专利名称：变频调速变压力供水控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种用于供水控制系统的装置，属于供水控制设备的技术领域。
目前比较先进的供水系统是恒压供水变频调速系统，其恒压值是建筑物最高度与最大用水量时水泵出水口至最不利水点的管路损耗之和决定的。管路损耗H损与流量Q符合H损＝kQ2(也称管路特性曲线，其中K为常数)。实际工作中，水泵机组在大部分时间工作在中小水量，因此水泵出口压力仅需H＝H0+KQ2(H为瞬时水压，H0为最不利水点处的高度与其所要求的最低出水压之和)，恒压变量供水比实际所需压力高出ΔH＝K·(Qm2-Q2)(其中Qm为恒压供水的最大流量)。这样在正常供水时，就会浪费大量的能量。对于简单的供水管网(如单楼，单一用水末端)，可直接将压力变送器装在末端，使之压力恒定。而对一般管网有多个用水末端，且最不利水点随用水负载变化而变化，理论上可对所有可能不利水点的压力进行采集，但这样做的成本高，技术难度大，不适宜大规模推广。
若在水泵出水口处加装流量计，检测流量信号原理上可实现理想的变压变量控制，但由于流量计价格高，管路需特殊设计和安装，不适宜对现有的管网进行改造。
本实用新型的目的就是提供一种结构简单，安装方便，具有显著节能效果的变频调速变压力供水控制器。
本实用新型的主要特点是根据瞬时用水量的大小，采用线性改变水泵出水口供水压力的方法以达到节能的目的。在结构上由最小压力设定电路、最大压力设定电路、变压样板信号产生电路、PI调节器(比例积分调节器)，频率上、下限开关电路、显示电路所组成，其中由最小压力设定电路、最大压力设定电路、变压样板信号产生电路、PI调节器构成信号处理电路，由频率上、下限开关电路构成开关电路。最小压力设定电路和最大压力设定电路的输出端接变压样板信号产生电路的输入端，变压样板信号产生电路的输出端及供水系统中压力变送器的输出端接PI调节器的输入端，PI调节器的输出端其中一路接供水驱动电路中的变频器，另一路接变压样板信号产生电路和频率上、下限开关电路的输入端，频率上、下限开关电路的输出端接供水驱动电路中的可编程控制器。
其中，最小压力设定电路和最大压力设定电路分别由十进制8421码拨盘开关KS3、KS4、集成电路U1B及KS1、KS2、集成电路U1A构成，拨盘开关的开关信号输出端分别接集成电路U1A和U1B的反相输入端。
变压样板信号产生电路中包括乘法电路、电压分配电路、加法电路，其中乘法电路主要由集成电路U3、U4、U5及晶体管Q1、Q2所构成，该乘法器的输入端有两个，一个为集成电路U4A的反相输入端，该端与U9A的输出端相连接，另一个为电阻R37的输入端，该端与U2A的输出端相连接。
电压分配电路由集成电路U8、U9、U10A及开关组K1、K2、电阻R17-R24相串联所组成，其中串联后的两头分别接电源和开关K1的h′端，而串联电路中的每两个电阻的接点，分别接开关K1和K2的对应触点。
PI调节器主要由集成电路U7A和U7B及二级管D1、D2、D3、D4所组成，其中U7A的同相输入端为压力变送器的信号输入端，U7A的输出端通过电阻R60、R61与U7B的反相输入端相连接，二极管D3、D4头尾相接，并接在U7B的同相和反相输入端上。
频率上、下限开关电路主要由集成电路U11、U12、光电耦合电路PC1、PC2、晶体管Q3、Q4、继电器J1、J2所组成，其中U11A的反相输入端和U11B的同相输入端均与U8B的输出端相连接，晶体管Q3、Q4的集电极分别与继电器J2、J1相连接。
本实用新型的工作原理及过程为首先在工作前我们需确定工作水泵(以相同功率为例)的台数如1台则需将设定组合开关K2的1，1′二点短接，如有2台工作则需将K2的2，2′二点短接，依次类推，对应地电路中某点的参数需作调整，现在以2台为例说明工作原理。
