本實(shí)用新型屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于自動(dòng)控制的電路，該電路能夠解決高層建筑水箱上水系統(tǒng)缺少防溢水保護(hù)措施的問題。

背景技術(shù)：

某些廠房、商場(chǎng)、賓館、居民樓等高層建筑的生活用水和/或消防用水采用獨(dú)立上水系統(tǒng)，這些上水系統(tǒng)的蓄水水箱大都設(shè)在建筑物的頂部，其上水控制系統(tǒng)通常采用浮球-干簧式液位傳感器控制高、低兩個(gè)水位，低水位時(shí)自動(dòng)上水，高水位時(shí)自動(dòng)停水。在使用過程中，傳感器等部件因?yàn)閭€(gè)體差異或環(huán)境影響，有可能在有效期內(nèi)失效，進(jìn)而發(fā)生溢水事件，造成難以預(yù)計(jì)的損失。因此，如何從根本上解決水箱溢水問題，是一項(xiàng)值得研究的課題。

針對(duì)水箱溢水問題，僅僅在提高上水控制系統(tǒng)自身可靠性上做文章，難以從根本上解決問題，因?yàn)樵倏煽康南到y(tǒng)也不可能達(dá)到百分之百安全可靠。通過對(duì)以往溢水事故的統(tǒng)計(jì)和原因分析，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)溢水事故是由于液位傳感器失效引起的。針對(duì)這個(gè)問題，本實(shí)用新型在保留現(xiàn)有上水系統(tǒng)基礎(chǔ)上，提供一套更可靠的上水系統(tǒng)防溢水保護(hù)電路。

采用本防溢水保護(hù)電路后，只有當(dāng)原上水控制系統(tǒng)和防溢水保護(hù)電路同時(shí)發(fā)生故障時(shí)才會(huì)發(fā)生溢水事故，從而使整個(gè)系統(tǒng)的安全性成數(shù)量級(jí)的提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種高層建筑水箱上水系統(tǒng)防溢水保護(hù)電路，實(shí)現(xiàn)高層建筑水箱上高水位的自動(dòng)監(jiān)控。當(dāng)原上水控制系統(tǒng)發(fā)生故障將要發(fā)生溢水事故時(shí)，保護(hù)電路工作強(qiáng)行停止上水。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，一種高層建筑水箱上水系統(tǒng)防溢水保護(hù)電路，包括繼電器KA，交流接觸器KM，兩個(gè)探測(cè)電極，常閉按鈕SB₁，常開按鈕SB₂，隔離變壓器。其中，市用交流電通過隔離變壓器為繼電器KA供電；兩個(gè)探測(cè)電極分別與繼電器KA連接；兩個(gè)探測(cè)電極固定在高層建筑水箱內(nèi)，當(dāng)高層建筑水箱的水位到達(dá)設(shè)定的水位高度時(shí)，兩個(gè)探測(cè)電極通過水導(dǎo)通使得繼電器KA處于通電狀態(tài)；繼電器KA的第一觸點(diǎn)KA₁連接工作第一指示燈(即正常指示燈W₁)，第二觸點(diǎn)KA₂連接第二指示燈(即報(bào)警指示燈W₂)和蜂鳴器W₃，第三觸點(diǎn)KA₃連接常閉按鈕SB₁，第四觸點(diǎn)KA₄連接交流接觸器KM，第五觸點(diǎn)KA₅與原高層建筑水箱上水系統(tǒng)的浮球傳感器的高水位信號(hào)母線連接；常開按鈕SB₂連接兩個(gè)探測(cè)電極，當(dāng)按下常開按鈕SB₂時(shí)，兩個(gè)探測(cè)電極相互接通；交流接觸器KM的三聯(lián)動(dòng)合觸點(diǎn)KM₁與原高層建筑水箱上水系統(tǒng)的泵電機(jī)的供電電路串聯(lián)。

其中，繼電器KA的第一觸點(diǎn)KA₁和第四觸點(diǎn)KA₄為動(dòng)斷觸點(diǎn)；繼電器KA的第二觸點(diǎn)KA₂、第三觸點(diǎn)KA₃和第五觸點(diǎn)KA₅為動(dòng)合觸點(diǎn)。

更為詳細(xì)的是，當(dāng)高層建筑水箱的水位到達(dá)設(shè)定的水位高度時(shí)，繼電器KA處于通電狀態(tài)，繼電器KA的五個(gè)觸點(diǎn)開關(guān)同時(shí)工作，分別為：

