專利名稱：微機控制變結(jié)構(gòu)自適應(yīng)供水系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微機控制的變結(jié)構(gòu)自適應(yīng)供水系統(tǒng)。
本發(fā)明可用于各類水廠、加壓泵站、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活供水、公共建筑供水、采暖供水、冷卻供水、循環(huán)供水等無塔供水系統(tǒng)。它能根據(jù)供水網(wǎng)絡(luò)中水壓和流量的變化，自動調(diào)節(jié)投入運行電機和水泵的臺數(shù)及轉(zhuǎn)速，使供水網(wǎng)絡(luò)中各主要部件(如電機、水泵等)始終工作在最佳運行曲線附近。這樣不僅提高了供水質(zhì)量，而且高效節(jié)能。
現(xiàn)在市場上流行的由電機-水泵構(gòu)成的無塔供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示(以三臺水泵為例)，其缺點是拖動水泵的電機只有“投入運行”和“斷開”兩種狀態(tài)，不可調(diào)速。這樣無論用戶需要多大壓力，供水網(wǎng)絡(luò)的壓力只能在有限的幾個恒定值上調(diào)節(jié)，不僅供水質(zhì)量差，而且能耗大。
調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速可以改變供水壓力，目前廣泛采用變頻調(diào)速。這樣構(gòu)成的系統(tǒng)如圖2所示(以三臺電機為例)。變頻調(diào)速是交流電機調(diào)速的常用方法之一，具有調(diào)速范圍大、調(diào)速性能好等一系列優(yōu)點。但其致命弱點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要使用大量的功率晶體管器件，且價格昂貴，維修復(fù)雜。目前國內(nèi)使用的變頻調(diào)速器大都依賴進口。
調(diào)壓調(diào)速也是交流電機調(diào)速的方法之一，但是由于電壓降低時電機的輸出力矩也隨之降低，因此拖動水泵的電機一般不采用調(diào)壓調(diào)速。
目前市場上流行的恒壓或恒壓變量供水系統(tǒng)的另一大缺點是供水壓力或流量是人為給定的，不能根據(jù)供水網(wǎng)絡(luò)的運行情況自動尋優(yōu)，即不具備自適應(yīng)功能。這樣的供水系統(tǒng)盡管也能夠保證較好的供水質(zhì)量，具有較好的節(jié)能效果，但仍然有較大的能量浪費，且供水質(zhì)量也不是最佳的。
本發(fā)明的目的為解決上述問題，本發(fā)明選用TFS系列新型交流調(diào)速電機，采用變結(jié)構(gòu)自適應(yīng)控制，使得電機具有良好的調(diào)壓調(diào)速功能，滿足水泵調(diào)速的要求。采用變結(jié)構(gòu)自適應(yīng)控制，可以根據(jù)用戶的要求和供水網(wǎng)絡(luò)的實際運行狀態(tài)，自動地改變供水壓力和流量，使系統(tǒng)成為最低能耗系統(tǒng)，即在保證供水壓力和流量的前提下使電機和水泵的能耗最低。這樣不僅保證了供水質(zhì)量，最大限度地降低了系統(tǒng)能耗，而且由于整個系統(tǒng)控制功能的實現(xiàn)是由計算機軟件來實現(xiàn)的，且省掉了價格昂貴的變頻調(diào)速器，因此可簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、減少設(shè)備投資，使用維護更加方便。
本發(fā)明的優(yōu)點與常規(guī)的無塔供水以及新近出現(xiàn)的各種全自動恒壓(變壓)供水系統(tǒng)相比，本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點1.用計算機作為控制器，采用變結(jié)構(gòu)自適應(yīng)控制算法，能夠根據(jù)用戶要求和供水網(wǎng)絡(luò)的實際運行狀態(tài)，自動選擇電機和水泵的運轉(zhuǎn)臺數(shù)和轉(zhuǎn)速，進而自動改變供水壓力和流量，使系統(tǒng)成為最低能耗系統(tǒng)，始終工作在最佳運行曲線附近。
2.采用交流電機調(diào)壓調(diào)速而不使用變頻調(diào)速，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用維護方便。
3.控制方案由計算機軟件實現(xiàn)，既簡化了硬件電路，又便于更改，可以滿足用戶的特殊要求，提高系統(tǒng)的運行可靠性和適用范圍。
