專利名稱：變頻調(diào)速變壓力供水控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種用于供水控制系統(tǒng)的裝置，屬于供水控制設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域。
目前比較先進(jìn)的供水系統(tǒng)是恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)，其恒壓值是建筑物最高度與最大用水量時(shí)水泵出水口至最不利水點(diǎn)的管路損耗之和決定的。管路損耗H損與流量Q符合H損＝kQ2(也稱管路特性曲線，其中K為常數(shù))。實(shí)際工作中，水泵機(jī)組在大部分時(shí)間工作在中小水量，因此水泵出口壓力僅需H＝H0+KQ2(H為瞬時(shí)水壓，H0為最不利水點(diǎn)處的高度與其所要求的最低出水壓之和)，恒壓變量供水比實(shí)際所需壓力高出ΔH＝K·(Qm2-Q2)(其中Qm為恒壓供水的最大流量)。這樣在正常供水時(shí)，就會(huì)浪費(fèi)大量的能量。對(duì)于簡(jiǎn)單的供水管網(wǎng)(如單樓，單一用水末端)，可直接將壓力變送器裝在末端，使之壓力恒定。而對(duì)一般管網(wǎng)有多個(gè)用水末端，且最不利水點(diǎn)隨用水負(fù)載變化而變化，理論上可對(duì)所有可能不利水點(diǎn)的壓力進(jìn)行采集，但這樣做的成本高，技術(shù)難度大，不適宜大規(guī)模推廣。
若在水泵出水口處加裝流量計(jì)，檢測(cè)流量信號(hào)原理上可實(shí)現(xiàn)理想的變壓變量控制，但由于流量計(jì)價(jià)格高，管路需特殊設(shè)計(jì)和安裝，不適宜對(duì)現(xiàn)有的管網(wǎng)進(jìn)行改造。
本實(shí)用新型的目的就是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，具有顯著節(jié)能效果的變頻調(diào)速變壓力供水控制器。
本實(shí)用新型的主要特點(diǎn)是根據(jù)瞬時(shí)用水量的大小，采用線性改變水泵出水口供水壓力的方法以達(dá)到節(jié)能的目的。在結(jié)構(gòu)上由最小壓力設(shè)定電路、最大壓力設(shè)定電路、變壓樣板信號(hào)產(chǎn)生電路、PI調(diào)節(jié)器(比例積分調(diào)節(jié)器)，頻率上、下限開關(guān)電路、顯示電路所組成，其中由最小壓力設(shè)定電路、最大壓力設(shè)定電路、變壓樣板信號(hào)產(chǎn)生電路、PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成信號(hào)處理電路，由頻率上、下限開關(guān)電路構(gòu)成開關(guān)電路。最小壓力設(shè)定電路和最大壓力設(shè)定電路的輸出端接變壓樣板信號(hào)產(chǎn)生電路的輸入端，變壓樣板信號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端及供水系統(tǒng)中壓力變送器的輸出端接PI調(diào)節(jié)器的輸入端，PI調(diào)節(jié)器的輸出端其中一路接供水驅(qū)動(dòng)電路中的變頻器，另一路接變壓樣板信號(hào)產(chǎn)生電路和頻率上、下限開關(guān)電路的輸入端，頻率上、下限開關(guān)電路的輸出端接供水驅(qū)動(dòng)電路中的可編程控制器。
其中，最小壓力設(shè)定電路和最大壓力設(shè)定電路分別由十進(jìn)制8421碼撥盤開關(guān)KS3、KS4、集成電路U1B及KS1、KS2、集成電路U1A構(gòu)成，撥盤開關(guān)的開關(guān)信號(hào)輸出端分別接集成電路U1A和U1B的反相輸入端。
變壓樣板信號(hào)產(chǎn)生電路中包括乘法電路、電壓分配電路、加法電路，其中乘法電路主要由集成電路U3、U4、U5及晶體管Q1、Q2所構(gòu)成，該乘法器的輸入端有兩個(gè)，一個(gè)為集成電路U4A的反相輸入端，該端與U9A的輸出端相連接，另一個(gè)為電阻R37的輸入端，該端與U2A的輸出端相連接。
