專利名稱：程序控制組合式變量自動(dòng)調(diào)壓無塔供水設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于供水設(shè)備系統(tǒng)，特別是無水塔的供水設(shè)備系統(tǒng)。
目前的無塔供水設(shè)備，一種是一般的氣壓儲(chǔ)能方式供水，包括一般水泵、氣壓儲(chǔ)能罐、水壓傳感器和壓力控制開關(guān)組成。它利用水壓傳感器檢測(cè)出水總管壓力，當(dāng)壓力低于下限點(diǎn)時(shí)啟動(dòng)水泵運(yùn)行，當(dāng)壓力高于上限時(shí)停止水泵運(yùn)行，這種供水設(shè)備雖然配電簡單，但要保證設(shè)備正常運(yùn)行，必需配置與額定流量相適應(yīng)的大儲(chǔ)氣罐，既有安全性問題，而且價(jià)格較高。同時(shí)該供水設(shè)備還存在水泵穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)間窄，只占全流量范圍50％左右，以及供水壓力變化幅度大，供水質(zhì)量較差，耗能和無功損耗較大等缺點(diǎn)。
另一種無塔供水設(shè)備是變頻調(diào)速供水設(shè)備，該設(shè)備是采用變頻方式對(duì)水泵調(diào)速，控制水泵流量以對(duì)供水總管補(bǔ)壓，因而可實(shí)現(xiàn)變量調(diào)速恒壓，減小儲(chǔ)氣罐體積，提高供水質(zhì)量，但其采用的正弦脈寬調(diào)制技術(shù)復(fù)雜，控制系統(tǒng)設(shè)備昂貴，維修更換困難。
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種程序控制組合式變量自動(dòng)調(diào)壓無塔供水設(shè)備，通過一個(gè)程序控制器對(duì)N個(gè)并聯(lián)組合水泵組的程序控制以實(shí)現(xiàn)對(duì)供水系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)壓。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)發(fā)明的技術(shù)方案包括一個(gè)設(shè)于供水總管上的氣壓罐用于氣壓儲(chǔ)能，由N個(gè)并聯(lián)水泵構(gòu)成的組合水泵組對(duì)供水總管進(jìn)行補(bǔ)壓，由一個(gè)二進(jìn)制程序控制器對(duì)組合水泵組進(jìn)行程序控制以實(shí)現(xiàn)對(duì)供水總管的自動(dòng)調(diào)壓。該N位二進(jìn)制程序控制器由設(shè)于供水總管管路上的水壓傳感器控制，產(chǎn)生從 到 的2N個(gè)組合狀態(tài)輸出，通過N個(gè)控制輸出端控制N個(gè)水泵作組合運(yùn)行。
本發(fā)明的N位二進(jìn)制程序控制器的N個(gè)控制輸出端可分別控制N臺(tái)流量大小不同的水泵，這些水泵的額定流量和功率的大小比例基本可按BCD碼比例配置。N位二進(jìn)制程序控制器根據(jù)水壓傳感器所檢測(cè)的供水總管的壓力范圍，按二進(jìn)制程序遞增或遞減計(jì)數(shù)，產(chǎn)生與供水總管壓力相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)形式 到 的2N個(gè)組合狀態(tài)輸出，以N個(gè)輸出端(N位二進(jìn)制數(shù)的每一位作為一個(gè)輸出端)分別驅(qū)動(dòng)N臺(tái)水泵進(jìn)行組合運(yùn)行(每個(gè)輸出端驅(qū)動(dòng)一臺(tái)水泵)，以補(bǔ)充調(diào)節(jié)供水總管因用水量變化而產(chǎn)生的壓力變化。
上述所說的N位二進(jìn)制程序控制器可以主要由一個(gè)N位輸出二進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器及其附屬電路來構(gòu)成。
作為一種典型的技術(shù)方案，N位二進(jìn)制程序控制器包括水壓傳感器、比較器、時(shí)鐘發(fā)生器、分頻器、N位輸出二進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器、N位驅(qū)動(dòng)器等部件或電路。
時(shí)鐘發(fā)生器，它產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)；分頻器，它輸入由時(shí)鐘發(fā)生器輸出的時(shí)鐘脈沖信號(hào)，將其分頻以產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖；N位輸出二進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器，它輸入來自分頻器的計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)，對(duì)輸入的計(jì)數(shù)脈沖做加法或減法計(jì)數(shù)，產(chǎn)生從 到 的2N個(gè)組合開關(guān)狀態(tài)輸出信號(hào)，由N位輸出端輸出，還輸出運(yùn)算極限檢測(cè)信號(hào)(其計(jì)數(shù)器的運(yùn)算極限是N路為“0”和N路為“1”，即 和
