一种恒流量供水设备控制系统及控制方法与流程

本发明涉及恒流量供水设备技术领域，尤其涉及一种恒流量供水设备控制系统以及利用该恒流量供水设备控制系统的控制方法。

背景技术：

随着工业自动化的发展及生产的高标准需求，净水厂、污水厂、化工厂、造纸厂及钢铁厂等的供水设备进水通常需要快速(节约时间)，出水需要恒流量控制；因此对出水管路上阀门的控制不仅仅是简单的开关控制，涉及到了阀门开度的控制。

目前大多数阀门控制器仅能控制一种类型的电动阀，例如通常仅能控制开关型电动阀，集成化程度底、功能较为单一，且通用性差。现有的阀门控制方法是每一个电动阀匹配一个阀门控制器；而一台供水设备中会有多个调节型电动阀和开关型电动阀，这就需要配备电气柜，该电气柜内组合安装多个阀门控制器，安装较为复杂、设备上电气走线较为繁杂，且使用不便捷。目前的阀门控制器已不适应市场的需求，市场对智能化控制阀门控制器的提出了更高的要求。

技术实现要素：

旨在克服上述现有技术中存在的不足，本发明解决的第一个技术问题是，提出了一种恒流量供水设备控制系统，集成化程度高，可精确控制恒流量供水设备的出水流量。

作为同一个发明构思，本实施新型解决的第二个技术问题是，提供一种恒流量供水设备控制方法。

解决上述第一个技术问题所采用的技术方案是：提供一种恒流量供水设备控制系统，所述恒流量供水设备包括储液罐，所述储液罐连接进水管和出水管，所述控制系统包括：

开关型电动阀和调节型电动阀，所述开关型电动阀设置于所述进水管上，所述调节型电动阀设置于所述出水管上；所述调节型电动阀下游的所述出水管上设置有流量计，所述储液罐设置有液位计或液位开关；

阀门控制器和上位机，所述阀门控制器与所述上位机通讯连接，所述开关型电动阀、所述调节型电动阀、所述流量计均与所述阀门控制器电连接，所述液位计或所述液位开关与所述阀门控制器电连接。

优选地，所述储液罐有多个，每个所述储液罐均连接所述进水管和所述出水管，所述进水管上均设置有所述开关型电动阀，所述出水管上均设置有所述调节型电动阀，一个所述阀门控制器与所有所述开关型电动阀和所述调节型电动阀均电连接。

优选地，所述阀门控制器包括壳体和封装在所述壳体内的控制电路板，所述控制电路板上设有主控模块、输入模块、输出模块、时钟模块、掉电存储模块和通讯模块；所述壳体设有人机交互模块；所述人机交互模块、所述输入模块、所述输出模块、所述时钟模块、所述掉电存储模块和所述通讯模块均与所述主控模块电连接；

所述壳体上设有多个外部端子，所述外部端子用于使所述阀门控制器外部的器件与相应所述模块电连接。

优选地，所述主控模块包括主控cpu，所述主控cpu采用stm32f103vct6芯片。

优选地，所述输入模块包括数字量输入单元和模拟量输入单元；

所述数字量输入单元包括多条输入电路，每条所述输入电路均包括第一光电耦合器，所述第一光电耦合器的一输出端与所述主控模块的输入端电连接；所述第一光电耦合器的一输入端串接电阻r1和发光二极管d1，所述第一光电耦合器的另一输入端借助接口排针cn1与所述开关型电动阀的开关到位反馈端或所述液位开关电连接；所述第一光电耦合器的两个输入端之间串接电阻r2；