系统刚得电时，变压样板信号产生电路中的乘法器输出(U4B的输出)为0，U2B输出对应Pmin的加法器U6A中只反映Pmin的值，即U6A输出电位对C7充电使U6B的输出逐渐增加，当此电位大于压力变送器信号经U7A放大后的电压，即反馈信号时，PI调节电路U7B的输出电压开始从最初(0～-0.5V)增加，乘法电路输出从0开始线性增加(因乘法器的另一路输入位不变；为Pmax-Pmin)相应地加法器U6A的输出也增加U6B的输出样板压力信号，跟着线性增加，即样板压力信号随U7B的输出呈线性增加，PI调节器U7B的输出也增加，这样输入到变频器内的频率给定信号增大，变频水泵转速加快，供水量增加，且供水压力呈更快的速度增加，压力变送器反馈回来的信号也增大，因它的增加速度比U6B输出样板压力信号增加速度快，所以在某一状态它们会达到相等，使PI调节器达到平衡工作状态。此时如用水量再增加，水压会略下降，压力变送器的反馈信号会降低，又会产生前面介绍的情况，如此时变频输出频率达50Hz，变频泵不能再增速，上限频率开关动作，经外部控制(PC机)，延时10S左右，启动定量泵(恒速运转泵)，且使K1的a，a′两端点短接，使电压分配电路的输出增加一个定值，此时变频泵转速会很快下降，系统又达一新的平衡。如用水量减小，原供水压力略高，压力变送器反馈信号大于样板信号，PI调节器输出减小，变频泵转速降低，当降到一定时，下限频率开关电路动作，经外部控制(PC机)延时10S左右，停掉定量泵(恒速泵)，且使K1的a，a′两端点断开。如此自动适应控制，使供水压力随用水量的变化而变化。
本实用新型的优点在于1、节能效果明显。该控制器根据瞬时用水量的大小，采用线性改变水泵出水口供水压力的方法，确保水泵出水口供水压力与瞬时用水量相适应，既不超压供水，也不负压供水，因此能节约大量电能，且能保证正常供水。
2、结构简单，安装方便。本实用新型结构简单，全部器件安装在一块线路板上，总体结构简明，没有任何有特殊要求的地方，因此制造工艺简单，安装方便，能方便地与各种供水系统配套使用。
3、通用性强，应用范围广。由于本控制器具有通用输出接口与供水系统中驱动电路的变频器和可编程控制器相接，因此可与自动供水系统中的各种控制电路相连接，通用性较强。
图1是本实用新型的结构框图。其中包括最小压力设定电路1、最大压力设定电路2、变压样板信号产生电路3、PI调节器4、频率上、下限开关电路5、显示电路6、压力变送器7、供水驱动电路中的变频器8和可编程控制器9。
图2是本实用新型的电路结构原理图。
本实用新型的实施方案如下本实用新型的变频调速变压力供水控制器由最小压力设定电路1、最大压力设定电路2、变压样板信号产生电路3、PI调节器4、频率上、下限开关电路5、显示电路6所组成，其中最小压力设定电路1主要由十进制8421拨盘开关KS3、KS4及集成电路U1B所组成；最大压力设定电路2由十进制8421拨盘开关KS1、KS2及集成电路U1A所组成，U1A与U1B共用一块“LM358”双适放集成电路。变压样板信号产生电路3包括加法电路U2A、U2B、U6A、乘法电路U3、U4、U5及晶体管Q1、Q2、电压分配电路U8、U9、U10及电阻R17～R24和开关K1、K2、延时电路U6B、R51、R52、C7，其中集成电路U5为“N555”时基电路，U2、U3、U4、U6、U8、U9、U10采用“LM358”双运放集成电路，晶体管Q1、Q2的型号为“8050”。PI调节器4主要由集成电路U7A和U78所组成，U7A和U7B共用一块“LM358”双运放集成电路，供水系统中，压力变送器7通过电阻R56接在U7A的同相输入端频率，上、下限开关电路5由集成电路U11、U12及光电耦合器PC1、PC2继电器J1、J2和晶体管Q3、Q4组成，其中集成电路U11为“LM393”双比较器，U12为“40106”六反相器，光电耦合器PC1、PC2的型号为“TIL521-1”，晶体管Q3、Q4的型号为“8050”。该部分电路的输出通过继电器J1、J2与水泵驱动电路中的可编程控制器相连接。根据以上所述，便可组成本实用新型的变频调速变压力供水控制器。