N位驅(qū)動(dòng)器，它是功率輸出驅(qū)動(dòng)器，分別與N位輸出二進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器的N位輸出端相連接，每位驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)一個(gè)水泵；水壓傳感器，它是裝在供水總管管路上的分立部件，產(chǎn)生三種壓力感應(yīng)狀態(tài)的輸出信號(hào)；比較器，與時(shí)鐘發(fā)生器和N位輸出二進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器連接，它輸入來自水壓傳感器的壓力感應(yīng)狀態(tài)信號(hào)和來自N位輸出二進(jìn)制加/減計(jì)算器的運(yùn)算極限檢測(cè)信號(hào)，產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖輸出控制信號(hào)，使時(shí)鐘發(fā)生器的時(shí)鐘脈沖輸出開啟或關(guān)閉，同時(shí)輸出加/減運(yùn)算切換控制信號(hào)到N位輸出二進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器的加減控制端，以控制計(jì)數(shù)器作加法運(yùn)算或作減法運(yùn)算。
本程序控制器的工作過程如下在用水工作狀態(tài)的供水總管的水壓變化由三態(tài)電接點(diǎn)水壓傳感器感應(yīng)而產(chǎn)生三種輸出狀態(tài)。
(1)當(dāng)供水總管的水壓低于額定水壓范圍時(shí)，傳感器的動(dòng)接點(diǎn)與下限點(diǎn)接通；(2)當(dāng)供水總管的水壓超過額定水壓范圍時(shí)，傳感器的動(dòng)接點(diǎn)與上限點(diǎn)接通。
(3)當(dāng)供水總管的水壓在額定水壓范圍時(shí)，傳感器的動(dòng)接點(diǎn)與上、下限點(diǎn)都不接通。
當(dāng)傳感器輸出狀態(tài)為上述第一種狀態(tài)時(shí)，比較器令時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，經(jīng)分頻器分頻發(fā)出計(jì)數(shù)脈沖，送入計(jì)數(shù)器做加法；當(dāng)傳感器輸出狀態(tài)為第二種狀態(tài)時(shí)，比較器令時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，經(jīng)分頻器分頻發(fā)生計(jì)數(shù)脈沖，送入計(jì)數(shù)器做減法；當(dāng)傳感器輸出狀態(tài)為上述第三種狀態(tài)時(shí)，比較器閉鎖時(shí)鐘脈沖信號(hào)發(fā)出，計(jì)數(shù)器輸出隨機(jī)保持。
在計(jì)數(shù)器到達(dá)運(yùn)算極限時(shí)，比較器閉鎖時(shí)鐘脈沖信號(hào)發(fā)生，避免程序循環(huán)。
當(dāng)供水總管的水壓低于額定水壓時(shí)，計(jì)數(shù)器做加法運(yùn)算，其控制輸出端的組合開關(guān)狀態(tài)按二進(jìn)制計(jì)數(shù)程序逐步遞增變化，由此驅(qū)動(dòng)并改變組合水泵組的運(yùn)行狀態(tài)，使組合功率的流量逐步遞增，從而使供水總管的水壓增加并恢復(fù)到額定水壓，這時(shí)計(jì)算器輸出進(jìn)入隨機(jī)保持，水泵組在相對(duì)合理匹配的穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行。當(dāng)供水總管的水壓超過額定水壓時(shí)，計(jì)數(shù)器做減法運(yùn)算，其控制輸出端的組合開關(guān)狀態(tài)按二進(jìn)制計(jì)數(shù)程序逐步遞減變化，由此驅(qū)動(dòng)并改變組合水泵組的運(yùn)行狀態(tài)，使組合功率的流量逐步遞減，從而使供水總管的水壓降低并恢復(fù)到額定水壓，這時(shí)計(jì)算器輸出進(jìn)入隨機(jī)保持，水泵組在新的相對(duì)合理匹配的穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行。