4.可控硅調(diào)壓系統(tǒng)采用純數(shù)字式控制，觸發(fā)脈沖由計算機應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生，可省掉常規(guī)的觸發(fā)脈沖形成與移相環(huán)節(jié)，進一步簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的技術(shù)實施方案本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示(以三臺電機為例)。主要包括計算機應(yīng)用系統(tǒng)14，輸入檢測部分17、19、20、21，輸出控制部分16、C1、C2、C3，輸入給定及狀態(tài)顯示部分12、13，可控硅調(diào)壓系統(tǒng)15、18，電機22、2、3，水泵4、5、6等幾大部分。
該系統(tǒng)工作時，首先根據(jù)用戶對供水系統(tǒng)的要求，通過控制輸入電路13輸入有關(guān)供水參數(shù)(如供水壓力、流量、高峰用水時間等)即給定參數(shù)，并通過PB接口送入計算機應(yīng)用系統(tǒng)14。壓力和流量檢測電路19、20及水池中的水位檢測電路21用于檢測供水網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)即反饋參數(shù)，這些反饋參數(shù)通過信號變換器17，由PE接口送入計算機應(yīng)用系統(tǒng)14。當(dāng)市網(wǎng)供水壓力或流量、用戶瞬時用水量等參數(shù)變化時，計算機應(yīng)用系統(tǒng)14根據(jù)給定參數(shù)和反饋參數(shù)，按照其內(nèi)部事先固化的本系統(tǒng)給定的控制程序進行變結(jié)構(gòu)自適應(yīng)控制，選擇出應(yīng)當(dāng)投入運行的電機臺數(shù)及電機22的最佳轉(zhuǎn)速值。然后通過電機通斷控制電路16控制電機22、2、3的開動(接通)與停止運轉(zhuǎn)(斷開);由計算機應(yīng)用系統(tǒng)14的PC.0、PC.1、PC.2、PC.3、PC.4、PC.5接口通過脈沖放大器15輸出不同的觸發(fā)脈沖到可控硅調(diào)壓電路18中的6只可控硅的門級，控制可控硅調(diào)壓電路18的輸出電壓，即控制加在TFS型電機22上的電壓，進而控制電機22的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)供水壓力和流量，使得在保證用戶壓力和流量的前題下電機和水泵的輸出功率和能量消耗最小，即保證供水系統(tǒng)工作在最低能耗狀態(tài)。這就是最佳運行狀態(tài)。這樣不僅提高了供水質(zhì)量，而且最大限度地減少了系統(tǒng)損耗，節(jié)能效果明顯。
狀態(tài)顯示器12用于顯示供水系統(tǒng)的工作狀態(tài)，如瞬時壓力、流量、投入運行的電機臺數(shù)等。并可在系統(tǒng)出故障時顯示出故障類別和故障點。
本發(fā)明利用計算機應(yīng)用系統(tǒng)14內(nèi)部的定時器制成了一臺軟件時鐘，可按時間控制原則控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)。例如可設(shè)置600～1700點為正常供水時間，在此時間內(nèi)系統(tǒng)工作在最低能耗狀態(tài);設(shè)置1700～2000點為高峰供水時間，此時系統(tǒng)工作在最大流量輸出狀態(tài)。設(shè)置2000點～次日600點為低潮供水時間，此時系統(tǒng)工作在維持流量輸出狀態(tài)。


圖1由電機-水泵構(gòu)成的常規(guī)無塔供水系統(tǒng)框圖。
圖2具有變頻調(diào)速功能的恒壓(變壓)供水系統(tǒng)框圖。
圖3微機控制變結(jié)構(gòu)自適應(yīng)供水系統(tǒng)框圖。
圖4微機控制變結(jié)構(gòu)自適應(yīng)供水系統(tǒng)電氣原理圖。
圖中符號表示a、b、c、N-三相交流電源，1、2、3-電機，4、5、6-水泵，7-供水管，8-用戶，9-進水管，10-儲水池，11-變頻調(diào)速器，12-狀態(tài)顯示器，13-控制輸入電路，14-計算機應(yīng)用系統(tǒng)，15-脈沖放大器，16-電機通斷控制電路，17-信號變換器，18-可控硅調(diào)壓電路，19、20-壓力和流量檢測電路，21-水位檢測電路，22-TFS系列電機，23-驅(qū)動器，24-放大器。
