专利名称：智能型恒压供水设备控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型提供了一种恒压供水设备的电气控制装置。
在需要恒压供水的场合，要有对多台水泵组成的泵组电机进行控制的控制装置。目前的控制装置在工作过程中，是把运行的变频器直接从一台水泵切换到另一台泵，不能保证各台泵启动频率为零。切换时启动频率较高，启动电流和启动水锤较大。每台泵地位不平等，磨损程度差别明显，不宜集中维护。水泵因故(如停电时间较长、池干等)进入空气失去作用后不能自动恢复正常使用，需人工灌泵。如有关交流接触器、中间继电器损坏，可以造成水泵电机不经变频而直接启动，使启动冲击电流和水锤大幅度增大，电机功率较大时，还可能进一步扩大故障范围。提供压力信号用的直流电源损坏后，系统会因没有信号而认为水压太低，以至使所有的水泵全速投入运行，导致系统管道超高压，有可能扩大故障范围。电机工频运行时无缺相保护，有时会因电源缺相烧毁电机。
本实用新型的目的是提供一种智能型恒压供水设备控制装置，以提高其控制及保护性能。
本实用新型是这样实现的，智能型恒压供水设备控制装置，它有微积分调节器PID与远传压力表相连，微积分调节器PID产生的调频信号送到变频器BP上，微积分调节器PID产生的压力上、下限信号接在可编程序控制器PLC上，可编程序控制器PLC产生的开关信号接到接触器组上，接触器组产生的反馈信号接在可编程序控制器PLC上，电接点压力表P产生的压力上上限和下下限信号、水位开关SK产生的水位信号、中间继电器Zbp检测信号及直流电源检测信号接在可编程序控制器上，可编程序控制器产生的报警信号接在报警器上，接触器组还接在变频器BP和水泵电机组之间。
这种智能型恒压供水设备控制装置具有如下优点1、通过程序控制，在变频器启动下一台需要启动的水泵电机之前停止运行一段时间(3秒钟)，使其在启动下一台电机时的输出频率保证从0HZ开始上升，使电机平稳加速，避免了启动电流冲击和启动水锤冲击。
2、每台水泵地位平等，磨损程度无明显差别，宜集中维护，节约人力和资源。
3、水泵因故(如停电时间较长、池干等)进入空气失去作用后可自动恢复正常使用，不需人工干预。
4、如有关交流接触器、中间继电器损坏，该装置可以测知，不会造成电机不经变频而直接启动，避免了启动冲击电流和水锤大幅度增大。
5、提供压力信号用的直流电源损坏后，程序会立即执行逐台停机操作，不会导致系统管道超高压。
6、电机长期有缺相保护，不会因电源缺相烧毁电机。
以下结合附图进一步说明本实用新型。
图1是本实用新型的电路原理方框图。图2是其主电路的电原理图。图3、图4、图5是其控制电路的电原理图。
如附图所示，本实用新型之智能型恒压供水设备控制装置，它有微积分调节器PID(2)与远传压力表(1)相连，微积分调节器产生的调频信号送到变频器BP(3)上，微积分调节器PID产生的压力上、下限信号接在可编程序控制器PLC(4)上，可编程序控制器PLC产生的开关信号接到接触器组(5)上，接触器组产生的反馈信号接在可编程序控制器PLC上，电接点压力表P(11)产生的压力上上限和下下限信号、水位开关SK(10)产生的水位信号、中间继电器Zbp(10)检测信号及直流电源DY(8)检测信号接在可编程序控制器PLC上，可编程序控制器PLC产生的报警信号接在报警器(7)上，接触器组还接在变频器BP和水泵电机组(6)之间。
如附图所示，所述的变频器BP(3)的1、2、3端接在空气开关4ZD上，4、5、6端接在交流接触器主触点1C′、2C′、3C′的一端上，7、8端接在微积分调节器PID的7、6端，1C′、2C′、3C′的另一端接在交流接触器主触点1C、2C、3C的输出端和热继电器主接点1R、2R、3R的输入端之间，水泵电机组(6)上的电机1M、2M、3M分别接在热继电器主接点1R、2R、3R的输出端上，交流接触器主触点1C、2C、3C的输入端接在空气开关1DZ、2DZ、3DZ上，空气开关1DZ、2DZ、3DZ、4DZ、5DZ接在交流电源上，自吸泵电机Mz经交流接触器主触点Cg接在3DZ和交流接触器主触点3C的输入端之间。