本發(fā)明由于采用二進(jìn)制程序控制器對(duì)一組具有不同流量的水泵進(jìn)行組合程序控制，能根據(jù)供水總管的水壓情況形成2N個(gè)水泵功率及流量等級(jí)對(duì)用水量變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，因而使本供水設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)設(shè)備體積小，只需配置小型氣壓罐。
(2)水泵穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)寬，可占全流量范圍的60％-90％；(3)每臺(tái)水泵均能運(yùn)行于高效率區(qū)，其功率得到合理的匹配；(4)供水壓力變化幅度不大；(5)控制系統(tǒng)簡單、維護(hù)方便，成本低。
以下是本發(fā)明附圖的圖面說明


圖1為程序控制組合式變量自動(dòng)調(diào)壓無塔供水設(shè)備的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為上述供水設(shè)備的N位二進(jìn)制程序控制器的電路系統(tǒng)框圖；圖3為上述供水設(shè)備的N位二進(jìn)制程序控制器的具體電路圖；實(shí)施例本實(shí)施例系統(tǒng)包括設(shè)置于供水總管21上的小型氣壓罐22，供水總管管路上的水壓傳感器三態(tài)電接點(diǎn)壓力表23，由水壓傳感器23控制的二進(jìn)制程序控制器(本實(shí)施例采用四位二進(jìn)制輸出程序控制器)24輸出24＝16種(0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001、1000、1011、1100、1101、1110、1111)組合開關(guān)狀態(tài)輸出，通過4個(gè)輸出端控制由水泵25、26、27、28組成的組合水泵組，水泵25、26、27、28的額定流量和功率大小基本按BCD碼8、4、2、1的比例配置。水泵25、26、27、28分別經(jīng)過水閥29、30、31、32接入到供水總管21。
本實(shí)施例的控制系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)如圖3所示；1.由變壓器B、二極管D1、D2、D3、電容C1、C2、C3、C4、和三端穩(wěn)壓器IC1(7809)組成整流電源，提供12V和9V直流工作電壓。
2.D3的a點(diǎn)輸出的工頻正半波時(shí)基信號(hào)輸入到時(shí)鐘發(fā)生器，時(shí)鐘發(fā)生器包括由電阻R1、R2、R3、R4、電容C5和電壓比較器IC2(339)組成的脈沖整形放大器和由電阻R5、雙向模擬開關(guān)IC6.1(4016)組成的時(shí)鐘脈沖輸出控制開關(guān)以及由二極管D4、雙向模擬開關(guān)IC6.2(4016)和電阻R6組成的終極運(yùn)算檢測(cè)信號(hào)輸入控制開關(guān)。時(shí)鐘發(fā)生器輸入端為a、輸出端為b、控制端為c。
3.由電阻R7、雙十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器IC7(4518)、電阻R31、二極管D11、電容C8雙向模擬開關(guān)IC6.3(4016)控制開關(guān)組成脈沖分頻器，該分頻器的輸入端為d、輸出端為e，清0控制端為f。
4.由電接點(diǎn)壓力表23和電阻R14組成水壓傳感器，電接點(diǎn)壓力表的驅(qū)動(dòng)控制端為p1，上限點(diǎn)p3為程序遞減(作減法運(yùn)算)控制端，下限點(diǎn)p2為程序遞增(作加法運(yùn)算)控制端。
5.比較器包括由電阻R8、R9、R10、R11、R12、R13、電容C6、二極管D5、D7、D9、電壓比較器IC3(339)、和控制減法運(yùn)算信號(hào)輸出的模擬開關(guān)IC5.1(4016)組成的檢測(cè)減法運(yùn)算信號(hào)比較器(其輸出端為h、輸入端為g)和由電阻R15、R16、R17、R18、R19、R20、電容C7、二極管D6、D8、D10、電壓比較器IC4(339)、控制加法運(yùn)算信號(hào)輸出的模擬開關(guān)IC5.2(4016)和加減運(yùn)算切換控制信號(hào)輸出模擬開關(guān)IC5.3(4016)組成的檢測(cè)加法運(yùn)算信號(hào)比較器(其輸入端為i、輸出端為j)以及由或非門IC10(4002)、與門IC12.1(4081)組成的輸出全部為“0”時(shí)的檢測(cè)門電路(輸入端為m、n、o、p，輸出端為r)和由與門IC11(4082)、與門IC12.2(4081)組成的輸出全部為“1”時(shí)的檢測(cè)門電路(輸入端為m、n、o、p，輸出端為r)。
