專利名稱：程序控制組合式變量自動調(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能方式供水，包括一般水泵、氣壓儲能罐、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出水總管壓力，當壓力低于下限點時啟動水泵運行，當壓力高于上限時停止水泵運行，這種供水設(shè)備雖然配電簡單，但要保證設(shè)備正常運行，必需配置與額定流量相適應的大儲氣罐，既有安全性問題，而且價格較高。同時該供水設(shè)備還存在水泵穩(wěn)定運行區(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。
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水泵調(diào)速，控制水泵流量以對供水總管補壓，因而可實現(xiàn)變量調(diào)速恒壓，減小儲氣罐體積，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)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提出一種程序控制組合式變量自動調(diào)壓無塔供水設(shè)備，通過一個程序控制器對N個并聯(lián)組合水泵組的程序控制以實現(xiàn)對供水系統(tǒng)的自動調(diào)壓。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)發(fā)明的技術(shù)方案包括一個設(shè)于供水總管上的氣壓罐用于氣壓儲能，由N個并聯(lián)水泵構(gòu)成的組合水泵組對供水總管進行補壓，由一個二進制程序控制器對組合水泵組進行程序控制以實現(xiàn)對供水總管的自動調(diào)壓。該N位二進制程序控制器由設(shè)于供水總管管路上的水壓傳感器控制，產(chǎn)生從 到 的2N個組合狀態(tài)輸出，通過N個控制輸出端控制N個水泵作組合運行。
本發(fā)明的N位二進制程序控制器的N個控制輸出端可分別控制N臺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位二進制程序控制器根據(jù)水壓傳感器所檢測的供水總管的壓力范圍，按二進制程序遞增或遞減計數(shù)，產(chǎn)生與供水總管壓力相應的二進制數(shù)形式 到 的2N個組合狀態(tài)輸出，以N個輸出端(N位二進制數(shù)的每一位作為一個輸出端)分別驅(qū)動N臺水泵進行組合運行(每個輸出端驅(qū)動一臺水泵)，以補充調(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位二進制程序控制器可以主要由一個N位輸出二進制加/減計數(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位二進制程序控制器包括水壓傳感器、比較器、時鐘發(fā)生器、分頻器、N位輸出二進制加/減計數(shù)器、N位驅(qū)動器等部件或電路。
時鐘發(fā)生器，它產(chǎn)生時鐘脈沖信號；分頻器，它輸入由時鐘發(fā)生器輸出的時鐘脈沖信號，將其分頻以產(chǎn)生計數(shù)脈沖；N位輸出二進制加/減計數(shù)器，它輸入來自分頻器的計數(shù)脈沖信號，對輸入的計數(shù)脈沖做加法或減法計數(shù)，產(chǎn)生從 到 的2N個組合開關(guān)狀態(tài)輸出信號，由N位輸出端輸出，還輸出運算極限檢測信號(其計數(shù)器的運算極限是N路為“0”和N路為“1”，即 和
N位驅(qū)動器，它是功率輸出驅(qū)動器，分別與N位輸出二進制加/減計數(shù)器的N位輸出端相連接，每位驅(qū)動器驅(qū)動一個水泵；水壓傳感器，它是裝在供水總管管路上的分立部件，產(chǎn)生三種壓力感應狀態(tài)的輸出信號；比較器，與時鐘發(fā)生器和N位輸出二進制加/減計數(shù)器連接，它輸入來自水壓傳感器的壓力感應狀態(tài)信號和來自N位輸出二進制加/減計算器的運算極限檢測信號，產(chǎn)生時鐘脈沖輸出控制信號，使時鐘發(fā)生器的時鐘脈沖輸出開啟或關(guān)閉，同時輸出加/減運算切換控制信號到N位輸出二進制加/減計數(shù)器的加減控制端，以控制計數(shù)器作加法運算或作減法運算。
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)電接點水壓傳感器感應而產(chǎn)生三種輸出狀態(tài)。
(1)當供水總管的水壓低于額定水壓范圍時，傳感器的動接點與下限點接通；(2)當供水總管的水壓超過額定水壓范圍時，傳感器的動接點與上限點接通。
(3)當供水總管的水壓在額定水壓范圍時，傳感器的動接點與上、下限點都不接通。
