一種基于plc控制的多溫直飲飲水的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于PLC控制的多溫直飲飲水機(jī)，主要由儲(chǔ)水箱、加熱箱、換熱器及PLC控制系統(tǒng)等組成。加熱箱中的水由儲(chǔ)水箱引入，自來水經(jīng)換熱器預(yù)熱進(jìn)入儲(chǔ)水箱，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)出水口開水與溫水的比例調(diào)和，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)水溫智能調(diào)節(jié)。換熱器內(nèi)隔夜遺留的出水在開機(jī)前排盡，保障飲用水健康安全。本發(fā)明可根據(jù)需求一次獲取多種溫度的直飲水，減少飲水前的時(shí)間，產(chǎn)品實(shí)用性好，同時(shí)由于生水煮沸前經(jīng)由換熱器預(yù)熱，可大幅節(jié)約加熱時(shí)間和耗電量。本發(fā)明基于PLC控制的多溫直飲飲水機(jī)適用于學(xué)校、餐廳、廚房等對(duì)多溫度直飲水需求多的場(chǎng)合。
【專利說明】一種基于PLC控制的多溫直飲飲水機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種新型飲水機(jī)，尤其涉及一種基于PLC控制的多溫直飲飲水機(jī)。

【背景技術(shù)】：
[0002] 水是人們生活不可缺少的飲品，現(xiàn)代飲水機(jī)的使用已經(jīng)進(jìn)入到人們生活的方方面 面。傳統(tǒng)飲水機(jī)只有一個(gè)加熱水箱，從飲水機(jī)中只能獲得沸水，達(dá)到飲用溫度需浪費(fèi)大量時(shí) 間，同時(shí)，冷卻過程中耗散大量熱量，不符合現(xiàn)代電器節(jié)能的基本要求。
[0003] 為解決飲水機(jī)無法獲得直飲水的問題，新型飲水機(jī)采取的主要方案有定溫加熱和 冷熱水混合兩種方法。定溫加熱主要由保溫出水和即熱出水兩種。保溫出水，如已有專利 CN103445680A，一般通過普通的電路控制，使加熱器在指定的溫度范圍內(nèi)工作。定溫加熱 雖然能獲得大致范圍的水溫，但現(xiàn)有控制方法可靠性差，且單次出水有限，難以滿足需水量 大、需求溫度多的情況。即熱出水如CN201243951Y控溫效果差，出水慢且工作功率大，可靠 性差，不符合節(jié)能要求。傳統(tǒng)的冷熱水混合方法直接將生水引入沸水中，雖然可以將水溫降 至人體適應(yīng)的溫度，但是已有研究表明會(huì)引起菌群大量繁殖，對(duì)人體健康造成長(zhǎng)期傷害。專 利CN102920334A對(duì)傳統(tǒng)混合法進(jìn)行了改進(jìn)，然而由于缺乏測(cè)量控制方法，難以控制水溫， 且熱交換裝置難以實(shí)現(xiàn)理論降溫效果。專利CN103622554A對(duì)該方案進(jìn)行了改進(jìn)，解決了部 分不足，然而該專利公開飲水機(jī)裝置極其復(fù)雜，可靠性無法保障，生產(chǎn)成本高，難以在市場(chǎng) 上推廣。
[0004] 因此，為解決目前飲水機(jī)存在的控制系統(tǒng)、冷卻方法粗放，水質(zhì)安全性差，經(jīng)濟(jì)節(jié) 能不完善的問題，需要提出一種更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用的節(jié)能飲水機(jī)。


【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0005] 本發(fā)明的目的是針對(duì)目前飲水機(jī)存在的控制系統(tǒng)、冷卻方法粗放，水質(zhì)安全性差， 經(jīng)濟(jì)節(jié)能不完善的問題，提供一種基于PLC控制的多溫直飲飲水機(jī)，其使用PLC控制系統(tǒng)控 制流量、航空板翅式換熱器熱回收，可單機(jī)獲得多種溫度飲用水的飲水機(jī)。