如附图所示，所述的微积分调节器PID(2)上，其1、2脚分别与电源零线N、电源b相相连，其3、5脚分别与可编程序控制器PLC的L+脚、I12脚相连，其4脚经中间继电器常闭触点Z2与可编程序控制器PLC的I11脚相连，其6、7脚分别与变频器BP的8、7端相连，其9、8脚与远传压力表Y(1)的2、3端相连，远传压力表的1、3端分别接在直流电源DY(8)的+5V输出端和G端上。
如附图所示，在所述的可编程序控制器PLC(4)上，其I10脚与手动软停开关2NK和水位开关SK的一端相连，2NK和SK的另一端接在PID的3脚和PLC的L+脚之间，PLC的2M脚、M脚连在一起，PLC的I00、I02、I04、I01、I03、I05脚分别与交流接触器常开辅点1C′1、2C′1、3C′1、1C1、2C1、3C1的一端相连，1C′1、2C′1、3C′1、1C1、2C1、3C1的另一端接在直流电源DY的+24V输出端上，PLC的I06脚经开关1NK接在电接点压力表P的2脚上，I07脚接在P的3脚上，I13脚经中间继电器常闭触点Zbp3接在直流电源DY的+24V输出端上，I14端接在直流电源DY的+24V输出端上，1M脚接直流电源DY的G端，PLC的1L、2L、3L脚连在一起并接在PLC的N脚上，其Q05、Q03、Q01脚分别接在中间继电器常闭触点3Z′2、2Z′2、1Z′2上，其Q04、Q02、Q00脚分别接在中间继电器常闭触点3Z2、22、1Z2一端上，3Z2、2Z2、1Z2另一端分别经交流接触器线圈3Z′、2Z′、1Z′接在电源b相上，其Q06脚接在交流接触器线圈Cg一端上，其Q10脚接在中间继电器线圈Zbp一端上，Cg、Zbp另一端接在电源的b相上，Q11脚接在指示灯YD和热继电器常闭触点1R1之间。
如图4所示，热继电器常开触点1R1、2R1、3R1、中间继电器常开触点Z1并联后与指示灯YD串联，接在电源b相和零线N之间，电铃DL、消音开关3NK串联后一端接电源b相，另一端接在YD、1R1之间，PLC的Q11接在YD、1R1之间。这构成了本实用新型的报警器(7)。
中间继电器常开触点1Z′3、指示灯1GD串联后、2Z′3、2GD串联后、3Z′3、3GD串联后接在电源b相和电源零线N之间，构成了电机变频指示电路。中间继电器常开触点1Z1、指示灯1RD串联后、2Z1、2RD串联后、3Z1、3RD串联后接在电源b相和电源零线N之间，构成了电机工频指示电路。指示灯RD接在电源b相和电源零线N之间，进行电源指示。
如图3所示，接在PLC的Q01脚上的中间继电器常闭触点1Z′2与中间继电器线圈1Z、热继电器常闭触点1R2串联后、接在PLCQ03脚上的2Z′2与2Z、2R2串联后、接在PLCQ05脚上的3Z′2与3Z、3R2串联后接在电源b相上。
如图5所示，中间继电器常开触点1Z3、热继电器常闭辅点1C′2、交流接触器线圈1C串联在一起后接在电源a相、c相上。2Z3、2C′2、2C串联在一起后接在电源a相、c相上。3Z3、3C′2、3C串联在一起后接在电源a相、c相上。中间继电器常开触点1Z′1、热继电器常闭辅点1C2、交流接触器线圈1C′串联在一起后接在电源a相、c相上。2Z′1、2C2、2C′串联在一起后接在电源a相、c相上。3Z′1、3C2、3C′串联在一起后接在电源a相、c相上。
如图3所示，停止按钮1TA、启动按钮1QA串联后一端接转换开关KK的④脚、另一端接在中间继电器常闭触点1Z′2、中间继电器线圈1Z之间，中间继电器常开触点1Z1跨接在1QA两端；停止按钮GTA、启动按钮GQA串联后一端接转换开关KK的④脚、另一端接在PLCQ06脚、交流接触器线圈1Z之间，交流接触器常开辅点Cg1跨接在1QA两端；停止按钮2TA、启动按钮2QA串联后一端接转换开关KK的④脚、另一端接在中间继电器常闭触点2Z′2、中间继电器线圈2Z之间，中间继电器常开触点2Z1跨接在2QA两端；停止按钮3TA、启动按钮3QA串联后一端接转换开关KK的④脚、另一端接在中间继电器常闭触点3Z′2、中间继电器线圈3Z之间，中间继电器常开触点3Z1跨接在3QA两端。这构成了手动控制和手动灌泵电路。