J1、J2、J3-中間繼電器，J1-1-J1的節(jié)點，J2-1-J2的節(jié)點，J3-1-J3的節(jié)點，C1、C2、C3-交流接觸器，C1-1、C1-2、C1-3-C1的節(jié)點，C2-1、C2-2、C2-3-C2的節(jié)點，C3-1、C3-2、C3-3-C3的節(jié)點。
PA、PB、PC.0、PC.1、PC.2、PC.3、PC.4、PC.5、PD、PE-計算機應(yīng)用系統(tǒng)的輸入/輸出接口，ADC-模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，MUX-多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，LED-顯示器。
圖4是本發(fā)明的一種實施例。
在圖4所示電路中，三相交流電源經(jīng)兩個交流接觸器C2、C3的節(jié)點C2-1、C2-2、C2-3和C3-1、C3-2、C3-3分別接到二臺電機2和3上。三相交流電源經(jīng)交流接觸器C1的節(jié)點C1-1、C1-2、C1-3和6只可控硅組成的調(diào)壓電路18與電機22相連。電機22、2、3分別接水泵4、5、6。各水泵的進水管接儲水池10，出水管接供水管7。而后由供水管7分別接到各用戶8。
計算機應(yīng)用系統(tǒng)14由MCS-51或MCS-96單片機和EPROM存儲器為核心構(gòu)成，EPROM中存放系統(tǒng)應(yīng)用程序。PC接口的6根口線PC.0、PC.1、PC.2、PC.3、PC.4、PC.5經(jīng)脈沖放大器15接可控硅調(diào)壓電路18中的6只可控硅的門極。這樣改變PC.0～PC.5接口的輸出波形即可改變可控硅調(diào)壓電路18的輸出電壓，進而控制電機22的轉(zhuǎn)速。PA接口作為輸出接口使用，與由驅(qū)動器23和LED(或LCD)顯示器組成的狀態(tài)顯示器12相接。只要在PA接口輸出相應(yīng)的數(shù)值，就可以在LED(或LCD)上獲得需要顯示的內(nèi)容。PB接口作為輸入口使用，與由撥盤開關(guān)(或鍵盤)組成的控制輸入電路13相接。用戶對供水系統(tǒng)的各種要求可以通過控制電路13經(jīng)PB口送入計算機應(yīng)用系統(tǒng)14。PD接口作為輸出接口使用，它經(jīng)放大器24和中間繼電器J1、J2、J3連接;J1、J2、J3的節(jié)點J1-1、J2-1、J3-1和交流接觸器C1、C2、C3連接;C1的節(jié)點C1-1、C1-2、C1-3，C2的節(jié)點C2-1、C2-2、C2-3，C3的節(jié)點C3-1、C3-2、C3-3分別與三相交流電源和三臺電機22、2、3相連接;這樣便構(gòu)成了電機通斷控制電路16。
為了更有效地檢測供水狀態(tài)，本發(fā)明在水泵出口7處和用戶8處都安裝有壓力和流量檢測電路19、20，在儲水池10中安裝水位檢測電路21。19、20、21的檢測信號經(jīng)由多路開關(guān)MUX和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC組成的信號變換器17送入計算機應(yīng)用系統(tǒng)14的PE口。
本發(fā)明中的電機22、2、3和水泵4、5、6，可以是N臺電機帶動N臺水泵的供水系統(tǒng)，其中只有一臺電機22采用TFS型電機進行調(diào)壓調(diào)速，其余N-1臺電機2、3等均不需要調(diào)速。
本發(fā)明在電路結(jié)構(gòu)不變的情況下，將計算機應(yīng)用系統(tǒng)14中固化的程序內(nèi)容改為消防供水或污水處理程序，即構(gòu)成消防供水或污水處理系統(tǒng)。
本發(fā)明在電路結(jié)構(gòu)不變的情況下，將計算機應(yīng)用系統(tǒng)14中的固化程序內(nèi)容改為壓氣或通風(fēng)控制程序;將水泵4、5、6改為空氣壓縮機或風(fēng)機;將檢測電路19、20改為風(fēng)壓和風(fēng)速檢測電路;將進水管9、儲水池10、水位檢測電路21去掉，即構(gòu)成微機控制變結(jié)構(gòu)自適應(yīng)壓氣或通風(fēng)系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種微機控制變結(jié)構(gòu)自適應(yīng)供水系統(tǒng)，是由電機22、2、3；水泵4、5、6；狀態(tài)顯示器12；控制輸入電路13；計算機應(yīng)用系統(tǒng)14；脈沖放大器15；電機通斷控制電路16等部分組成。