[0006] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于PLC控制的多溫直飲飲水機(jī)，其包括儲(chǔ)水箱、 將儲(chǔ)水箱中的水流入其中的且其內(nèi)設(shè)有加熱器的加熱箱及換熱器，所述多溫直飲飲水機(jī)還 包括有直流電機(jī)及PLC控制系統(tǒng)，所述換熱器上設(shè)有換熱器熱水入口、換熱器預(yù)熱冷水出 口、換熱器冷水入口以及換熱器熱水出口，所述加熱箱中設(shè)置有出水管路，在所述出水管路 上安裝有三通閥門，所述三通閥門包括與出水管路相連的進(jìn)口、出口以及轉(zhuǎn)向口，所述三通 閥門的出口連接有第一分流管路，所述三通閥門的轉(zhuǎn)向口連接第二分流管路，在所述第一 分流管路的上自遠(yuǎn)離加熱箱的方向上依次安裝有霍爾式渦輪流量傳感器以及第三閥門，所 述第二分流管路的另一末端與換熱器熱水入口連接，所述換熱器冷水入口與外接自來水相 連接，所述換熱器預(yù)熱冷水出口流出的水流入到儲(chǔ)水箱中，所述換熱器熱水出口連接有第 三管路，在所述第三管路上自遠(yuǎn)離加熱箱的方向上依次安裝有霍爾式渦輪流量傳感器以及 第四閥門，其中PLC控制系統(tǒng)設(shè)置于第三閥門和第四閥門之間的位置，所述直流電機(jī)包括 有直流開水電機(jī)和換熱溫水電機(jī)，所述直流開水電機(jī)與第三閥門以及PLC控制系統(tǒng)相連 接，所述換熱溫水電機(jī)與第四閥門及PLC控制系統(tǒng)相連接，所述第一分流管路的末端在經(jīng) 過霍爾式渦輪流量傳感器和第三閥門以及第三管路的末端在經(jīng)過霍爾式渦輪流量傳感器 和第四閥門后相交匯，在所述第一分流管路和第三管路的交匯處形成飲水機(jī)出水口，所述 飲水機(jī)出水口處安裝有若干個(gè)排出不同溫度的水龍頭。
[0007] 進(jìn)一步地，所述PLC控制系統(tǒng)包括單片機(jī)，所述霍爾式渦輪流量傳感器與單片機(jī) 相連接進(jìn)而將流經(jīng)霍爾式渦輪流量傳感器的流速轉(zhuǎn)化為電流頻率信號(hào)后傳輸給單片機(jī)。
[0008] 進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)水箱和加熱箱之間設(shè)有第一管路，所述第一管路上安裝有控制 儲(chǔ)水箱和加熱箱中水流通的第一閥門。
[0009] 進(jìn)一步地，在所述換熱器的下方安裝有控制閥，所述多溫直飲飲水機(jī)中還包括有 一與控制閥及PLC控制系統(tǒng)相連的直流電機(jī)。
[0010] 進(jìn)一步地，所述換熱器為航空板翅式換熱器。
[0011] 本發(fā)明具有如下有益效果：
[0012] (1).本發(fā)明采用PLC控制可保證工作的可靠性，通過改變水流量比控制飲用水溫 度，可單機(jī)獲取多種溫度直飲水，安裝多個(gè)水龍頭，變溫不需要更換零件，實(shí)用性強(qiáng)；
[0013] (2).通過航空板翅式換熱器，將熱水冷卻耗散的熱量回收利用，并可將熱回收用 于減少加熱量，節(jié)能環(huán)保且經(jīng)濟(jì)性好；
[0014] (3).飲水機(jī)可以通過電路設(shè)置自動(dòng)開關(guān)機(jī)，減少了待機(jī)和保溫?fù)p耗，開啟前排空 隔夜水保障了水質(zhì)安全健康；
[0015] (4).本發(fā)明適用于學(xué)校、餐廳、廚房等對(duì)多溫度直飲水需求多的場(chǎng)合，同時(shí)本發(fā)明 技術(shù)可用于改造現(xiàn)有普通飲水機(jī)，技術(shù)可靠，成本低廉。

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0016] 圖1為本發(fā)明基于PLC控制的多溫直飲飲水機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0017] 圖2為航空板翅式換熱器結(jié)構(gòu)圖。
[0018] 圖3為直流電機(jī)與單片機(jī)引腳的接線圖。
[0019] 圖4為PLC系統(tǒng)的控制流程圖。