第一觸點(diǎn)KA₁斷開，正常上水指示燈W₁滅；

第二觸點(diǎn)KA₂接通，報(bào)警指示燈W₂亮和蜂鳴器W₃響；

第三觸點(diǎn)KA₃接通，繼電器KA供電保持，防止因水位波動(dòng)造成KA頻繁加電、掉電，導(dǎo)致泵電機(jī)反復(fù)啟動(dòng)；故障排除后按常閉按鈕SB₁，恢復(fù)正常上水；

第四觸點(diǎn)KA₄斷開，控制交流接觸器KM斷電；交流接觸器KM斷電后，其三聯(lián)動(dòng)合觸點(diǎn)KM₁斷開，泵電機(jī)斷電停止上水；

第五觸點(diǎn)KA₅接通，強(qiáng)制閉合原浮球傳感器高水位信號(hào)回路，作為備保，利用原上水控制系統(tǒng)停止上水；

本實(shí)用新型的有益效果是：

(1)不用液位傳感器探測(cè)液位，不存在傳感器失效問題，提高了系統(tǒng)的可靠性；

(2)電路邏輯簡(jiǎn)單，而簡(jiǎn)單也就意味著可靠。通過選用優(yōu)質(zhì)元器件、合理安排線路布局以及對(duì)關(guān)鍵部位采用串并聯(lián)冗余措施，可進(jìn)一步提高可靠性；

(3)本電路可以方便地進(jìn)行自檢(上水過程中按下常開按鈕SB₂，若上水停止，則說明保護(hù)電路正常)，通過定期自檢和重要事件前抽檢，可以最大限度地保證系統(tǒng)安全可靠；

(4)本改造方案原理清楚、電路簡(jiǎn)單可靠，對(duì)現(xiàn)有上水系統(tǒng)改動(dòng)小，投入少，工程量小，可立足本身自行改造，日常維護(hù)也非常方便。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型提供的高層建筑水箱上水系統(tǒng)防溢水保護(hù)電路的主要結(jié)構(gòu)的原理示意圖；

圖2是本實(shí)用新型所包括的控制泵電機(jī)斷電模塊原理示意圖；

圖3是本實(shí)用新型所包括的報(bào)警模塊原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的某一具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。

本實(shí)用新型提供電路的核心部件是繼電器KA和交流接觸器KM。通過控制繼電器KA和交流接觸器KM的通電狀態(tài)，使得繼電器KA的五個(gè)不同觸點(diǎn)和交流接觸器KM的一個(gè)三聯(lián)動(dòng)合觸點(diǎn)處于連接或斷開狀態(tài)，從而使每個(gè)觸點(diǎn)連接的電路或部件處于設(shè)定的狀態(tài)。為了說明清楚，我們根據(jù)本實(shí)用新型提供的電路具有的四個(gè)不同的功能將電路分成四個(gè)模塊在圖1至圖3中中展示出來，四個(gè)模塊分別為：a)保護(hù)水位監(jiān)測(cè)模塊(在圖1中示出)；b)控制原傳感器高水位信號(hào)閉合模塊(在圖1中示出)；c)控制泵電機(jī)斷電模塊(在圖2中示出)；d)報(bào)警模塊(在圖3中示出)。

從圖中可以看出，本實(shí)用新型提供的電路的組件包括繼電器KA，交流接觸器KM，探測(cè)電極C和探測(cè)電極D，常閉按鈕SB₁，常開按鈕SB₂，隔離變壓器，正常指示燈W₁(綠色)，報(bào)警指示燈W₂(紅色)和蜂鳴器W₃。市用交流電通過隔離變壓器為繼電器KA供電。保護(hù)水位監(jiān)測(cè)模塊和報(bào)警模塊中分別使用兩個(gè)快速保險(xiǎn)絲F為使用安全設(shè)置，屬于本領(lǐng)域的慣用手段；控制泵電機(jī)斷電模塊中的三個(gè)保險(xiǎn)絲T是原上水系統(tǒng)固有的。同樣的，電阻R用于調(diào)整電路的阻抗，模擬兩探測(cè)電極之間水的電阻，屬于本領(lǐng)域的慣用手段。

