專利名稱：恒壓節(jié)能單片機控制供水裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于供水系統(tǒng)中的自動控制儀器，尤其涉及一種對供水壓力進行在線監(jiān)測和反饋控制的恒壓節(jié)能單片機控制供水裝置。
背景技術(shù)：
目前有大多數(shù)自來水廠還是應(yīng)用老式節(jié)流閥式供水裝置，這是一種能耗極高的方式。無論用水量多少、管道中水壓高低，只要泵啟動，就是工頻運行，而當用水量大時，管道中水壓下降，遠端或高層用戶就沒水可用，造成不必要的麻煩?，F(xiàn)有的供水系統(tǒng)已不能滿足實際需要。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種恒壓節(jié)能單片機控制供水裝置，它能適時根據(jù)管道中的供水壓力調(diào)節(jié)供水電機的工作，使供水壓力始終保持穩(wěn)定。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的本實用新型中的供水電機以變頻電機取代，同時增加一管道水壓檢測裝置、一主要由電源電路、單片機、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器等組成的供水電機信號給定裝置，所述管道水壓檢測裝置所檢測到的管道水壓信號、及控制信號均以電流或電壓信號的形式一并輸入到管道水壓信號處理給定裝置中，由其對上述信號進行處理，并輸出控制供水電機轉(zhuǎn)速的信號到供水電機變頻器對供水電機進行控制進而調(diào)節(jié)供水管道中的壓力。從而根據(jù)實時管道水壓動態(tài)調(diào)節(jié)供水電機轉(zhuǎn)速，使供水電機始終工作在管道水壓較為穩(wěn)定的狀態(tài)。當變頻器輸出為滿負荷而供水壓力沒有到達預(yù)設(shè)壓力時，則自動開啟備用水泵，滿足供水壓力要求。從而實現(xiàn)供水系統(tǒng)的壓力恒定。
具體地說，一種恒壓節(jié)能單片機控制供水裝置，包括供水電機，其特征在于所述供水電機為變頻電機，它還包括，一管道水壓檢測裝置，它包含一用于檢測管道水壓的壓力傳感器，它將所檢測到的管道壓力信號以電流或電壓信號的形式輸出；一管道水壓信號給定處理裝置，主要由電源、單片機、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、光電隔離電路、可編程序控制器PLC、通訊接口、控制按鈕、顯示器、鍵盤等組成，所述A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入端與管道水壓檢測裝置中用于檢測管道水壓的壓力傳感器的模擬量輸出端相連接，其輸出端經(jīng)光電隔離電路輸入到單片機中，該A/D轉(zhuǎn)換器還與一電源相連接，以將反映管道水壓大小的模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸入到單片機中；所述控制按鈕通過光電隔離電路輸入到單片機中，以將控制信號輸入到單片機中；所述顯示器、鍵盤均通過I/O接口與通訊接口相連接，繼而與單片機相連接，以將鍵盤發(fā)出的信號輸入到單片機中，將單片機輸出的信號輸出到顯示器；所述單片機還與一電源相連接，并由該電源提供電源，該單片機的輸出端分別經(jīng)光電隔離電路、D/A轉(zhuǎn)換器與供水電機變頻器的輸入端相連接，以將單片機輸出的用于控制供水電機工作的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬量信號提供給供水電機變頻器。從而根據(jù)實時管道水壓動態(tài)調(diào)節(jié)供水電機轉(zhuǎn)速，使供水電機始終工作在管道水壓較為穩(wěn)定的狀態(tài)。
上述的恒壓節(jié)能單片機控制供水裝置，它還包括一備用供水電機，所述備用供水電機為變頻電機，所述單片機的輸出端經(jīng)光電隔離電路、D/A轉(zhuǎn)換器還與該備用供水電機變頻器的輸入端相連接，以當供水電機變頻器輸出為滿負荷而供水壓力沒有到達預(yù)設(shè)壓力時，單片機輸出備用供水電機開啟信號，啟用供水水泵，滿足供水壓力要求。