[0020] 圖5為霍爾式渦輪流量傳感器與PLC控制系統(tǒng)的連接圖。
[0021] 其中：
[0022] 1-儲(chǔ)水箱；2-加熱箱；3-換熱器熱水入口；4-換熱器預(yù)熱冷水出口；5-換熱器； 6_換熱器冷水入口；7-PLC控制系統(tǒng)；8-飲水機(jī)出水口；9-換熱器熱水出口；10-控制閥； 11-第一管路；12-第一閥門；13-出水管路；14-第二閥門（三通閥門）；15_第一分流管路； 16-第二分流管路；17-第三閥門；18-第二管路；19-第三管路；20-第四閥門。

【具體實(shí)施方式】：
[0023] 請(qǐng)參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明基于PLC控制的多溫直飲飲水機(jī)，包括儲(chǔ)水箱1、內(nèi)設(shè)有加 熱器的加熱箱2、換熱器5及PLC控制系統(tǒng)7組成。
[0024] 其中儲(chǔ)水箱1和加熱箱2之間通過第一管路11連接，在第一管路11上安裝有一 控制儲(chǔ)水箱1和加熱箱2中水流通的第一閥門12。在加熱箱2中設(shè)置有一出水管路13,在 該出水管路13上安裝有一第二閥門14,其中該第二閥門14為三通閥門，其中第二閥門14 的進(jìn)口與出水管路13相連，第二閥門14的出口與第一分流管路15相連，第二閥門14的換 向口與第二分流管路16相連。其中第一分流管路15上自遠(yuǎn)離加熱箱2的方向上依次安裝 有霍爾式渦輪流量傳感器（未圖示）以及第三閥門17,第二分流管路16的另一末端與換 熱器熱水入口 3連接。換熱器5上還包括有換熱器冷水入口 6和換熱器預(yù)熱冷水出口 4， 其中換熱器冷水入口 6與外接自來水相連接，換熱器預(yù)熱冷水出口 4流出的水通過第二管 路18流入到儲(chǔ)水箱1中。換熱器熱水出口 9流出的水通過第三管路19流出，在該第三管 路19上自遠(yuǎn)離加熱箱2的方向上依次安裝有霍爾式渦輪流量傳感器（未圖示）以及第四 閥門20,其中PLC控制系統(tǒng)7設(shè)置于第三閥門17和第四閥門20之間的位置。其中第一分 流管路15的末端在經(jīng)過霍爾式渦輪流量傳感器和第三閥門17以及第三管路19的末端在 經(jīng)過霍爾式渦輪流量傳感器和第四閥門20后相交匯，在第一分流管路15和第三分流管路 19的交匯處形成飲水機(jī)出水口 8,該飲水機(jī)出水口 8處安裝有若干個(gè)排出不同溫度的水龍 頭。
[0025] PLC控制系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，采用三極管構(gòu)建Η橋，實(shí)現(xiàn)大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控 制。本發(fā)明中共包括有三個(gè)直流電機(jī)，其分別為與第三閥門17連接的直流開水電機(jī)、與第 四閥門20連接的換熱溫水電機(jī)、以及與控制閥10連接的直流電機(jī)。其中以一個(gè)直流電機(jī) 為例說明PLC控制系統(tǒng)如何控制電機(jī)，如圖3所示，其中單片機(jī)的Ρ10引腳輸出高低電平控 制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，PI 1輸出PWM波形控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的精確控制。一 種直流電機(jī)與單片機(jī)引腳的接線圖如圖3所示。
[0026] 圖5給出了一種霍爾式渦輪流量傳感器與PLC控制系統(tǒng)的連接圖，其中沸水直接 經(jīng)第一分流管路15流至霍爾式渦輪流量傳感器時(shí)，以及換熱器5中溫水由換熱器熱水出口 9經(jīng)過第三管路19流至霍爾式渦輪流量傳感器時(shí)，由于水流的沖擊分別帶動(dòng)霍爾式渦輪流 量傳感器中的渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，獲得渦輪轉(zhuǎn)速，同時(shí)霍爾式渦輪流量傳感器將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為電流頻 率信號(hào)傳遞給PLC控制系統(tǒng)7,本發(fā)明中流量傳感器選擇霍爾式渦輪流量傳感器。