電壓分配電路由集成電路U8、U9、U10A及開關(guān)組K1、K2、電阻R17-R24相串聯(lián)所組成，其中串聯(lián)后的兩頭分別接電源和開關(guān)K1的h′端，而串聯(lián)電路中的每?jī)蓚€(gè)電阻的接點(diǎn)，分別接開關(guān)K1和K2的對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)。
PI調(diào)節(jié)器主要由集成電路U7A和U7B及二級(jí)管D1、D2、D3、D4所組成，其中U7A的同相輸入端為壓力變送器的信號(hào)輸入端，U7A的輸出端通過電阻R60、R61與U7B的反相輸入端相連接，二極管D3、D4頭尾相接，并接在U7B的同相和反相輸入端上。
頻率上、下限開關(guān)電路主要由集成電路U11、U12、光電耦合電路PC1、PC2、晶體管Q3、Q4、繼電器J1、J2所組成，其中U11A的反相輸入端和U11B的同相輸入端均與U8B的輸出端相連接，晶體管Q3、Q4的集電極分別與繼電器J2、J1相連接。
本實(shí)用新型的工作原理及過程為首先在工作前我們需確定工作水泵(以相同功率為例)的臺(tái)數(shù)如1臺(tái)則需將設(shè)定組合開關(guān)K2的1，1′二點(diǎn)短接，如有2臺(tái)工作則需將K2的2，2′二點(diǎn)短接，依次類推，對(duì)應(yīng)地電路中某點(diǎn)的參數(shù)需作調(diào)整，現(xiàn)在以2臺(tái)為例說明工作原理。
系統(tǒng)剛得電時(shí)，變壓樣板信號(hào)產(chǎn)生電路中的乘法器輸出(U4B的輸出)為0，U2B輸出對(duì)應(yīng)Pmin的加法器U6A中只反映Pmin的值，即U6A輸出電位對(duì)C7充電使U6B的輸出逐漸增加，當(dāng)此電位大于壓力變送器信號(hào)經(jīng)U7A放大后的電壓，即反饋信號(hào)時(shí)，PI調(diào)節(jié)電路U7B的輸出電壓開始從最初(0～-0.5V)增加，乘法電路輸出從0開始線性增加(因乘法器的另一路輸入位不變；為Pmax-Pmin)相應(yīng)地加法器U6A的輸出也增加U6B的輸出樣板壓力信號(hào)，跟著線性增加，即樣板壓力信號(hào)隨U7B的輸出呈線性增加，PI調(diào)節(jié)器U7B的輸出也增加，這樣輸入到變頻器內(nèi)的頻率給定信號(hào)增大，變頻水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量增加，且供水壓力呈更快的速度增加，壓力變送器反饋回來的信號(hào)也增大，因它的增加速度比U6B輸出樣板壓力信號(hào)增加速度快，所以在某一狀態(tài)它們會(huì)達(dá)到相等，使PI調(diào)節(jié)器達(dá)到平衡工作狀態(tài)。此時(shí)如用水量再增加，水壓會(huì)略下降，壓力變送器的反饋信號(hào)會(huì)降低，又會(huì)產(chǎn)生前面介紹的情況，如此時(shí)變頻輸出頻率達(dá)50Hz，變頻泵不能再增速，上限頻率開關(guān)動(dòng)作，經(jīng)外部控制(PC機(jī))，延時(shí)10S左右，啟動(dòng)定量泵(恒速運(yùn)轉(zhuǎn)泵)，且使K1的a，a′兩端點(diǎn)短接，使電壓分配電路的輸出增加一個(gè)定值，此時(shí)變頻泵轉(zhuǎn)速會(huì)很快下降，系統(tǒng)又達(dá)一新的平衡。如用水量減小，原供水壓力略高，壓力變送器反饋信號(hào)大于樣板信號(hào)，PI調(diào)節(jié)器輸出減小，變頻泵轉(zhuǎn)速降低，當(dāng)降到一定時(shí)，下限頻率開關(guān)電路動(dòng)作，經(jīng)外部控制(PC機(jī))延時(shí)10S左右，停掉定量泵(恒速泵)，且使K1的a，a′兩端點(diǎn)斷開。如此自動(dòng)適應(yīng)控制，使供水壓力隨用水量的變化而變化。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于1、節(jié)能效果明顯。該控制器根據(jù)瞬時(shí)用水量的大小，采用線性改變水泵出水口供水壓力的方法，確保水泵出水口供水壓力與瞬時(shí)用水量相適應(yīng)，既不超壓供水，也不負(fù)壓供水，因此能節(jié)約大量電能，且能保證正常供水。
