專利名稱：智能型恒壓供水設備控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型提供了一種恒壓供水設備的電氣控制裝置。
在需要恒壓供水的場合，要有對多臺水泵組成的泵組電機進行控制的控制裝置。目前的控制裝置在工作過程中，是把運行的變頻器直接從一臺水泵切換到另一臺泵，不能保證各臺泵啟動頻率為零。切換時啟動頻率較高，啟動電流和啟動水錘較大。每臺泵地位不平等，磨損程度差別明顯，不宜集中維護。水泵因故(如停電時間較長、池干等)進入空氣失去作用后不能自動恢復正常使用，需人工灌泵。如有關交流接觸器、中間繼電器損壞，可以造成水泵電機不經(jīng)變頻而直接啟動，使啟動沖擊電流和水錘大幅度增大，電機功率較大時，還可能進一步擴大故障范圍。提供壓力信號用的直流電源損壞后，系統(tǒng)會因沒有信號而認為水壓太低，以至使所有的水泵全速投入運行，導致系統(tǒng)管道超高壓，有可能擴大故障范圍。電機工頻運行時無缺相保護，有時會因電源缺相燒毀電機。
本實用新型的目的是提供一種智能型恒壓供水設備控制裝置，以提高其控制及保護性能。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的，智能型恒壓供水設備控制裝置，它有微積分調節(jié)器PID與遠傳壓力表相連，微積分調節(jié)器PID產(chǎn)生的調頻信號送到變頻器BP上，微積分調節(jié)器PID產(chǎn)生的壓力上、下限信號接在可編程序控制器PLC上，可編程序控制器PLC產(chǎn)生的開關信號接到接觸器組上，接觸器組產(chǎn)生的反饋信號接在可編程序控制器PLC上，電接點壓力表P產(chǎn)生的壓力上上限和下下限信號、水位開關SK產(chǎn)生的水位信號、中間繼電器Zbp檢測信號及直流電源檢測信號接在可編程序控制器上，可編程序控制器產(chǎn)生的報警信號接在報警器上，接觸器組還接在變頻器BP和水泵電機組之間。
這種智能型恒壓供水設備控制裝置具有如下優(yōu)點1、通過程序控制，在變頻器啟動下一臺需要啟動的水泵電機之前停止運行一段時間(3秒鐘)，使其在啟動下一臺電機時的輸出頻率保證從0HZ開始上升，使電機平穩(wěn)加速，避免了啟動電流沖擊和啟動水錘沖擊。
2、每臺水泵地位平等，磨損程度無明顯差別，宜集中維護，節(jié)約人力和資源。
3、水泵因故(如停電時間較長、池干等)進入空氣失去作用后可自動恢復正常使用，不需人工干預。
4、如有關交流接觸器、中間繼電器損壞，該裝置可以測知，不會造成電機不經(jīng)變頻而直接啟動，避免了啟動沖擊電流和水錘大幅度增大。
5、提供壓力信號用的直流電源損壞后，程序會立即執(zhí)行逐臺停機操作，不會導致系統(tǒng)管道超高壓。
6、電機長期有缺相保護，不會因電源缺相燒毀電機。
以下結合附圖進一步說明本實用新型。


圖1是本實用新型的電路原理方框圖。圖2是其主電路的電原理圖。圖3、圖4、圖5是其控制電路的電原理圖。
如附圖所示，本實用新型之智能型恒壓供水設備控制裝置，它有微積分調節(jié)器PID(2)與遠傳壓力表(1)相連，微積分調節(jié)器產(chǎn)生的調頻信號送到變頻器BP(3)上，微積分調節(jié)器PID產(chǎn)生的壓力上、下限信號接在可編程序控制器PLC(4)上，可編程序控制器PLC產(chǎn)生的開關信號接到接觸器組(5)上，接觸器組產(chǎn)生的反饋信號接在可編程序控制器PLC上，電接點壓力表P(11)產(chǎn)生的壓力上上限和下下限信號、水位開關SK(10)產(chǎn)生的水位信號、中間繼電器Zbp(10)檢測信號及直流電源DY(8)檢測信號接在可編程序控制器PLC上，可編程序控制器PLC產(chǎn)生的報警信號接在報警器(7)上，接觸器組還接在變頻器BP和水泵電機組(6)之間。