[0027] PLC控制系統(tǒng)的控制流程圖如圖4,由霍爾式渦輪流量傳感器將水流速度信號(hào)轉(zhuǎn) 化為電流頻率信號(hào)傳給單片機(jī)，同時(shí)在PLC控制系統(tǒng)上輸入所需的飲用水溫度（本發(fā)明PLC 控制系統(tǒng)上共設(shè)置有四個(gè)溫度按鈕，分別為100°C、95°C、87°C、4(TC )，由設(shè)定溫度確定沸 水溫水的配比。由于單片機(jī)控制是一種采樣控制，它根據(jù)流量傳感器采集的時(shí)刻流量與設(shè) 定值的偏差計(jì)算控制量，若設(shè)定值與采集量之差大于零，電機(jī)正轉(zhuǎn)，開大閥門；設(shè)定值與采 集量之差小于零，電機(jī)反轉(zhuǎn)，關(guān)小閥門。在主程序在進(jìn)行一系列程序調(diào)用之前，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行 初始化，然后判斷開關(guān)狀態(tài)程序有所反應(yīng)；然后進(jìn)行一系列子程序，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和PID計(jì) 算，將其結(jié)果用來控制控制第三閥門17與第四閥門20開口大小與時(shí)間，從而調(diào)節(jié)第一分流 管路15與第三管路19的流量，達(dá)到沸水溫水混合配溫的目的，得到飲水者需求溫度的水。
[0028] 工作時(shí)，加熱箱2內(nèi)加熱器工作煮沸開水后進(jìn)入出水管路13,同時(shí)一部分水通過 第二分流管路16進(jìn)入換熱器熱水入口 3。換熱器冷水入口 6與自來水連接，常溫自來水進(jìn) 入換熱器后預(yù)熱，由換熱器預(yù)熱冷水出口 4流出，憑借自來水壓通過第二管路18進(jìn)入儲(chǔ)水 箱1。當(dāng)加熱箱2水不足時(shí)，儲(chǔ)水箱1和加熱箱2之間的第一閥門12打開，已預(yù)熱水經(jīng)由第 一閥門進(jìn)入加熱箱2。本發(fā)明基于PLC控制的多溫直飲飲水機(jī)使用換熱器5將開水冷卻的 熱量傳遞給待加熱自來水，既回收了耗散的熱量，又對(duì)自來水進(jìn)行了預(yù)熱，大幅減少加熱箱 的加熱量。
[0029] 現(xiàn)行飲水機(jī)可以設(shè)置自動(dòng)開關(guān)機(jī)，開機(jī)時(shí)，PLC控制系統(tǒng)7發(fā)送低電平信號(hào)給換熱 器5下端的與控制閥10相連的直流電機(jī)，使電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)打開控制閥lmin，將換熱器內(nèi) 隔夜水排空后關(guān)閉，儲(chǔ)水箱和加熱箱中注水，加熱箱開始加熱工作。控制閥開啟時(shí)間可由換 熱器容量及控制閥橫截面積確定。飲水機(jī)換熱器一般選用航空領(lǐng)域相對(duì)成熟的板翅式換熱 器，板翅式換熱器結(jié)構(gòu)如圖2。換熱器結(jié)構(gòu)采用間壁式緊湊型，熱側(cè)兩流程，冷側(cè)為一流程， 以保證最佳換熱效果。換熱器的工作參數(shù)可根據(jù)飲水機(jī)出水量、出水最低設(shè)計(jì)溫度確定。
[0030] 換熱器熱水入口 3所需壓力可由高度提供，保證換熱器熱水入口端與飲水機(jī)出水 口端的高度相差約1. 2m即可保證壓力供應(yīng)，換熱器冷水入口端由自來水水壓（約0. 14Mpa) 提供。
[0031] 本發(fā)明基于PLC控制的多溫直飲飲水機(jī)，采用PLC控制可保證工作的可靠性。通 過改變水流量比控制飲用水溫度，可單機(jī)獲取多種溫度直飲水，安裝多個(gè)水龍頭，變溫不需 要更換零件，實(shí)用性強(qiáng)。通過航空板翅式換熱器，將熱水冷卻耗散的熱量回收利用，并可將 熱回收用于減少加熱量，節(jié)能環(huán)保且經(jīng)濟(jì)性好。飲水機(jī)可以通過電路設(shè)置自動(dòng)開關(guān)機(jī)，減少 了待機(jī)和保溫?fù)p耗，開啟前排空隔夜水保障了水質(zhì)安全健康。