权利要求1.一种变频调速变压力供水控制器，由信号处理电路和开关电路所组成，其特征在于该控制器的信号处理电路由最小压力设定电路(1)、最大压力设定电路(2)、变压样板信号产生电路(3)、PI调节器(4)构成，开关电路由频率上、下限开关电路构成，其中，最小压力设定电路(1)和最大压力设定电路(2)的输出端接变压样板信号产生电路(3)的输入端，变压样板信号产生电路(3)的输出端及供水系统中的压力变送器(6)的输出端接PI调节器(4)的输入端，PI调节器(4)的输出端其中一路接供水驱动电路中的变频器(7)，另一路接变压样板信号产生电路(3)和频率上、下限开关电路(5)的输入端，频率上、下限开关电路(5)的输出端接供水驱动电路中的可编程控制器(8)。
2.根据权利要求1所述的变频调速变压力供水控制器，其特征在于最小压力设定电路(1)和最大压力设定电路(2)分别由拨盘开关KS3、KS4、U1A及KS1、KS2、U1B构成，开关信号的输出端分别接U1A和U1B的反相输入端。
3.根据权利要求1或2所述的变频调速变压力供水控制器，其特征在于变压样板信号产生电路(3)中的乘法电路主要由集成电路U3、U4、U5及晶体管Q1、Q2的构成，该乘法器的输入端有2个，一个为集成电路U4A的反相输入端，该端与U9A的输出端相连接，另一个为电阻R37的输入端，该端与U2A的输出端相连接。
4.根据权利要求1或2所述的变频调速变压力供水控制器，其特征在于变压样板信号产生电路(3)中的电压分配电路由U8、U9、U10A、K1、K2及电阻R17～R24所组成，其中电阻R17～R24相串联，其串联后的两头分别接电源和开关K1的h′端，而相串联的电路中的每两个电阻的接点，分别接开关K1和K2的对应触点。
5.根据权利要求1或2所述的变频调速变压力供水控制器，其特征在于PI调节器(4)主要由集成电路U7A和U7B及二极管D1、D2、D3、D4所组成，其中U7A和同相输入端为压力变送器的信号输入端，U7A的输出端通过电阻R6D、R6I与U7B的反相输入端相连接，二极管D3、D4头尾相接，并接在U7B的同相和反相输入端上。
6.根据权利要求1或2所述的变频调速变压力供水控制器，其特征在于频率上、下限开关电路(5)主要由集成电路U11、U12、光电耦合电路PC1、PC2、晶体管Q3、Q4、继电器J1、J2所组成，其中U11A的反相输入端和U11B的同相输入端均与U8B的输出端相连接，晶体管Q3、Q4的集电极分别与继电器J2、J1相连接。
专利摘要变频调速变压力供水控制器是一种用于供水控制系统的装置，它主要的特点是根据瞬时用水量的大小，采用线性改变水泵出水口供水压力的方法，以达到节能的目的，该控制器主要由最小压力设定电路、最大压力设定电路、变压样板信号产生电路、PI调节器、频率上、下限开关电路和显示电路所组成，该控制器的输入信号来自供水系统中的压力变送器，输出信号接至供水系统中驱动电路的变频器和可编程控制器。
文档编号E03B11/00GK2270075SQ9622348
公开日1997年12月10日 申请日期1996年8月20日 优先权日1996年8月20日
发明者蒋根才 申请人:蒋根才