如附圖所示，所述的變頻器BP(3)的1、2、3端接在空氣開關4ZD上，4、5、6端接在交流接觸器主觸點1C′、2C′、3C′的一端上，7、8端接在微積分調節(jié)器PID的7、6端，1C′、2C′、3C′的另一端接在交流接觸器主觸點1C、2C、3C的輸出端和熱繼電器主接點1R、2R、3R的輸入端之間，水泵電機組(6)上的電機1M、2M、3M分別接在熱繼電器主接點1R、2R、3R的輸出端上，交流接觸器主觸點1C、2C、3C的輸入端接在空氣開關1DZ、2DZ、3DZ上，空氣開關1DZ、2DZ、3DZ、4DZ、5DZ接在交流電源上，自吸泵電機Mz經(jīng)交流接觸器主觸點Cg接在3DZ和交流接觸器主觸點3C的輸入端之間。
如附圖所示，所述的微積分調節(jié)器PID(2)上，其1、2腳分別與電源零線N、電源b相相連，其3、5腳分別與可編程序控制器PLC的L+腳、I12腳相連，其4腳經(jīng)中間繼電器常閉觸點Z2與可編程序控制器PLC的I11腳相連，其6、7腳分別與變頻器BP的8、7端相連，其9、8腳與遠傳壓力表Y(1)的2、3端相連，遠傳壓力表的1、3端分別接在直流電源DY(8)的+5V輸出端和G端上。
如附圖所示，在所述的可編程序控制器PLC(4)上，其I10腳與手動軟停開關2NK和水位開關SK的一端相連，2NK和SK的另一端接在PID的3腳和PLC的L+腳之間，PLC的2M腳、M腳連在一起，PLC的I00、I02、I04、I01、I03、I05腳分別與交流接觸器常開輔點1C′1、2C′1、3C′1、1C1、2C1、3C1的一端相連，1C′1、2C′1、3C′1、1C1、2C1、3C1的另一端接在直流電源DY的+24V輸出端上，PLC的I06腳經(jīng)開關1NK接在電接點壓力表P的2腳上，I07腳接在P的3腳上，I13腳經(jīng)中間繼電器常閉觸點Zbp3接在直流電源DY的+24V輸出端上，I14端接在直流電源DY的+24V輸出端上，1M腳接直流電源DY的G端，PLC的1L、2L、3L腳連在一起并接在PLC的N腳上，其Q05、Q03、Q01腳分別接在中間繼電器常閉觸點3Z′2、2Z′2、1Z′2上，其Q04、Q02、Q00腳分別接在中間繼電器常閉觸點3Z2、22、1Z2一端上，3Z2、2Z2、1Z2另一端分別經(jīng)交流接觸器線圈3Z′、2Z′、1Z′接在電源b相上，其Q06腳接在交流接觸器線圈Cg一端上，其Q10腳接在中間繼電器線圈Zbp一端上，Cg、Zbp另一端接在電源的b相上，Q11腳接在指示燈YD和熱繼電器常閉觸點1R1之間。
如圖4所示，熱繼電器常開觸點1R1、2R1、3R1、中間繼電器常開觸點Z1并聯(lián)后與指示燈YD串聯(lián)，接在電源b相和零線N之間，電鈴DL、消音開關3NK串聯(lián)后一端接電源b相，另一端接在YD、1R1之間，PLC的Q11接在YD、1R1之間。這構成了本實用新型的報警器(7)。
中間繼電器常開觸點1Z′3、指示燈1GD串聯(lián)后、2Z′3、2GD串聯(lián)后、3Z′3、3GD串聯(lián)后接在電源b相和電源零線N之間，構成了電機變頻指示電路。中間繼電器常開觸點1Z1、指示燈1RD串聯(lián)后、2Z1、2RD串聯(lián)后、3Z1、3RD串聯(lián)后接在電源b相和電源零線N之間，構成了電機工頻指示電路。指示燈RD接在電源b相和電源零線N之間，進行電源指示。