當傳感器輸出狀態(tài)為上述第一種狀態(tài)時，比較器令時鐘發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號，經(jīng)分頻器分頻發(fā)出計數(shù)脈沖，送入計數(shù)器做加法；當傳感器輸出狀態(tài)為第二種狀態(tài)時，比較器令時鐘發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號，經(jīng)分頻器分頻發(fā)生計數(shù)脈沖，送入計數(shù)器做減法；當傳感器輸出狀態(tài)為上述第三種狀態(tài)時，比較器閉鎖時鐘脈沖信號發(fā)出，計數(shù)器輸出隨機保持。
在計數(shù)器到達運算極限時，比較器閉鎖時鐘脈沖信號發(fā)生，避免程序循環(huán)。
當供水總管的水壓低于額定水壓時，計數(shù)器做加法運算，其控制輸出端的組合開關(guān)狀態(tài)按二進制計數(shù)程序逐步遞增變化，由此驅(qū)動并改變組合水泵組的運行狀態(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到額定水壓，這時計算器輸出進入隨機保持，水泵組在相對合理匹配的穩(wěn)定狀態(tài)下運行。當供水總管的水壓超過額定水壓時，計數(shù)器做減法運算，其控制輸出端的組合開關(guān)狀態(tài)按二進制計數(shù)程序逐步遞減變化，由此驅(qū)動并改變組合水泵組的運行狀態(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到額定水壓，這時計算器輸出進入隨機保持，水泵組在新的相對合理匹配的穩(wěn)定狀態(tài)下運行。
本發(fā)明由于采用二進制程序控制器對一組具有不同流量的水泵進行組合程序控制，能根據(jù)供水總管的水壓情況形成2N個水泵功率及流量等級對用水量變化進行自動調(diào)節(jié)，因而使本供水設(shè)備具有以下優(yōu)點(1)設(shè)備體積小，只需配置小型氣壓罐。
(2)水泵穩(wěn)定運行區(qū)寬，可占全流量范圍的60％-90％；(3)每臺水泵均能運行于高效率區(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位二進制程序控制器的具體電路圖；實施例本實施例系統(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)電接點壓力表23，由水壓傳感器23控制的二進制程序控制器(本實施例采用四位二進制輸出程序控制器)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點輸出的工頻正半波時基信號輸入到時鐘發(fā)生器，時鐘發(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組成的終極運算檢測信號輸入控制開關(guān)。時鐘發(fā)生器輸入端為a、輸出端為b、控制端為c。
3.由電阻R7、雙十進制同步計數(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.由電接點壓力表23和電阻R14組成水壓傳感器，電接點壓力表的驅(qū)動控制端為p1，上限點p3為程序遞減(作減法運算)控制端，下限點p2為程序遞增(作加法運算)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)、和控制減法運算信號輸出的模擬開關(guān)IC5.1(4016)組成的檢測減法運算信號比較器(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)、控制加法運算信號輸出的模擬開關(guān)IC5.2(4016)和加減運算切換控制信號輸出模擬開關(guān)IC5.3(4016)組成的檢測加法運算信號比較器(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”時的檢測門電路(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”時的檢測門電路(輸入端為m、n、o、p，輸出端為r)。
6.四位二進制加/減計數(shù)器包括由IC9.5(4010)、電容C9、C10組成的輸入運算信號緩沖電平變換器(輸入端為k、輸出端為l)和由IC8(4516)、電阻R21、R22、電容C11組成的四位二進制加/減計數(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、達林頓驅(qū)動管B1、二極管D12、繼電器J1和IC9.2(4010)、電阻R25、R26、達林頓驅(qū)動管B2、二極管D13、繼電器J2和IC9.3(4010)、電阻R27、R28、達林頓驅(qū)動管B3、二極管D14、繼電器J3和IC9.4(4010)、電阻R29、R30、達林頓驅(qū)動管B4、二極管D15、繼電器J4組成4位驅(qū)動器。