水泵电机组(6)由1号泵电机1M、2号泵电机2M、3号泵电机3M组成。
在电机1M、2M、3M与热继电器主接点1R、2R、3R之间的连线上分别有感应线圈1LH、2LH、3LH与电流表相连，用于各电机的电流显示。
微积分调节器PID采用FUJI牌，型号为PXW-900。当然也可以采用其他品牌、型号的符合使用要求的微积分调节器。可编程序控制器由西门子公司生产，型号为simatic ST-200系列6ES7212(214)-1BA01-0XB0。当然也可以采用其他品牌、型号的输出输入接口足够的可编程序控制器。
以下说明本实用新型的工作原理。
水位开关SK(10)在水池缺水时自动接通，水池水位正常时断开。
远传压力表Y(1)把压力信号转换成1～5V电信号输入到微积分调节器PID的9、8脚。
PID可以同时显示实际压力和设定压力，并把实际压力和设定压力比较后输出一个4～20mA的信号，此信号输入到变频器BP的7、8端子，来控制变频器BP的输出频率，当实际压力低于设定压力时，使变频器的输出频率提升，反之下降；同时，PID还可以设定压力上/下限数值，进行压力上/下限的信号输出。当压力高于上限时端子3、5接通；当压力低于下限时，端子3、4接通。压力上/下限信号传递给PLC的输入端子I11和I12。
变频器BP7、8端为频率控制信号的输入，9、10端为变频器的启/信停控制端子，即当9、10接通时变频器开机，当9、10断开时变频器停机；11、12端为变频器的报警继电器，当变频器报警时11、12接通。端子1、2、3为主电源输入，端子4、5、6为主电源输出。
在电接点压力表P上，当水压压力低于所设定的下限时，1、2端接通；当水压压力高于所设定的上限时1、3端接通。该表下限值的设定远远低于PID的下限设定，只要略高于0就可以了，此值即程序中的下下限，表示应该进行灌泵操作了；该表的上限值设定大于PID的上限设定，此值即程序中的上上限，如果水压压力升到此值，表示系统已经出故障了。
在PLC上，I00～I07、I10～I15为输入端，1M、2M为输入公共端；Q000～Q07为输出端子，1～3L为输出公共端；L+是PLC对外提供24VDC的正极，M是PLC对外提供24VDC的负极；N、L为220VAC工作电源输入。
PLC的输入端(L端)各脚的作用如下表
PLC的输出端(Q端)各脚的作用如下表
开机前的状态是空气开关1～5DZ接通，转换开关KK在中间(全断开)，开关1NK、消音开关3NK接通、手动软停开关2NK断开。
把转换开关KK转到右边(自动位置)，③、④断开，使手动按钮失去作用，①、②接通PLC工作电源，控制装置进入自动运行状态。PLC开始工作，程序初始化之后开始检测输入信号，假定一切均在就绪状态，一般情况下，在开机前系统压力很低，甚至为0。如果系统压力低于下下限，则I06脚有信号输入，程序则接通Q06脚，使交流接触器线圈Cg接通，即b→Cg→Q06→2L→N，开启自吸泵来给水泵灌水。一旦压力高于下下限后，I06脚上的信号消失。此时压力尚低于PID的压力下限值，PID有下限信号输出，即PID的3、4端接通，PLC有信号输入到I11脚，程序根据此信号首先接通Q00脚，使中间继电器线圈1Z′接通，即b→1Z′→122→Q00→1L→N，中间继电器线圈1Z接通后，交流接触器线圈1C′也接通，即a→1Z′1→1C2→1C′→c，交流接触器主接点1C′使一号泵电机1M和变频器BP接通，同时程序接通Q10，使中间继电器线圈Zbp线圈通电，即b→Zbp→Q10→3L→N，中间继电器常开触点Zbp1接通变频器BP的9、10端，使变频器开机工作，变频启动1号泵电机1M，即此时1M运行在变频调速状态。同时，中间继电器常开触点Zbp3给PLC的I13脚一个信号，告诉程序中间继电器Zbp工作正常，否则程序将进行故障处理。1Z′3接通指示灯1GD，指示1号泵电机1M变频运行。
