对外部数据的读取。程序设计中选择低64KB字节存储系统变量，变量种类包括显示屏通讯命令字，显示屏显示参数坐标，以及其他程序运行时需要的变量。通过高64KB字节存储历史故障数据，历史故障数据的组成包括故障发生时间、故障发生原因以及故障发生的地方。

控制主机启动后，根据当前模式为手动模式或者自动模式设置相应的优先级，具体操作方法为：

手动模式下，乳化液泵的优先级确定按下列规则执行：

(1)开启时，第一台启动的乳化液泵为一号优先级泵，第二台启动的乳化液泵为二号优先级泵，第三台启动的乳化液泵为三号优先级泵，第四台启动的乳化液泵为四号优先级泵。

(2)运行过程中，若其中一台泵被人为关闭或因参数报警关闭，则该泵的优先级取消，将该优先级之后的开启泵的有优先级都升高一级。

自动模式下，乳化液泵的优先级确定按下列规则执行：

(1)开启时，第一台启动的乳化液泵为一号优先级泵，第二台启动的乳化液泵为二号优先级泵，第三台启动的乳化液泵为三号优先级泵，剩下的一台泵不启动，设为备用泵。

(2)运行过程中，若其中一台泵被人为关闭或因参数报警关闭，则该泵的优先级取消，将该优先级之后的开启泵的有优先级都升高一级。启动备用泵，并将其优先级设为当前开启乳化液泵中最低优先级泵，并将刚停止的泵设为备用泵。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种乳化液泵站控制主机，其特征在于包括CPU模块、看门狗模块、时钟模块、通讯状态显示模块、串口扩展模块、RS485转换模块、RS232转换模块、显示屏、声光报警模块、急停模块、I/O扩展模块、外部开关控制模块、内部按键控制模块和数据存取模块，其中：

CPU模块完成系统状态巡检、故障查询、参数设置、时间设置、用户管理设置和参数屏蔽设置；看门狗模块通过“读允许”引脚喂狗，当系统死机后，外部没有喂狗信号的情况下，看门狗电路输入复位信号，重新启动CPU程序；时钟模块通过I²C总线与CPU模块实现通信连接，为系统的各种动作提供时钟信号；通讯状态显示模块显示当前CPU模块与显示屏之间的通讯状态、以及显示当前CPU模块与外部控制分机的通讯状态；串口扩展模块将CPU模块具有的一路串口扩展为两路串口供系统使用；RS485转换模块将TTL电平信号转化为485信号用于CPU模块与系统各控制分机通讯；RS232转换模块将TTL电平信号转化为232信号用于CPU模块与显示屏通讯；显示屏提供人机交互界面，显示当前工作状态；声光报警模块在系统出现故障或者需要用户注意的事项发生时，CPU模块通过指示灯与声音报警提示用户注意；急停模块用于紧急情况下系统全部停机；I/O扩展模块扩展外部I/O接口，满足系统对于I/O资源的需求；外部开关控制模块包括按钮与旋钮两种，用于对系统的操作；内部按键控制模块用于对系统参数的设置，满足不同系统或者不同工况需求；数据存取模块将各种控制信号存储与读取，避免掉电丢失。

2.根据权利要求1所述的一种乳化液泵站控制主机，其特征在于：所述CPU模块的状态巡检为与外部乳化液泵站参数检测控制分机通讯，获取当前各参数检测控制分机的参数，根据所述获取到的各控制分机参数，对乳化液泵站完成相应的控制。

3.根据权利要求1所述的一种乳化液泵站控制主机，其特征在于：所述CPU模块的故障查询为获取故障发生时间、故障发生地点和故障发生原因信息。

4.根据权利要求1所述的一种乳化液泵站控制主机，其特征在于：所述CPU模块的参数设置为设置系统报警以及故障参数；所述CPU模块的时间设置为设置当前系统时间。

5.根据权利要求1所述的一种乳化液泵站控制主机，其特征在于：所述CPU模块的用户管理设置为设置密码系统。

6.根据权利要求1所述的一种乳化液泵站控制主机，其特征在于：所述CPU模块的参数屏蔽设置为根据用户需求对部分参数进行屏蔽处理，并对所述参数检测、显示但不控制。

7.根据权利要求1所述的一种乳化液泵站控制主机，其特征在于：所述内部按键控制模块设置的系统参数包括：乳化液箱液温、乳化液箱液位、乳化液箱油位、乳化液泵的油压、乳化液泵的油温、乳化液泵的油位、清水箱的水位、清水箱的水温、清水泵的油压、清水液泵的油温和清水泵的油位。

8.根据权利要求1所述的一种乳化液泵站控制主机，其特征在于：所述显示屏显示当前工作状态是指在数据传输到CPU模块后，CPU模块通过RS232指令与显示屏通讯，将数据按照显示屏要求的指令格式发送到显示屏进行显示。

9.根据权利要求1所述的一种乳化液泵站控制主机，其特征在于：所述外部开关控制模块包括的按钮与旋钮为：手/自动切换按钮、增压泵电机启停按钮、乳化液泵/清水泵操作旋钮、故障查询按钮、上翻按钮、下翻按钮和停止按钮。

10.根据权利要求1所述的一种乳化液泵站控制主机，其特征在于：所述CPU模块选择AT89C55WD芯片；所述数据存取模块选择OKS1245数据存储芯片。

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