如圖3所示，接在PLC的Q01腳上的中間繼電器常閉觸點1Z′2與中間繼電器線圈1Z、熱繼電器常閉觸點1R2串聯(lián)后、接在PLCQ03腳上的2Z′2與2Z、2R2串聯(lián)后、接在PLCQ05腳上的3Z′2與3Z、3R2串聯(lián)后接在電源b相上。
如圖5所示，中間繼電器常開觸點1Z3、熱繼電器常閉輔點1C′2、交流接觸器線圈1C串聯(lián)在一起后接在電源a相、c相上。2Z3、2C′2、2C串聯(lián)在一起后接在電源a相、c相上。3Z3、3C′2、3C串聯(lián)在一起后接在電源a相、c相上。中間繼電器常開觸點1Z′1、熱繼電器常閉輔點1C2、交流接觸器線圈1C′串聯(lián)在一起后接在電源a相、c相上。2Z′1、2C2、2C′串聯(lián)在一起后接在電源a相、c相上。3Z′1、3C2、3C′串聯(lián)在一起后接在電源a相、c相上。
如圖3所示，停止按鈕1TA、啟動按鈕1QA串聯(lián)后一端接轉換開關KK的④腳、另一端接在中間繼電器常閉觸點1Z′2、中間繼電器線圈1Z之間，中間繼電器常開觸點1Z1跨接在1QA兩端；停止按鈕GTA、啟動按鈕GQA串聯(lián)后一端接轉換開關KK的④腳、另一端接在PLCQ06腳、交流接觸器線圈1Z之間，交流接觸器常開輔點Cg1跨接在1QA兩端；停止按鈕2TA、啟動按鈕2QA串聯(lián)后一端接轉換開關KK的④腳、另一端接在中間繼電器常閉觸點2Z′2、中間繼電器線圈2Z之間，中間繼電器常開觸點2Z1跨接在2QA兩端；停止按鈕3TA、啟動按鈕3QA串聯(lián)后一端接轉換開關KK的④腳、另一端接在中間繼電器常閉觸點3Z′2、中間繼電器線圈3Z之間，中間繼電器常開觸點3Z1跨接在3QA兩端。這構成了手動控制和手動灌泵電路。
水泵電機組(6)由1號泵電機1M、2號泵電機2M、3號泵電機3M組成。
在電機1M、2M、3M與熱繼電器主接點1R、2R、3R之間的連線上分別有感應線圈1LH、2LH、3LH與電流表相連，用于各電機的電流顯示。
微積分調節(jié)器PID采用FUJI牌，型號為PXW-900。當然也可以采用其他品牌、型號的符合使用要求的微積分調節(jié)器。可編程序控制器由西門子公司生產(chǎn)，型號為simatic ST-200系列6ES7212(214)-1BA01-0XB0。當然也可以采用其他品牌、型號的輸出輸入接口足夠的可編程序控制器。
以下說明本實用新型的工作原理。
水位開關SK(10)在水池缺水時自動接通，水池水位正常時斷開。
遠傳壓力表Y(1)把壓力信號轉換成1～5V電信號輸入到微積分調節(jié)器PID的9、8腳。
PID可以同時顯示實際壓力和設定壓力，并把實際壓力和設定壓力比較后輸出一個4～20mA的信號，此信號輸入到變頻器BP的7、8端子，來控制變頻器BP的輸出頻率，當實際壓力低于設定壓力時，使變頻器的輸出頻率提升，反之下降；同時，PID還可以設定壓力上/下限數(shù)值，進行壓力上/下限的信號輸出。當壓力高于上限時端子3、5接通；當壓力低于下限時，端子3、4接通。壓力上/下限信號傳遞給PLC的輸入端子I11和I12。
變頻器BP7、8端為頻率控制信號的輸入，9、10端為變頻器的啟/信?？刂贫俗?，即當9、10接通時變頻器開機，當9、10斷開時變頻器停機；11、12端為變頻器的報警繼電器，當變頻器報警時11、12接通。端子1、2、3為主電源輸入，端子4、5、6為主電源輸出。