1号泵电机1M变频运行之后，如果下限信号(PLC输入到I11脚的信号)持续一定时间(由程序设定)，则程序进行切换操作首先切断Q10脚的输出，使中间继电器线圈Zbp断电，Zbp1断开变频器的9、10端，变频器停机，然后程序切断Q00脚的输出，使1Z′断电，1Z′3复位，指示灯1GD熄灭。1Z′的断电又使交流接触器线圈1C′断电，使1号泵电机1M脱离变频器。接着程序又接通Q01脚，使中间继电器线圈1Z通电，即b→1R2→1Z→1Z′2→Q01→1L→N，使交流接触器线圈1C通电，即a→1Z3→1C′2→1C→c，主触点1C接通1号泵电机1M的工频电源(市电)，M1开始工频运行，1Z1同时接通指示灯1RD，指示电机M1正在工频运行。变频器停机3秒钟后，程序接通输出端Q02，使中间继电器线圈2Z′通电，即b→2Z′→2Z2→Q02→1L→N,2Z′通电后，交流接触器线圈2C′接通，即a→2Z′1→2C2→2C′→c，其主触点使2号泵电机2M和变频器接通，同时程序接通Q10脚，使中间继电器线圈Zbp线圈通电，即b→Zbp→Q10→3L→N，Zbp1接通变频器BP的9、10端，使变频器开机工作。已经停机3秒钟的变频器开机后能保证输出频率从0开始提升，变频软启动2号泵电机2M，即此时电机2M运行在变频调速状态。同时，继电器Zbp3给PLC的I13脚一个信号，告诉程序中间继电器Zbp工作正常，否则程序将进行故障处理。2Z′3接通指示灯2GD，指示2号泵电机2M变频运行。
2M电机变频运行之后，如果下限信号(输入到PLC I11脚的信号)持续一定时间(由程序设定)，则程序再次进行切换操作。切换过程与上述过程类似，切换后的状态为1号泵和2号泵电机1M、2M工频运行，3号泵电机3M泵变频调速运行。
当上限信号(输入到PLCI12脚的信号)持续一定时间(由程序设定)，程序要进行减泵操作。减泵的原则是先开的先停。减泵操作的方法是由程序切断工频运行的电机所对应的PLC输出端各脚的输出，即切断Q01脚的输出可以使工频运行的电机1M停机，切断Q03脚的输出可以使工频运行的电机2M停机，切断Q05脚的输出可以使工频运行的电机3M停机。
如果水池无水，或者接通了手动软停开关2NK，即程序检测到有信号输入到I10脚，将进行逐台停机操作；在运行期间，如果输入到I06脚的下下限信号持续一定时间(I10脚无信号)，程序会逐台停泵后进行灌泵操作(如前所述启动自吸泵)；程序检测到上上限信号输入到I07脚后，进行逐台停机并报警，报警方法是接通Q11脚，Q11接通电铃DL和指示灯YD，即b→DL→3NK→Q11→3L→N,b→YD→Q11→3L→N。在任何时候，如果程序检测不到有信号输入到I14脚，说明直流电源损坏，系统赖以工作的原始压力信号将无法提供，此时也将停机报警。
如果变频器BP内部报警，其11、12端接通，于是接通报警继电器线圈Z，即b→BP-11→BP-12→Z→N。Z1接通电铃DL和指示灯YD报警，即b→DL→3NK→Z1→N,b→YD→Z1→N。同时Z2断开输入到I11脚的下限信号，使程序只能进行减泵操作，不能再进行加泵启动操作。
把转换开关KK转到左边(手动位置)，①、②断开PLC工作电源；③、④接通，使手动按钮起作用。
在手动状态可用按钮1TA、2TA、3TA、GTA、1QA、2QA、3QA、GQA进行1～3号泵电机1M、2M、3M和自吸泵电机Mz的手动启停操作，工作原理很简单，不再详述。
所述的接触器组(5)由交流接触器1C、2C、3C、1C′、2C′、3C′、Cg等组成。
缺相保护原理是由于交流接触器线圈采用B-C两相380V电源来工作，而接通交流接触器线圈的中间继电器线圈又采用了A-N单相220V做为工作电源，所以缺少任何一相都不可能工作，既达到了缺相保护电机的目的，又没有引入专用元件。
以上是以控制装置控制3台水泵电机为例进行说明。在实际使用中，可根据需要对其它数量的水泵电机进行控制，其电路类似、工作原理相同。
本实用新型之电气控制装置可安装在一柜体内。柜体面板上可设按钮、转换开关、电流表、电压表、指示灯等。