2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，全部器件安裝在一塊線路板上，總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明，沒有任何有特殊要求的地方，因此制造工藝簡(jiǎn)單，安裝方便，能方便地與各種供水系統(tǒng)配套使用。
3、通用性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣。由于本控制器具有通用輸出接口與供水系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)電路的變頻器和可編程控制器相接，因此可與自動(dòng)供水系統(tǒng)中的各種控制電路相連接，通用性較強(qiáng)。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。其中包括最小壓力設(shè)定電路1、最大壓力設(shè)定電路2、變壓樣板信號(hào)產(chǎn)生電路3、PI調(diào)節(jié)器4、頻率上、下限開關(guān)電路5、顯示電路6、壓力變送器7、供水驅(qū)動(dòng)電路中的變頻器8和可編程控制器9。
圖2是本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)原理圖。
本實(shí)用新型的實(shí)施方案如下本實(shí)用新型的變頻調(diào)速變壓力供水控制器由最小壓力設(shè)定電路1、最大壓力設(shè)定電路2、變壓樣板信號(hào)產(chǎn)生電路3、PI調(diào)節(jié)器4、頻率上、下限開關(guān)電路5、顯示電路6所組成，其中最小壓力設(shè)定電路1主要由十進(jìn)制8421撥盤開關(guān)KS3、KS4及集成電路U1B所組成；最大壓力設(shè)定電路2由十進(jìn)制8421撥盤開關(guān)KS1、KS2及集成電路U1A所組成，U1A與U1B共用一塊“LM358”雙適放集成電路。變壓樣板信號(hào)產(chǎn)生電路3包括加法電路U2A、U2B、U6A、乘法電路U3、U4、U5及晶體管Q1、Q2、電壓分配電路U8、U9、U10及電阻R17～R24和開關(guān)K1、K2、延時(shí)電路U6B、R51、R52、C7，其中集成電路U5為“N555”時(shí)基電路，U2、U3、U4、U6、U8、U9、U10采用“LM358”雙運(yùn)放集成電路，晶體管Q1、Q2的型號(hào)為“8050”。PI調(diào)節(jié)器4主要由集成電路U7A和U78所組成，U7A和U7B共用一塊“LM358”雙運(yùn)放集成電路，供水系統(tǒng)中，壓力變送器7通過電阻R56接在U7A的同相輸入端頻率，上、下限開關(guān)電路5由集成電路U11、U12及光電耦合器PC1、PC2繼電器J1、J2和晶體管Q3、Q4組成，其中集成電路U11為“LM393”雙比較器，U12為“40106”六反相器，光電耦合器PC1、PC2的型號(hào)為“TIL521-1”，晶體管Q3、Q4的型號(hào)為“8050”。該部分電路的輸出通過繼電器J1、J2與水泵驅(qū)動(dòng)電路中的可編程控制器相連接。根據(jù)以上所述，便可組成本實(shí)用新型的變頻調(diào)速變壓力供水控制器。