在電接點壓力表P上，當水壓壓力低于所設定的下限時，1、2端接通；當水壓壓力高于所設定的上限時1、3端接通。該表下限值的設定遠遠低于PID的下限設定，只要略高于0就可以了，此值即程序中的下下限，表示應該進行灌泵操作了；該表的上限值設定大于PID的上限設定，此值即程序中的上上限，如果水壓壓力升到此值，表示系統(tǒng)已經(jīng)出故障了。
在PLC上，I00～I07、I10～I15為輸入端，1M、2M為輸入公共端；Q000～Q07為輸出端子，1～3L為輸出公共端；L+是PLC對外提供24VDC的正極，M是PLC對外提供24VDC的負極；N、L為220VAC工作電源輸入。
PLC的輸入端(L端)各腳的作用如下表
PLC的輸出端(Q端)各腳的作用如下表
開機前的狀態(tài)是空氣開關1～5DZ接通，轉換開關KK在中間(全斷開)，開關1NK、消音開關3NK接通、手動軟停開關2NK斷開。
把轉換開關KK轉到右邊(自動位置)，③、④斷開，使手動按鈕失去作用，①、②接通PLC工作電源，控制裝置進入自動運行狀態(tài)。PLC開始工作，程序初始化之后開始檢測輸入信號，假定一切均在就緒狀態(tài)，一般情況下，在開機前系統(tǒng)壓力很低，甚至為0。如果系統(tǒng)壓力低于下下限，則I06腳有信號輸入，程序則接通Q06腳，使交流接觸器線圈Cg接通，即b→Cg→Q06→2L→N，開啟自吸泵來給水泵灌水。一旦壓力高于下下限后，I06腳上的信號消失。此時壓力尚低于PID的壓力下限值，PID有下限信號輸出，即PID的3、4端接通，PLC有信號輸入到I11腳，程序根據(jù)此信號首先接通Q00腳，使中間繼電器線圈1Z′接通，即b→1Z′→122→Q00→1L→N，中間繼電器線圈1Z接通后，交流接觸器線圈1C′也接通，即a→1Z′1→1C2→1C′→c，交流接觸器主接點1C′使一號泵電機1M和變頻器BP接通，同時程序接通Q10，使中間繼電器線圈Zbp線圈通電，即b→Zbp→Q10→3L→N，中間繼電器常開觸點Zbp1接通變頻器BP的9、10端，使變頻器開機工作，變頻啟動1號泵電機1M，即此時1M運行在變頻調速狀態(tài)。同時，中間繼電器常開觸點Zbp3給PLC的I13腳一個信號，告訴程序中間繼電器Zbp工作正常，否則程序將進行故障處理。1Z′3接通指示燈1GD，指示1號泵電機1M變頻運行。
1號泵電機1M變頻運行之后，如果下限信號(PLC輸入到I11腳的信號)持續(xù)一定時間(由程序設定)，則程序進行切換操作首先切斷Q10腳的輸出，使中間繼電器線圈Zbp斷電，Zbp1斷開變頻器的9、10端，變頻器停機，然后程序切斷Q00腳的輸出，使1Z′斷電，1Z′3復位，指示燈1GD熄滅。1Z′的斷電又使交流接觸器線圈1C′斷電，使1號泵電機1M脫離變頻器。接著程序又接通Q01腳，使中間繼電器線圈1Z通電，即b→1R2→1Z→1Z′2→Q01→1L→N，使交流接觸器線圈1C通電，即a→1Z3→1C′2→1C→c，主觸點1C接通1號泵電機1M的工頻電源(市電)，M1開始工頻運行，1Z1同時接通指示燈1RD，指示電機M1正在工頻運行。變頻器停機3秒鐘后，程序接通輸出端Q02，使中間繼電器線圈2Z′通電，即b→2Z′→2Z2→Q02→1L→N,2Z′通電后，交流接觸器線圈2C′接通，即a→2Z′1→2C2→2C′→c，其主觸點使2號泵電機2M和變頻器接通，同時程序接通Q10腳，使中間繼電器線圈Zbp線圈通電，即b→Zbp→Q10→3L→N，Zbp1接通變頻器BP的9、10端，使變頻器開機工作。已經(jīng)停機3秒鐘的變頻器開機后能保證輸出頻率從0開始提升，變頻軟啟動2號泵電機2M，即此時電機2M運行在變頻調速狀態(tài)。同時，繼電器Zbp3給PLC的I13腳一個信號，告訴程序中間繼電器Zbp工作正常，否則程序將進行故障處理。2Z′3接通指示燈2GD，指示2號泵電機2M變頻運行。