下面結(jié)合原理框圖詳細分析本實用新型的工作過程A/D轉(zhuǎn)換器12的模擬量輸入端與壓力傳感器13的輸出端相連接，以獲得反映管道水壓的模擬量信號，A/D轉(zhuǎn)換器12的輸出端經(jīng)光電隔離電路7輸入到單片機中，以將反映管道水壓大小的模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸入到單片機中，該A/D轉(zhuǎn)換器12還與電源2相連接，由該電源提供電源。
控制按鈕8通過光電隔離電路5輸入到單片機中，以將由控制信號發(fā)出的指令輸入到單片機中；顯示器18、鍵盤14均通過I/O接口與通訊接口RS232轉(zhuǎn)換4相連接，繼而與單片機相連接，以將鍵盤14發(fā)出的信號輸入到單片機3中，將單片機輸出的水壓等信號輸出到顯示器18；所述單片機3還與電源1相連接，并由該電源電路提供電源，該單片機3的一路輸出端經(jīng)光電隔離電路6、繼電器輸出9與供水電機變頻器15的輸入端相連接，以決定供水電機16是否工作；繼電器輸出9還與信號燈10相連接，以指示供水電機16是否處于工作狀態(tài)。單片機3的另一路輸出端經(jīng)光電隔離電路7、D/A轉(zhuǎn)換器11與供水電機變頻器15輸入端相連接，以將單片機輸出的用于控制供水電機工作的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬量信號提供給供水電機變頻器；D/A轉(zhuǎn)換器11還與備用供水電機變頻器17的輸入端相連接，當供水電機16輸出為滿負荷而供水壓力沒有到達預(yù)設(shè)壓力時，開啟備用供水電機19，啟用供水水泵，滿足供水壓力要求。D/A轉(zhuǎn)換器11還與電源2相連接并由其提供電源。
上述壓力傳感器13可以為壓敏電阻式傳感器，當管道水壓經(jīng)過緩沖裝置進入傳感器后，壓敏電阻受水壓引起阻值變化，表現(xiàn)為電壓的變化。壓力0-10Kg轉(zhuǎn)換成電壓為0-10V，與實際壓力值對應(yīng)的電壓信號輸出到恒壓節(jié)能單片機控制供水裝置的信號接受模塊，接受模塊根據(jù)接受的信號與預(yù)設(shè)壓力值進行比較計算，PI調(diào)節(jié)模塊進行調(diào)節(jié)計算，給出實際給定信號，通過信號輸出模塊輸出給變頻器，控制水泵電機轉(zhuǎn)速，從而控制供水壓力。
當夜間用水量不大時，在恒壓節(jié)能單片機控制供水裝置內(nèi)設(shè)置時間段。如在此時間段內(nèi)的反饋值與預(yù)設(shè)值的比較值僅僅處于維持壓力時，恒壓節(jié)能單片機控制供水裝置發(fā)出信號，要求變頻器休眠，從而節(jié)約大量電能。當用水量較小時，通過信號比較，PI調(diào)節(jié)，讓水泵電機處于低速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，維持管道壓力。
由于泵類負載的輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，當轉(zhuǎn)速較低時，輸出轉(zhuǎn)矩是以平方級下降的，所以消耗的能量會大大減少。在我們實際使用中，維持壓力時的輸出轉(zhuǎn)速為750r/min左右，工作電壓在200v左右。夜間運行時電機會自動休眠?？梢詫崿F(xiàn)無人值班，減少人力成本，不會因為人為原因而導致事故。
本實用新型通過利用恒壓節(jié)能單片機控制供水裝置，配合當今通用的變頻器技術(shù)，實現(xiàn)供水系統(tǒng)的壓力恒定。根據(jù)供水壓力值實現(xiàn)水泵電機的加、減速，夜間休眠等功能。能耗低，供水壓力恒定，性能可靠。本裝置應(yīng)用于現(xiàn)有水廠的改造，前景可觀。


附圖1為本實用新型的工作原理示意圖；附圖2為本實用新型實施例的電路圖；圖中C-電容 D-二極管 L-電感 LED-發(fā)光二極管P-光耦 R-電阻 RW-可調(diào)電阻 TR-三極管 U-集成電路 X-晶振電源1為CPU供電；電源2為模擬量供電；控制按鈕8中IN1~IN12為12路輸入經(jīng)光電隔離5輸入到單片機3；繼電器輸出9中OUT1~OUT12為12路輸出，是單片機3經(jīng)光電隔離6控制繼電器9輸出；信號燈10為繼電器輸出指示燈；DA轉(zhuǎn)換11為2路模擬量輸出；AD轉(zhuǎn)換12為1路模擬量輸入經(jīng)過光電隔離7與單片機3進行數(shù)據(jù)傳送；RS232轉(zhuǎn)換4是單片機3與鍵盤14、顯示器18的通訊接口。