6.四位二進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器包括由IC9.5(4010)、電容C9、C10組成的輸入運(yùn)算信號(hào)緩沖電平變換器(輸入端為k、輸出端為l)和由IC8(4516)、電阻R21、R22、電容C11組成的四位二進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器(輸入端為l、輸出端為m、n、o、p、加或減控制端為q)組成。
7.由IC9.1(4010)、電阻R23、R24、達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)管B1、二極管D12、繼電器J1和IC9.2(4010)、電阻R25、R26、達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)管B2、二極管D13、繼電器J2和IC9.3(4010)、電阻R27、R28、達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)管B3、二極管D14、繼電器J3和IC9.4(4010)、電阻R29、R30、達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)管B4、二極管D15、繼電器J4組成4位驅(qū)動(dòng)器。
上述IC5.1、IC5.2、IC5.3由一塊四路雙向模擬開關(guān)4016的3/4擔(dān)任；IC6.1、IC6.2、IC6.3由另一塊四路雙向模擬開關(guān)4016的3/4擔(dān)任；IC9.1、IC9.2、IC9.3、IC9.4、IC9.5由一塊六同相緩沖電平變換器4010的5/6擔(dān)任，IC12.1、IC12.2由一塊四二輸入與門4081擔(dān)任。圖中IC2、IC3、IC4、IC5.1、IC5.2、IC5.3、IC6.1、IC6.2、IC6.3、IC7、IC8、IC9.1、IC9.2、IC9.3、IC9.4、IC9.5、IC10、IC11、IC12.1、IC12.2中的引線端所標(biāo)的數(shù)字為各集成塊元件的腳號(hào)。本控制電路的工作過程說明如下1.加法運(yùn)算當(dāng)電接點(diǎn)壓力表(水壓傳感器)的p1點(diǎn)和p2點(diǎn)接通時(shí)，IC4的i點(diǎn)和j點(diǎn)為高電平，則IC6.1的10腳與11腳導(dǎo)通，時(shí)鐘脈沖進(jìn)入IC7分頻，IC5.3的1腳與2腳導(dǎo)通，預(yù)置IC8做加法運(yùn)算。IC5.2的10腳與11腳導(dǎo)通，將IC7e點(diǎn)輸出的計(jì)數(shù)脈沖經(jīng)IC9.5輸入IC8做加法運(yùn)算。計(jì)數(shù)脈沖同時(shí)使IC6.3的9腳和8腳導(dǎo)通，f點(diǎn)為高電平，R31、C8使IC8計(jì)數(shù)后對(duì)IC7分頻器清零。
如電接點(diǎn)壓力表的p1點(diǎn)與p2點(diǎn)持續(xù)接通，則e點(diǎn)的計(jì)數(shù)脈沖以周期為1.3s逐個(gè)進(jìn)入IC8，令I(lǐng)C8的四個(gè)輸出端m、n、o、p、點(diǎn)全部由“0”加到全部為“1”時(shí)，門電路IC12.1的輸出端r為高電平，使IC6.2的1腳與2腳接通，c點(diǎn)電平升高，令I(lǐng)C2關(guān)閉脈沖輸入，禁止出現(xiàn)循環(huán)計(jì)數(shù)。
2.減法運(yùn)算當(dāng)電接點(diǎn)壓力表的p1點(diǎn)與p3點(diǎn)接通時(shí)，IC3的g點(diǎn)和h點(diǎn)為高電平，則IC6.1的10腳和11腳接通，時(shí)鐘脈沖進(jìn)入IC7分頻。IC5.1的9腳和8腳導(dǎo)通，將IC7e點(diǎn)輸出的計(jì)數(shù)脈沖經(jīng)IC9.5輸入IC8做減法運(yùn)算，(因?yàn)閴毫Ρ韕1點(diǎn)脫離p2點(diǎn)時(shí)，j點(diǎn)為低電平，IC5.3的1腳和2腳不導(dǎo)通，IC8的10腳為低電平，巳預(yù)置為減法運(yùn)算)。計(jì)數(shù)脈沖同時(shí)使IC6.3的9腳與8腳導(dǎo)通，f點(diǎn)為高電平，R31、C8使IC8計(jì)數(shù)后對(duì)IC7分頻器清零。
如電接點(diǎn)壓力表的p1點(diǎn)與p3點(diǎn)持續(xù)導(dǎo)通，則e點(diǎn)的計(jì)數(shù)脈沖以周期為1.3s逐個(gè)進(jìn)入IC8、令I(lǐng)C8的四個(gè)輸出端m、n、o、p、點(diǎn)從全部為“1”減到全部為“0”時(shí)，門電路IC12.2的輸出端r點(diǎn)為高電平，使IC6.2的1腳與2腳導(dǎo)通，c點(diǎn)電平升高，令I(lǐng)C2關(guān)閉脈沖輸入，禁止出現(xiàn)循環(huán)計(jì)數(shù)。