权利要求1.智能型恒压供水设备控制装置，其特征在于，它有微积分调节器PID(2)与远传压力表Y(1)相连，微积分调节器产生的调频信号送到变频器BP(3)上，微积分调节器PID产生的压力上、下限信号接在可编程序控制器PLC(4)上，可编程序控制器PLC产生的开关信号接到接触器组(5)上，接触器组产生的反馈信号接在可编程序控制器PLC上，电接点压力表P(11)产生的压力上上限和下下限信号、水位开关SK(10)产生的水位信号、中间继电器Zbp(10)检测信号及直流电源DY(8)检测信号接在可编程序控制器PLC上，可编程序控制器PLC产生的报警信号接在报警器(7)上，接触器组还接在变频器BP和水泵电机组(6)之间。
2.如权利要求1所述的智能型恒压供水设备控制器装置，其特征在于，所述的变频器BP(3)的1、2、3端接在空气开关4ZD上，4、5、6端接在交流接触器主触点IC′、2C′、3C′的一端上，7、8端接在微积分调节器PID的7、6端，1C′、2C′、3C′的另一端接在交流接触器主触点1C、2C、3C的输出端和热继电器主接点1R、2R、3R的输入端之间，水泵电机组(6)上的电机1M、2M、3M分别接在热继电器主接点1R、2R、3R的输出端上，交流接触器主触点1C、2C、3C的输入端接在空气开关1DZ、2DZ、3DZ上，空气开关1DZ、2DZ、3DZ、4DZ、5DZ接在交流电源上，自吸泵电机Mz经交流接触器主触点Cg接在3DZ和交流接触器主触点3C的输入端之间。
3.如权利要求1所述的智能型恒压供水设备控制装置，其特征在于，在所述的微积分调节器PID(2)上，其1、2脚分别与电源零线N、电源b相相连，其3、5脚分别与可编程序控制器PLC的L+脚、I12脚相连，其4脚经中间继电器常闭触点Z2与可编程序控制器PLC的I11脚相连，其6、7脚分别与变频器BP的8、7端相连，其9、8脚与远传压力表Y(1)的2、3端相连，远传压力表的1、3端分别接在直流电源DY(8)的+5V输出端和G端上。
4.如权利要求1所述的智能型恒压供水设备控制装置，其特征在于，在所述的可编程序控制器PLC(4)上，其I10脚与手动软停开关2NK和水位开关SK的一端相连，2NK和SK的另一端接在PID的3脚和PLC的L+脚之间，PLC的2M脚、M脚连在一起，PLC的I00、I02、I04、I01、I03、I05脚分别与交流接触器常开辅点1C′1、2′1、3′1、1C1、2C1、3C1的一端相连，1C′1、2C′1、3C′1、1C1、2C1、3C1的另一端接在直流电源DY的+24V输出端上，PLC的I06脚经开关1NK接在电接点压力表P的2脚上，I07脚接在P的3脚上，I13脚接在中间继电器常闭触点Zbp3一端上，Zbp3另一端接在直流电源DY的+24V输出端上，I14端接在直流电源DY的+24V输出端上，1M脚接直流电源DY的G端，PLC的1L、2L、3L脚连在一起并接在PLC的N脚上，其Q05、Q03、Q01脚分别接在中间继电器常闭触点3Z＇2、2Z＇2、1Z′2上，其Q04、Q02、Q00脚分别接在中间继电器常闭触点3Z2、2Z2、1Z2一端上，3Z2、2Z2、1Z2另一端分别经交流接触器线圈3Z′、2Z′、1Z′接在电源b相上，其Q06脚接在交流接触器线圈Cg一端上，其Q10脚接在中间继电器线圈Zbp一端上，Cg、Zbp另一端接在电源的b相上，Q11脚接在指示灯YD和热继电器常闭触点1R1之间。
专利摘要本实用新型提供了一种智能型恒压供水设备控制装置,它有微积分调节器PID(2)与可编程序控制器PLC(4)、变频器BP(3)相连,接触器组(6)分别与变频器BP、可编程序控制器PLC相连,可编程序控制器PLC上还连接有电接点压力表P(11)、水位开关SK(10)等,这种控制装置在启动下一台电机时,电机平稳加速,避免了启动电流冲击和启动水锤冲击,每台水泵地位平等,磨损程度无明显差别,宜于集中维护,节省了人力和资金。
文档编号E03B5/00GK2444996SQ0024743
公开日2001年8月29日 申请日期2000年8月28日 优先权日2000年8月28日
发明者杨森, 徐爱菊 申请人:杨森