具體實施方式
參見附圖2，本實用新型實施例包括用于檢測管道水壓的壓力傳感器、電源、單片機、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、光電隔離電路、可編程序控制器PLC、通訊接口、控制按鈕、顯示器、鍵盤等，A/D轉(zhuǎn)換器12的模擬量輸入端與壓力傳感器13的輸出端相連接，以獲得反映管道水壓的模擬量信號，A/D轉(zhuǎn)換器12的輸出端經(jīng)光電隔離電路7輸入到單片機3中，以將水壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸入到單片機中，該A/D轉(zhuǎn)換器12還與電源2相連接，由該電源提供電源。
控制按鈕8通過光電隔離電路5輸入到單片機中，以將由控制信號發(fā)出的指令輸入到單片機中；顯示器18、鍵盤14均通過I/O接口與通訊接口RS232轉(zhuǎn)換4相連接，繼而與單片機3相連接，以將鍵盤14發(fā)出的信號輸入到單片機3中，將單片機輸出的水壓等信號輸出到顯示器18；所述單片機3還與電源1相連接，并由該電源電路提供電源，該單片機3的一路輸出端經(jīng)光電隔離電路6、繼電器輸出9與供水電機變頻器15的輸入端相連接，以決定供水電機16是否工作；繼電器輸出9還與信號燈10相連接，以指示供水電機16是否處于工作狀態(tài)。單片機3的另一路輸出端經(jīng)光電隔離電路7、D/A轉(zhuǎn)換器11與供水電機變頻器15輸入端相連接，以將單片機輸出的用于控制供水電機工作的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬量信號提供給供水電機變頻器；D/A轉(zhuǎn)換器11還與備用供水電機變頻器17的輸入端相連接，當供水電機16輸出為滿負荷而供水壓力沒有到達預(yù)設(shè)壓力時，開啟備用供水電機19，啟用供水水泵，滿足供水壓力要求。D/A轉(zhuǎn)換器11還與電源2相連接并由其提供電源。
上述結(jié)構(gòu)中，壓力傳感器3采用圖爾克壓力傳感器CE-9828檢測管道壓力，當管道水壓經(jīng)過緩沖裝置進入傳感器后，壓敏電阻受水壓引起阻值變化，表現(xiàn)為電壓的變化。壓力0-10Kg轉(zhuǎn)換成電壓為0-10V，與實際壓力值對應(yīng)的電壓信號輸出經(jīng)AD轉(zhuǎn)換12模數(shù)變換后經(jīng)光電隔離7送到CPU，其他輸入信號(如啟動、停止按鈕、變頻器的故障報警等信號)經(jīng)光電隔離后，送到CPU，由CPU處理完成相應(yīng)的動作過程，并利用數(shù)字PID完成對壓力的調(diào)節(jié)，設(shè)定壓力由設(shè)定顯示單元以通訊方式送到CPU，變頻器的運行頻率值由485口送到變頻器，并輸出其他控制信號，該信號為觸點輸出。
單片機3采用DS80C320，它是美國DALLAS公司最新生產(chǎn)的與MCS-51系列完全兼容的單片機微處理器產(chǎn)品，由于采用了重新設(shè)計的微處理器內(nèi)核，去除了多余的時鐘和存儲周期，因此每一條指令的執(zhí)行時間都比原8051CPU快1.5至3倍，在相同晶振和代碼條件下，其運行速度平均提高2.5倍。
DS80C320具有與8051完全相同的封裝，同時提供的8051具有的所有的功能，如I/O口、定時/計數(shù)器、串行口等。除運行速度加快，它還另外提供1個全雙工串行接口，7個新的中斷，可編程看門狗定時器、掉電中斷和復(fù)位等；在此基礎(chǔ)上，DS80C320還增加了2個用于改善RAM數(shù)據(jù)存取的功能，即雙數(shù)據(jù)指針和可編程片外RAM存取周期擴展功能。
單片機3采用1片靜態(tài)U9(RAM 62256)和一片U10(EPROM 27512)口，P2口輸出高8位地址A8～A15，P0口輸出低8位地址A0～A7和傳送數(shù)據(jù)D0～D7，地址總線A0～A7的低8位由P0口送入地址鎖存器U8(74HC373)，利用DS80C320的地址鎖存信號ALE的下降沿將P0口輸出的地址鎖存。控制總線有外部程序存儲器的讀選信號PSEN，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀寫信號RD(P3.7)和WR(P3.6)。