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擔任，IC12.1、IC12.2由一塊四二輸入與門4081擔任。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中的引線端所標的數(shù)字為各集成塊元件的腳號。本控制電路的工作過程說明如下1.加法運算當電接點壓力表(水壓傳感器)的p1點和p2點接通時，IC4的i點和j點為高電平，則IC6.1的10腳與11腳導通，時鐘脈沖進入IC7分頻，IC5.3的1腳與2腳導通，預置IC8做加法運算。IC5.2的10腳與11腳導通，將IC7e點輸出的計數(shù)脈沖經(jīng)IC9.5輸入IC8做加法運算。計數(shù)脈沖同時使IC6.3的9腳和8腳導通，f點為高電平，R31、C8使IC8計數(shù)后對IC7分頻器清零。
如電接點壓力表的p1點與p2點持續(xù)接通，則e點的計數(shù)脈沖以周期為1.3s逐個進入IC8，令I(lǐng)C8的四個輸出端m、n、o、p、點全部由“0”加到全部為“1”時，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點電平升高，令I(lǐng)C2關(guān)閉脈沖輸入，禁止出現(xiàn)循環(huán)計數(shù)。
2.減法運算當電接點壓力表的p1點與p3點接通時，IC3的g點和h點為高電平，則IC6.1的10腳和11腳接通，時鐘脈沖進入IC7分頻。IC5.1的9腳和8腳導通，將IC7e點輸出的計數(shù)脈沖經(jīng)IC9.5輸入IC8做減法運算，(因為壓力表p1點脫離p2點時，j點為低電平，IC5.3的1腳和2腳不導通，IC8的10腳為低電平，巳預置為減法運算)。計數(shù)脈沖同時使IC6.3的9腳與8腳導通，f點為高電平，R31、C8使IC8計數(shù)后對IC7分頻器清零。
如電接點壓力表的p1點與p3點持續(xù)導通，則e點的計數(shù)脈沖以周期為1.3s逐個進入IC8、令I(lǐng)C8的四個輸出端m、n、o、p、點從全部為“1”減到全部為“0”時，門電路IC12.2的輸出端r點為高電平，使IC6.2的1腳與2腳導通，c點電平升高，令I(lǐng)C2關(guān)閉脈沖輸入，禁止出現(xiàn)循環(huán)計數(shù)。
3.不計數(shù)當電接點壓力表的p1點在p2點和p3點之間懸空時，g、h、i、j、點均為低電平，沒有計數(shù)脈沖進入IC8，IC8的四個輸出端m、n、o、p點均保持原來的隨機狀態(tài)。
4.驅(qū)動器控制水泵運行IC8的四個輸出端m、n、o、p的信號經(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作組合運行。
權(quán)利要求
1.一種程序控制組合式變量自動調(diào)壓無塔供水設(shè)備，包括一個設(shè)于供水總管上的氣壓罐用于氣壓儲能，由N個并聯(lián)的水泵構(gòu)成的組合水泵組對供水總管進行補壓，其特征在于具有一個N位二進制程序控制器，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個控制輸出端控制N個水泵作組合運行。
2.按權(quán)利要求1所述的程序控制組合式變量自動調(diào)壓無塔供水設(shè)備，其特征在于所說的N位二進制程序控制器，其主要部件是一個N位輸出二進制加/減計數(shù)器。
3.按權(quán)利要求1所述的程序控制組合式變量自動調(diào)壓無塔供水設(shè)備，其特征在于所說的N位二進制程序控制器包括時鐘發(fā)生器，它產(chǎn)生時鐘脈沖信號；分頻器，它輸入由時鐘發(fā)生器輸出的時鐘脈沖信號，分頻產(chǎn)生計數(shù)脈沖；N位輸出二進制加/減計數(shù)器，它對輸入的計數(shù)脈沖做加法或減法計數(shù)，產(chǎn)生從 到 的2N個組合開關(guān)狀態(tài)輸出，其N位輸出端分別控制N個驅(qū)動器動作，該計數(shù)器還輸出運算極限的檢測信號；水壓傳感器，它是裝于供水總管上的分立部件，產(chǎn)生三種壓力感應狀態(tài)的輸出信號；比較器，與時鐘發(fā)生器和N位輸出二進制加/減計數(shù)器連接，它輸入來自水壓傳感器的壓力感應狀態(tài)信號和來自N位輸出二進制加/減計數(shù)器的運算極限檢測信號，產(chǎn)生時鐘脈沖輸出控制信號，使時鐘脈沖輸出開啟或關(guān)閉，還輸出加減運算切換控制信號到N位輸出二進制加/減計算器的加/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調(diào)壓無塔供水設(shè)備，由一個水壓傳感器控制的N位二進制程序控制器，產(chǎn)生從000…000到111…111的文檔編號E03B11/16GK1120622SQ9510903
公開日1996年4月17日 申請日期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, 吳興華 申請人:廣州水泵廠, 廣州市荔灣區(qū)南洋機電公司