探測(cè)電極C和探測(cè)電極D分別與繼電器KA連接；探測(cè)電極C和探測(cè)電極D固定在高層建筑水箱內(nèi)，當(dāng)高層建筑水箱的水位到達(dá)設(shè)定的水位高度時(shí)，兩個(gè)探測(cè)電極通過水導(dǎo)通使得繼電器KA處于通電狀態(tài)，通常設(shè)定的水位高度略高于原上水系統(tǒng)的浮球傳感器的高水位，即停止上水水位；繼電器KA的第一觸點(diǎn)KA₁連接工作正常指示燈W₁，第二觸點(diǎn)KA₂連接報(bào)警指示燈W₂和蜂鳴器W₃，第三觸點(diǎn)KA₃連接常閉按鈕SB₁，第四觸點(diǎn)KA₄連接交流接觸器KM，第五觸點(diǎn)KA₅連接原高層建筑水箱上水系統(tǒng)的浮球傳感器的高水位信號(hào)母線；常開按鈕SB₂連接兩個(gè)探測(cè)電極，當(dāng)按下常開按鈕SB₂時(shí)，接通兩個(gè)探測(cè)電極；交流接觸器KM與原高層建筑水箱上水系統(tǒng)的泵電機(jī)的供電電路連接。

利用本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的功能是：

(1)防溢水保護(hù)功能

當(dāng)上水系統(tǒng)失效，水位超過設(shè)定的高度A點(diǎn)所在位置，淹沒探測(cè)電極C和探測(cè)電極D時(shí)，繼電器KA的供電電路經(jīng)水接通，繼電器KA的動(dòng)斷觸點(diǎn)KA₄斷開，交流接觸器KM斷電，其三聯(lián)動(dòng)合觸點(diǎn)KM₁斷開高層建筑水箱上水系統(tǒng)的泵電機(jī)的三相供電，泵電機(jī)停止工作使得上水停止；同時(shí)繼電器KA的動(dòng)合觸點(diǎn)KA₅接通浮球傳感器高水位信號(hào)回路，相當(dāng)于浮球傳感器高水位干簧觸點(diǎn)接通，通過原上水系統(tǒng)控制泵電機(jī)斷電。

(2)報(bào)警功能

當(dāng)上水控制系統(tǒng)失效，繼電器KA通電后，動(dòng)斷觸點(diǎn)KA₁斷開，動(dòng)合觸點(diǎn)K₂接通，綠燈W₁滅，紅燈W₂亮，蜂鳴器W₃鳴叫，提醒自動(dòng)上水系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

(3)狀態(tài)保持功能

當(dāng)上水控制系統(tǒng)失效，繼電器KA通電后，動(dòng)斷觸點(diǎn)KA₄斷開，交流接觸器KM斷電，其三聯(lián)動(dòng)合觸點(diǎn)KM₁斷開，高層建筑水箱上水系統(tǒng)的泵電機(jī)的三相供電斷電不再工作；但是一旦水位回落后繼電器KA掉電，動(dòng)斷觸點(diǎn)KA₄閉合，KM供電閉合，泵電機(jī)重新啟動(dòng)；水位上升后繼電器KA再次接通，泵電機(jī)再次被斷電，從而出現(xiàn)頻繁啟動(dòng)的現(xiàn)象。另外，當(dāng)水箱水位剛剛達(dá)到兩探測(cè)電極位置時(shí)，也會(huì)因水面波動(dòng)造成兩電極的頻繁接通、斷開。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了狀態(tài)保持功能，即：繼電器KA一經(jīng)接通，其動(dòng)合觸點(diǎn)KA₃即閉合，這樣即使水位回落，探測(cè)電極C和探測(cè)電極D斷開，繼電器KA也不會(huì)掉電，從而防止泵再次自動(dòng)啟動(dòng)。在上水系統(tǒng)的故障消除后，人工按下常開按鈕SB₁，回復(fù)到正常監(jiān)控狀態(tài)。

(4)自檢功能

在日常工作狀態(tài)下，即沒有發(fā)生水箱上水系統(tǒng)溢水的情況下，按下常開按鈕SB₂等效于強(qiáng)制接通探測(cè)電極C和探測(cè)電極D，模擬水位到達(dá)了設(shè)定的高度，繼電器KA通電，報(bào)警功能、防溢水保護(hù)功能和狀態(tài)保持功能啟動(dòng)，如果當(dāng)時(shí)正在自動(dòng)上水，則上水停止。據(jù)此可以隨時(shí)檢測(cè)本實(shí)用新型電路是否正常工作。