2M電機變頻運行之后，如果下限信號(輸入到PLC I11腳的信號)持續(xù)一定時間(由程序設定)，則程序再次進行切換操作。切換過程與上述過程類似，切換后的狀態(tài)為1號泵和2號泵電機1M、2M工頻運行，3號泵電機3M泵變頻調速運行。
當上限信號(輸入到PLCI12腳的信號)持續(xù)一定時間(由程序設定)，程序要進行減泵操作。減泵的原則是先開的先停。減泵操作的方法是由程序切斷工頻運行的電機所對應的PLC輸出端各腳的輸出，即切斷Q01腳的輸出可以使工頻運行的電機1M停機，切斷Q03腳的輸出可以使工頻運行的電機2M停機，切斷Q05腳的輸出可以使工頻運行的電機3M停機。
如果水池無水，或者接通了手動軟停開關2NK，即程序檢測到有信號輸入到I10腳，將進行逐臺停機操作；在運行期間，如果輸入到I06腳的下下限信號持續(xù)一定時間(I10腳無信號)，程序會逐臺停泵后進行灌泵操作(如前所述啟動自吸泵)；程序檢測到上上限信號輸入到I07腳后，進行逐臺停機并報警，報警方法是接通Q11腳，Q11接通電鈴DL和指示燈YD，即b→DL→3NK→Q11→3L→N,b→YD→Q11→3L→N。在任何時候，如果程序檢測不到有信號輸入到I14腳，說明直流電源損壞，系統(tǒng)賴以工作的原始壓力信號將無法提供，此時也將停機報警。
如果變頻器BP內部報警，其11、12端接通，于是接通報警繼電器線圈Z，即b→BP-11→BP-12→Z→N。Z1接通電鈴DL和指示燈YD報警，即b→DL→3NK→Z1→N,b→YD→Z1→N。同時Z2斷開輸入到I11腳的下限信號，使程序只能進行減泵操作，不能再進行加泵啟動操作。
把轉換開關KK轉到左邊(手動位置)，①、②斷開PLC工作電源；③、④接通，使手動按鈕起作用。
在手動狀態(tài)可用按鈕1TA、2TA、3TA、GTA、1QA、2QA、3QA、GQA進行1～3號泵電機1M、2M、3M和自吸泵電機Mz的手動啟停操作，工作原理很簡單，不再詳述。
所述的接觸器組(5)由交流接觸器1C、2C、3C、1C′、2C′、3C′、Cg等組成。
缺相保護原理是由于交流接觸器線圈采用B-C兩相380V電源來工作，而接通交流接觸器線圈的中間繼電器線圈又采用了A-N單相220V做為工作電源，所以缺少任何一相都不可能工作，既達到了缺相保護電機的目的，又沒有引入專用元件。
以上是以控制裝置控制3臺水泵電機為例進行說明。在實際使用中，可根據(jù)需要對其它數(shù)量的水泵電機進行控制，其電路類似、工作原理相同。
本實用新型之電氣控制裝置可安裝在一柜體內。柜體面板上可設按鈕、轉換開關、電流表、電壓表、指示燈等。
權利要求1.智能型恒壓供水設備控制裝置，其特征在于，它有微積分調節(jié)器PID(2)與遠傳壓力表Y(1)相連，微積分調節(jié)器產(chǎn)生的調頻信號送到變頻器BP(3)上，微積分調節(jié)器PID產(chǎn)生的壓力上、下限信號接在可編程序控制器PLC(4)上，可編程序控制器PLC產(chǎn)生的開關信號接到接觸器組(5)上，接觸器組產(chǎn)生的反饋信號接在可編程序控制器PLC上，電接點壓力表P(11)產(chǎn)生的壓力上上限和下下限信號、水位開關SK(10)產(chǎn)生的水位信號、中間繼電器Zbp(10)檢測信號及直流電源DY(8)檢測信號接在可編程序控制器PLC上，可編程序控制器PLC產(chǎn)生的報警信號接在報警器(7)上，接觸器組還接在變頻器BP和水泵電機組(6)之間。