3.不計(jì)數(shù)當(dāng)電接點(diǎn)壓力表的p1點(diǎn)在p2點(diǎn)和p3點(diǎn)之間懸空時(shí)，g、h、i、j、點(diǎn)均為低電平，沒有計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)入IC8，IC8的四個(gè)輸出端m、n、o、p點(diǎn)均保持原來的隨機(jī)狀態(tài)。
4.驅(qū)動(dòng)器控制水泵運(yùn)行IC8的四個(gè)輸出端m、n、o、p的信號(hào)經(jīng)IC9.1、B1；IC9.2、B2；IC9.3、B3；IC9.4、B4分別緩沖放大后，分別控制J1、J2、J3、J4的吸合或斷開，再經(jīng)中間繼電器控制水泵25、26、27、28作組合運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種程序控制組合式變量自動(dòng)調(diào)壓無塔供水設(shè)備，包括一個(gè)設(shè)于供水總管上的氣壓罐用于氣壓儲(chǔ)能，由N個(gè)并聯(lián)的水泵構(gòu)成的組合水泵組對(duì)供水總管進(jìn)行補(bǔ)壓，其特征在于具有一個(gè)N位二進(jìn)制程序控制器，該程序控制器由設(shè)于供水總管路上的水壓傳感器控制，產(chǎn)生從 到 的2N種組合開關(guān)狀態(tài)輸出，通過N個(gè)控制輸出端控制N個(gè)水泵作組合運(yùn)行。
2.按權(quán)利要求1所述的程序控制組合式變量自動(dòng)調(diào)壓無塔供水設(shè)備，其特征在于所說的N位二進(jìn)制程序控制器，其主要部件是一個(gè)N位輸出二進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器。
3.按權(quán)利要求1所述的程序控制組合式變量自動(dòng)調(diào)壓無塔供水設(shè)備，其特征在于所說的N位二進(jìn)制程序控制器包括時(shí)鐘發(fā)生器，它產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)；分頻器，它輸入由時(shí)鐘發(fā)生器輸出的時(shí)鐘脈沖信號(hào)，分頻產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖；N位輸出二進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器，它對(duì)輸入的計(jì)數(shù)脈沖做加法或減法計(jì)數(shù)，產(chǎn)生從 到 的2N個(gè)組合開關(guān)狀態(tài)輸出，其N位輸出端分別控制N個(gè)驅(qū)動(dòng)器動(dòng)作，該計(jì)數(shù)器還輸出運(yùn)算極限的檢測(cè)信號(hào)；水壓傳感器，它是裝于供水總管上的分立部件，產(chǎn)生三種壓力感應(yīng)狀態(tài)的輸出信號(hào)；比較器，與時(shí)鐘發(fā)生器和N位輸出二進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器連接，它輸入來自水壓傳感器的壓力感應(yīng)狀態(tài)信號(hào)和來自N位輸出二進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器的運(yùn)算極限檢測(cè)信號(hào)，產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖輸出控制信號(hào)，使時(shí)鐘脈沖輸出開啟或關(guān)閉，還輸出加減運(yùn)算切換控制信號(hào)到N位輸出二進(jìn)制加/減計(jì)算器的加/減控制端。
4.按權(quán)利要求1所述的程序控制組合式變量自動(dòng)調(diào)壓無塔供水設(shè)備，其特征在于所說的水壓傳感器為三態(tài)輸出電接點(diǎn)壓力表。
5.按權(quán)利要求1所述的程序控制組合式變量自動(dòng)調(diào)壓無塔供水設(shè)備，其特征在于所說的增壓水泵組由N臺(tái)流量不同的水泵并聯(lián)組合而成，各水泵的額定流量和功率的大小比例基本按BCD碼比例配置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種程序控制組合式變量自動(dòng)調(diào)壓無塔供水設(shè)備，由一個(gè)水壓傳感器控制的N位二進(jìn)制程序控制器，產(chǎn)生從000…000到111…111的文檔編號(hào)E03B11/16GK1120622SQ9510903
公開日1996年4月17日 申請(qǐng)日期1995年8月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月8日
發(fā)明者陳自強(qiáng), 吳興華 申請(qǐng)人:廣州水泵廠, 廣州市荔灣區(qū)南洋機(jī)電公司