權(quán)利要求1.一種變頻調(diào)速變壓力供水控制器，由信號(hào)處理電路和開關(guān)電路所組成，其特征在于該控制器的信號(hào)處理電路由最小壓力設(shè)定電路(1)、最大壓力設(shè)定電路(2)、變壓樣板信號(hào)產(chǎn)生電路(3)、PI調(diào)節(jié)器(4)構(gòu)成，開關(guān)電路由頻率上、下限開關(guān)電路構(gòu)成，其中，最小壓力設(shè)定電路(1)和最大壓力設(shè)定電路(2)的輸出端接變壓樣板信號(hào)產(chǎn)生電路(3)的輸入端，變壓樣板信號(hào)產(chǎn)生電路(3)的輸出端及供水系統(tǒng)中的壓力變送器(6)的輸出端接PI調(diào)節(jié)器(4)的輸入端，PI調(diào)節(jié)器(4)的輸出端其中一路接供水驅(qū)動(dòng)電路中的變頻器(7)，另一路接變壓樣板信號(hào)產(chǎn)生電路(3)和頻率上、下限開關(guān)電路(5)的輸入端，頻率上、下限開關(guān)電路(5)的輸出端接供水驅(qū)動(dòng)電路中的可編程控制器(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻調(diào)速變壓力供水控制器，其特征在于最小壓力設(shè)定電路(1)和最大壓力設(shè)定電路(2)分別由撥盤開關(guān)KS3、KS4、U1A及KS1、KS2、U1B構(gòu)成，開關(guān)信號(hào)的輸出端分別接U1A和U1B的反相輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變頻調(diào)速變壓力供水控制器，其特征在于變壓樣板信號(hào)產(chǎn)生電路(3)中的乘法電路主要由集成電路U3、U4、U5及晶體管Q1、Q2的構(gòu)成，該乘法器的輸入端有2個(gè)，一個(gè)為集成電路U4A的反相輸入端，該端與U9A的輸出端相連接，另一個(gè)為電阻R37的輸入端，該端與U2A的輸出端相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變頻調(diào)速變壓力供水控制器，其特征在于變壓樣板信號(hào)產(chǎn)生電路(3)中的電壓分配電路由U8、U9、U10A、K1、K2及電阻R17～R24所組成，其中電阻R17～R24相串聯(lián)，其串聯(lián)后的兩頭分別接電源和開關(guān)K1的h′端，而相串聯(lián)的電路中的每?jī)蓚€(gè)電阻的接點(diǎn)，分別接開關(guān)K1和K2的對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變頻調(diào)速變壓力供水控制器，其特征在于PI調(diào)節(jié)器(4)主要由集成電路U7A和U7B及二極管D1、D2、D3、D4所組成，其中U7A和同相輸入端為壓力變送器的信號(hào)輸入端，U7A的輸出端通過電阻R6D、R6I與U7B的反相輸入端相連接，二極管D3、D4頭尾相接，并接在U7B的同相和反相輸入端上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變頻調(diào)速變壓力供水控制器，其特征在于頻率上、下限開關(guān)電路(5)主要由集成電路U11、U12、光電耦合電路PC1、PC2、晶體管Q3、Q4、繼電器J1、J2所組成，其中U11A的反相輸入端和U11B的同相輸入端均與U8B的輸出端相連接，晶體管Q3、Q4的集電極分別與繼電器J2、J1相連接。
專利摘要變頻調(diào)速變壓力供水控制器是一種用于供水控制系統(tǒng)的裝置，它主要的特點(diǎn)是根據(jù)瞬時(shí)用水量的大小，采用線性改變水泵出水口供水壓力的方法，以達(dá)到節(jié)能的目的，該控制器主要由最小壓力設(shè)定電路、最大壓力設(shè)定電路、變壓樣板信號(hào)產(chǎn)生電路、PI調(diào)節(jié)器、頻率上、下限開關(guān)電路和顯示電路所組成，該控制器的輸入信號(hào)來自供水系統(tǒng)中的壓力變送器，輸出信號(hào)接至供水系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)電路的變頻器和可編程控制器。
文檔編號(hào)E03B11/00GK2270075SQ9622348
公開日1997年12月10日 申請(qǐng)日期1996年8月20日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月20日
發(fā)明者蔣根才 申請(qǐng)人:蔣根才