本實(shí)用新型的電路是用水作導(dǎo)體監(jiān)測(cè)保護(hù)水位，而水的導(dǎo)電能力是有限的，因此需要驗(yàn)證用水做導(dǎo)體，電路能否正常工作。電路采用～220V電源驅(qū)動(dòng)，經(jīng)水箱內(nèi)的水導(dǎo)通，其安全性也需要進(jìn)行分析驗(yàn)證。

(1)導(dǎo)電功能試驗(yàn)

試驗(yàn)用普通容器盛水模擬水箱。試驗(yàn)方法是將容器內(nèi)的水、電阻箱、繼電器串聯(lián)后接入～220V電源，通過改變電阻箱的輸出電阻和是否串入水，測(cè)試試驗(yàn)電路各種狀態(tài)下的工作情況。試驗(yàn)結(jié)果見下表，表示串入不同電阻，繼電器是否接通的工作情況。

水的導(dǎo)電能力受多種因素影響，其中最主要的是硬度和水溫，另外電極的形式(大小、形狀、距離)、水體的大小形狀、容器壁的導(dǎo)電性能等也影響兩電極之間電阻的大小。常溫下實(shí)測(cè)當(dāng)?shù)啬辰ㄖ锼?殼體為非導(dǎo)電材料)內(nèi)兩點(diǎn)之間水的電阻約為5kΩ。由于水分子是極性分子，加電后實(shí)際電阻還要小一些，如上表中，串入14kΩ電阻和水后電路正常工作，單獨(dú)串入16kΩ電阻則電路不能工作，可見這時(shí)串入水的電阻小于2kΩ。綜上所述，本實(shí)用新型的電路直接用水做導(dǎo)體是可行的，電路能夠正常工作。

(2)安全性分析

本實(shí)用新型采用了隔離變壓器，把繼電器所在電路支路和市電電網(wǎng)有效隔離，消除了電路通過水箱接地線漏電的隱患。

雖然交流繼電器所在電路支路的驅(qū)動(dòng)電源為～220V，但因?yàn)榻涣骼^電器自身阻抗較大，所以該電路支路工作電流較小，只有6mA(人體的安全電流為10mA)；該電路支路加電后，模擬水箱不接地時(shí)，測(cè)的水與地之間電壓約為～15V(人體安全電壓為36V)；接地后，水與地之間電壓為零。

綜上所述，通過對(duì)水箱(箱壁非導(dǎo)體時(shí)對(duì)水體)可靠接地，并采用隔離變壓器，可保證水箱及水體不會(huì)發(fā)生漏電、觸點(diǎn)危險(xiǎn)。但電路的其它部分仍需按～220V市電的安全用電規(guī)定做好絕緣、接地等防護(hù)措施。

綜上所述，本實(shí)用新型的特點(diǎn)進(jìn)一步總結(jié)如下：

(1)不用液位傳感器探測(cè)液位，不存在傳感器失效問題，提高了系統(tǒng)的可靠性；(2)電路邏輯簡(jiǎn)單，而簡(jiǎn)單也就意味著可靠。通過選用優(yōu)質(zhì)元器件、合理安排線路布局以及對(duì)關(guān)鍵部位采用串并聯(lián)冗余措施，可進(jìn)一步提高可靠性；(3)再可靠的電路也存在失效的可能，因此，只有當(dāng)發(fā)生故障前能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，才能真正做到萬無一失。本電路可以方便地進(jìn)行自檢，通過定期自檢和重要事件前抽檢，可以最大限度地保證系統(tǒng)安全可靠；(4)本實(shí)用新型可通過閉合浮球傳感器的高位信號(hào)回路來間接控制泵電機(jī)斷電，通過多種渠道實(shí)現(xiàn)防溢水；(5)本改造方案原理清楚、電路簡(jiǎn)單可靠，對(duì)現(xiàn)有上水系統(tǒng)改動(dòng)小，投入少，工程量小，可立足本身自行改造，日常維護(hù)也非常方便。

自動(dòng)上水系統(tǒng)因傳感器失效等原因發(fā)生溢水是一常見故障，本設(shè)計(jì)方案亦適用于其它對(duì)溢水安全有特殊要求的上水系統(tǒng)。