其特征在于在控制輸入電路13中輸入給定參數(shù)，并通過PB接口送入計算機應(yīng)用系統(tǒng)14；由壓力和流量檢測電路19、20及水位檢測電路21測定的反饋參數(shù)通過信號變換器17由PE接口送入計算機應(yīng)用系統(tǒng)14；而后由計算機應(yīng)用系統(tǒng)14根據(jù)給定參數(shù)和反饋參數(shù)按其內(nèi)部事先固化的本系統(tǒng)給定的應(yīng)用程序，進行變結(jié)構(gòu)自適應(yīng)控制；通過計算機應(yīng)用系統(tǒng)14的PD接口和電機通斷控制電路16控制電機22、2、3的開動或停止運轉(zhuǎn)；由計算機應(yīng)用系統(tǒng)14的PC.0、PC.1、PC.2、PC.3、PC.4、PC.5接口經(jīng)脈沖放大器15與可控硅調(diào)壓電路18中的6只可控硅的門級相接；改變PC.0、PC.1、PC.2、PC.3、PC.4、PC.5接口的輸出波形，即可改變可控硅調(diào)壓電路18的輸出電壓，進而控制加在TFS型電機22上的電壓，實現(xiàn)對TFS型電機22的隨機調(diào)壓調(diào)速，達到控制供水壓力和流量的目的。
2.依照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所說的可控硅調(diào)壓電路18，是以6只可控硅每兩只為一組分別按照反并聯(lián)方式而組成，其電壓輸入端通過C1-1、C1-2、C1-3與三相交流電源相接;其電壓輸出端與TFS型電機22相接;其電壓控制端通過脈沖放大器15與計算機應(yīng)用系統(tǒng)14相接。
3.依照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所說的信號變換器17，是由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC及多路開關(guān)MUX以電氣連接而組成，其輸入端與壓力和流量檢測電路19、20以及水位檢測電路21連接，其輸出端與計算機應(yīng)用系統(tǒng)14相連。
4.依照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所說的電機22、2、3和水泵4、5、6，可以是N臺電機帶動N臺水泵的供水系統(tǒng)，其中只有一臺電機22采用TFS型電機進行調(diào)壓調(diào)速，其余N-1臺電機2、3等均不需要調(diào)速。
5.依照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所說的計算機應(yīng)用系統(tǒng)14中的固化程序，改為消防或污水處理程序，即構(gòu)成消防供水或污水處理系統(tǒng)。
6.依照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所說的計算機應(yīng)用系統(tǒng)14中的固化程序，改為壓氣或通風(fēng)控制程序，將水泵4、5、6改為空氣壓縮機或風(fēng)機;將檢測電路19、20改為風(fēng)壓和風(fēng)速檢測電路;將進水管9、儲水池10、水位檢測電路21去掉，即構(gòu)成微機控制變結(jié)構(gòu)自適應(yīng)壓氣或通風(fēng)系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明為一種微機控制變結(jié)構(gòu)自適應(yīng)供水系統(tǒng)，由單片計算機、信號檢測、可控硅調(diào)壓、交流電機、水泵等組成。主要特征是采用變結(jié)構(gòu)自適應(yīng)控制，電機用調(diào)壓調(diào)速不用變頻調(diào)整，控制方案由軟件實現(xiàn)，由計算機根據(jù)用戶要求及供水網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)，自動選擇投入運行的電機和水泵的臺數(shù)及轉(zhuǎn)速，保證系統(tǒng)工作在最低能耗狀態(tài)，供水質(zhì)量高，節(jié)能效果好?？捎糜谒畯S、泵站、生產(chǎn)及生活、建筑、采暖、消防等供水及污水處理、壓氣、通風(fēng)等場合。
文檔編號E03B11/16GK1085621SQ9311033
公開日1994年4月20日 申請日期1993年3月24日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月24日
發(fā)明者盧存?zhèn)? 錢捷 申請人:盧存?zhèn)?br>