[0032] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于PLC控制的多溫直飲飲水機(jī)，其包括儲(chǔ)水箱（1)、將儲(chǔ)水箱（1)中的水流入 其中的且其內(nèi)設(shè)有加熱器的加熱箱（2)及換熱器（5)，其特征在于：所述多溫直飲飲水機(jī)還 包括有直流電機(jī)及PLC控制系統(tǒng)（7)，所述換熱器（5)上設(shè)有換熱器熱水入口（3)、換熱器 預(yù)熱冷水出口（4)、換熱器冷水入口（6)以及換熱器熱水出口（9)，所述加熱箱（2)中設(shè)置 有出水管路（13)，在所述出水管路（13)上安裝有三通閥門（14)，所述三通閥門（14)包括 與出水管路（13)相連的進(jìn)口、出口以及轉(zhuǎn)向口，所述三通閥門（14)的出口連接有第一分流 管路（15)，所述三通閥門（14)的轉(zhuǎn)向口連接第二分流管路（16)，在所述第一分流管路（15) 的上自遠(yuǎn)離加熱箱（2)的方向上依次安裝有霍爾式渦輪流量傳感器以及第三閥門（17)，所 述第二分流管路（16)的另一末端與換熱器熱水入口（3)連接，所述換熱器冷水入口（6)與 外接自來水相連接，所述換熱器預(yù)熱冷水出口（4)流出的水流入到儲(chǔ)水箱（1)中，所述換熱 器熱水出口（9)連接有第三管路（19)，在所述第三管路（19)上自遠(yuǎn)離加熱箱（2)的方向上 依次安裝有霍爾式渦輪流量傳感器以及第四閥門（20)，其中PLC控制系統(tǒng)（7)設(shè)置于第三 閥門（17)和第四閥門（20)之間的位置，所述直流電機(jī)包括有直流開水電機(jī)和換熱溫水電 機(jī)，所述直流開水電機(jī)與第三閥門（17)以及PLC控制系統(tǒng)相連接，所述換熱溫水電機(jī)與第 四閥門（20)及PLC控制系統(tǒng)相連接，所述第一分流管路（15)的末端在經(jīng)過霍爾式渦輪流 量傳感器和第三閥門（17)以及第三管路（19)的末端在經(jīng)過霍爾式渦輪流量傳感器和第四 閥門（20)后相交匯，在所述第一分流管路（15)和第三管路（19)的交匯處形成飲水機(jī)出水 口（8)，所述飲水機(jī)出水口（8)處安裝有若干個(gè)排出不同溫度的水龍頭。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于PLC控制的多溫直飲飲水機(jī)，其特征在于：所述PLC控制 系統(tǒng)包括單片機(jī)，所述霍爾式渦輪流量傳感器與單片機(jī)相連接進(jìn)而將流經(jīng)霍爾式渦輪流量 傳感器的流速轉(zhuǎn)化為電流頻率信號(hào)后傳輸給單片機(jī)。
3. 如權(quán)利要求2所述的基于PLC控制的多溫直飲飲水機(jī)，其特征在于：所述儲(chǔ)水箱（1) 和加熱箱（2)之間設(shè)有第一管路（11)，所述第一管路（11)上安裝有控制儲(chǔ)水箱（1)和加熱 箱（2)中水流通的第一閥門（12)。
4. 如權(quán)利要求3所述的基于PLC控制的多溫直飲飲水機(jī)，其特征在于：在所述換熱器 (5)的下方安裝有控制閥（10)，所述多溫直飲飲水機(jī)中還包括有一與控制閥（10)及PLC控 制系統(tǒng)（7)相連的直流電機(jī)。
5. 如權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的基于PLC控制的多溫直飲飲水機(jī)，其特征在于： 所述換熱器（5)為航空板翅式換熱器。
【文檔編號(hào)】A47J31/00GK104146609SQ201410346112
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】黃亞坤, 何康, 張帆, 李巖軍 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)