U11(X25045)作為看門狗定時器對微控制器提供獨立的保護系統(tǒng)。它提供了三種定時時間，可用編程選擇200ms，600ms和1.2s，在設(shè)定的時間內(nèi)如果沒有對X25045進行訪問，則看門狗以RESET信號做輸出響應(yīng)，即變?yōu)楦唠娖剑訒r200ms以后RESET由高電平變?yōu)榈碗娖?。X25045還可以作為電壓監(jiān)控，上電時，電源電壓超過4.5V后，經(jīng)過200ms的穩(wěn)定時間后RESET信號由高電平變?yōu)榈碗娖?。掉電時，電源電壓低于4.5V時，RESET信號立刻變?yōu)楦唠娖讲⒁恢北３值诫娫椿謴?fù)到穩(wěn)定為止。
權(quán)利要求1.一種恒壓節(jié)能單片機控制供水裝置，包括供水電機，其特征在于所述供水電機為變頻電機，它還包括，一管道水壓檢測裝置，它包含一用于檢測管道水壓的壓力傳感器，它將所檢測到的管道壓力信號以電流或電壓信號的形式輸出；.一管道水壓信號給定處理裝置，主要由電源、單片機、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、光電隔離電路、可編程序控制器PLC、通訊接口、控制按鈕、顯示器、鍵盤組成，所述A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入端與管道水壓檢測裝置中用于檢測管道水壓的壓力傳感器的模擬量輸出端相連接，其輸出端經(jīng)光電隔離電路輸入到單片機中，以將反映管道水壓大小的模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸入到單片機中，該A/D轉(zhuǎn)換器還與一電源相連接，并由該電源提供電源；所述控制按鈕經(jīng)光電隔離電路輸入到單片機中，以將控制信號輸入到單片機中；所述顯示器、鍵盤均通過I/O接口與通訊接口相連接，繼而與單片機相連接，以將鍵盤發(fā)出的信號輸入到單片機中，將單片機輸出的信號輸出到顯示器；所述單片機還與一電源相連接，并由該電源提供電源，該單片機的輸出端分別經(jīng)光電隔離電路、D/A轉(zhuǎn)換器與供水電機變頻器的輸入端相連接，以將單片機輸出的用于控制供水電機工作的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬量信號提供給供水電機變頻器；經(jīng)光電隔離電路、D/A轉(zhuǎn)換器與備用供水電機變頻器的輸入端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒壓節(jié)能單片機控制供水裝置，其特征在于它還包括一備用供水電機，所述備用供水電機為變頻電機，所述單片機的輸出端經(jīng)光電隔離電路、D/A轉(zhuǎn)換器與該備用供水電機變頻器的輸入端相連接，當供水電機變頻器輸出為滿負荷而供水壓力沒有到達預(yù)設(shè)壓力時，單片機輸出備用供水電機開啟信號，啟用供水水泵。
專利摘要本實用新型涉及一種恒壓節(jié)能單片機控制供水裝置，屬于供水系統(tǒng)中的自動控制儀器。它針對現(xiàn)有應(yīng)用老式節(jié)流閥式的供水系統(tǒng)不能根據(jù)管道中的供水壓力高低適時調(diào)節(jié)供水電機的工作，從而不能很好供水的缺點，將現(xiàn)有技術(shù)中的供水電機以變頻電機取代，同時增加一管道水壓檢測裝置、一供水電機信號給定裝置，供水電機信號給定裝置對管道水壓檢測裝置中壓力傳感器檢測到的管道內(nèi)水壓的壓力信號做適時處理，輸出一個頻率信號給控制供水電機變頻器，控制供水電機的轉(zhuǎn)速，繼而調(diào)節(jié)供水管道中的壓力，從而實現(xiàn)供水系統(tǒng)的壓力恒定。同時實現(xiàn)水泵電機的加、減速，夜間休眠等功能。本實用新型能耗低，供水壓力恒定，性能可靠。
文檔編號G05D16/20GK2731509SQ20042002578
公開日2005年10月5日 申請日期2004年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月26日
發(fā)明者李江 申請人:江蘇興達鋼簾線股份有限公司