2.如權利要求1所述的智能型恒壓供水設備控制器裝置，其特征在于，所述的變頻器BP(3)的1、2、3端接在空氣開關4ZD上，4、5、6端接在交流接觸器主觸點IC′、2C′、3C′的一端上，7、8端接在微積分調節(jié)器PID的7、6端，1C′、2C′、3C′的另一端接在交流接觸器主觸點1C、2C、3C的輸出端和熱繼電器主接點1R、2R、3R的輸入端之間，水泵電機組(6)上的電機1M、2M、3M分別接在熱繼電器主接點1R、2R、3R的輸出端上，交流接觸器主觸點1C、2C、3C的輸入端接在空氣開關1DZ、2DZ、3DZ上，空氣開關1DZ、2DZ、3DZ、4DZ、5DZ接在交流電源上，自吸泵電機Mz經(jīng)交流接觸器主觸點Cg接在3DZ和交流接觸器主觸點3C的輸入端之間。
3.如權利要求1所述的智能型恒壓供水設備控制裝置，其特征在于，在所述的微積分調節(jié)器PID(2)上，其1、2腳分別與電源零線N、電源b相相連，其3、5腳分別與可編程序控制器PLC的L+腳、I12腳相連，其4腳經(jīng)中間繼電器常閉觸點Z2與可編程序控制器PLC的I11腳相連，其6、7腳分別與變頻器BP的8、7端相連，其9、8腳與遠傳壓力表Y(1)的2、3端相連，遠傳壓力表的1、3端分別接在直流電源DY(8)的+5V輸出端和G端上。
4.如權利要求1所述的智能型恒壓供水設備控制裝置，其特征在于，在所述的可編程序控制器PLC(4)上，其I10腳與手動軟停開關2NK和水位開關SK的一端相連，2NK和SK的另一端接在PID的3腳和PLC的L+腳之間，PLC的2M腳、M腳連在一起，PLC的I00、I02、I04、I01、I03、I05腳分別與交流接觸器常開輔點1C′1、2′1、3′1、1C1、2C1、3C1的一端相連，1C′1、2C′1、3C′1、1C1、2C1、3C1的另一端接在直流電源DY的+24V輸出端上，PLC的I06腳經(jīng)開關1NK接在電接點壓力表P的2腳上，I07腳接在P的3腳上，I13腳接在中間繼電器常閉觸點Zbp3一端上，Zbp3另一端接在直流電源DY的+24V輸出端上，I14端接在直流電源DY的+24V輸出端上，1M腳接直流電源DY的G端，PLC的1L、2L、3L腳連在一起并接在PLC的N腳上，其Q05、Q03、Q01腳分別接在中間繼電器常閉觸點3Z＇2、2Z＇2、1Z′2上，其Q04、Q02、Q00腳分別接在中間繼電器常閉觸點3Z2、2Z2、1Z2一端上，3Z2、2Z2、1Z2另一端分別經(jīng)交流接觸器線圈3Z′、2Z′、1Z′接在電源b相上，其Q06腳接在交流接觸器線圈Cg一端上，其Q10腳接在中間繼電器線圈Zbp一端上，Cg、Zbp另一端接在電源的b相上，Q11腳接在指示燈YD和熱繼電器常閉觸點1R1之間。
專利摘要本實用新型提供了一種智能型恒壓供水設備控制裝置,它有微積分調節(jié)器PID(2)與可編程序控制器PLC(4)、變頻器BP(3)相連,接觸器組(6)分別與變頻器BP、可編程序控制器PLC相連,可編程序控制器PLC上還連接有電接點壓力表P(11)、水位開關SK(10)等,這種控制裝置在啟動下一臺電機時,電機平穩(wěn)加速,避免了啟動電流沖擊和啟動水錘沖擊,每臺水泵地位平等,磨損程度無明顯差別,宜于集中維護,節(jié)省了人力和資金。
文檔編號E03B5/00GK2444996SQ0024743
公開日2001年8月29日 申請日期2000年8月28日 優(yōu)先權日2000年8月28日
發(fā)明者楊森, 徐愛菊 申請人:楊森