所述模拟量输入单元的输入端与所述流量计以及所述调节型电动阀的开度反馈端均电连接，所述模拟量输入单元的输出端与所述主控模块的另一输入端电连接。

优选地，所述输出模块包括驱动单元、与所述驱动单元电连接的输出单元、以及为所述驱动单元和所述输出单元供电的输出供电单元；

所述输出单元包括多条输出电路，每条所述输出电路均包括第二光电耦合器和三极管q1，所述第二光电耦合器的一输入端与所述驱动单元的输出端电连接，所述驱动单元的输入端与所述主控模块的输出端电连接，所述第二光电耦合器的另一输入端串接电阻r3和发光二极管d2；所述第二光电耦合器的一输出端与所述三极管q1的基极之间串接有电阻r4，所述第二光电耦合器的所述输出端与所述第二光电耦合器的基极之间串接有电阻r5；所述三极管q1的集电极与所述三极管q1的基极之间串接有二极管d3，且引出控制外引信号端y-0，所述控制外引信号端y-0借助接口排针cn2与继电器连接，所述继电器与所述开关型电动阀或所述调节型电动阀的控制端电连接；

所述输出供电单元包括多个并联的电容，所述驱动单元包括uln2803驱动器。

优选地，所述时钟模块包括时钟电路，所述时钟电路包括晶振、电容c1和电容c2；所述晶振的一端与所述电容c1的一端电连接，并与所述主控模块电连接，所述电容c1的另一端接地；

所述晶振的另一端与所述电容c2的一端电连接，并与所述主控模块电连接，所述电容c2的另一端接地。

优选地，所述掉电存储模块包括掉电存储电路，所述掉电存储电路包括掉电检测支路和存储器，所述存储器与所述主控模块电连接；

所述掉电检测支路包括并联连接的二极管d4和二极管d5，所述二极管d4的负极接电源、正极接地，所述二极管d5的负极接电源、正极接电容c3一端，所述电容c3另一端接地，所述二极管d5的正极与所述主控模块的相应端口之间串接有电阻r6；

所述掉电检测支路还包括并联连接的电阻r7和电容c4，所述电阻r7和所述电容c4的一端均与所述电阻r6电连接，所述电阻r7和所述电容c4的另一端均接地。

优选地，所述人机交互模块包括触控屏，所述通讯模块包括rs485通讯模块、rs232通讯模块、以太网通讯模块和无线通讯模块中的一种或多种。

解决上述第二个技术问题所采用的技术方案是：提供一种恒流量供水设备控制方法，利用上述的恒流量供水设备控制系统，所述控制方法包括：

s10、所述液位计或所述液位开关将检测的液位值传送给所述阀门控制器；

s11、当所述阀门控制器判定当前所述液位值达到预设低值时，控制所述开关型电动阀开启；同时所述开关型电动阀向所述阀门控制器反馈开关到位信息；所述开关型电动阀开到位时，所述阀门控制器判定所述开关型电动阀正常；所述开关型电动阀未开到位时，所述阀门控制器判定所述开关型电动阀故障；

s12、当所述阀门控制器判定当前所述液位值达到预设高值时，控制所述开关型电动阀关闭；同时所述开关型电动阀向所述阀门控制器反馈开关到位信息；所述开关型电动阀关到位时，所述阀门控制器判定所述开关型电动阀正常；所述开关型电动阀关未关到位时，所述阀门控制器判定所述开关型电动阀故障；

以及，s20、所述流量计将检测的出水流量值传送给所述阀门控制器；

s21、当所述阀门控制器判定当前所述出水流量值大于预设值时，控制所述调节型电动阀减小开度；同时所述调节型电动阀实时向所述阀门控制器反馈开度信息，直至所述出水流量值等于所述预设值；

s22、当所述阀门控制器判定当前所述出水流量值小于所述预设值时，控制所述调节型电动阀增大开度；同时所述调节型电动阀实时向所述阀门控制器反馈开度信息，直至所述出水流量值等于所述预设值。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

本发明恒流量供水设备控制系统中的阀门控制器与流量计、液位计(液位开关)、进水管上的开关型电动阀以及出水管上的调节型电动阀均电连接，利用一个阀门控制器可以同时控制两种类型电动阀；即阀门控制器基于液位计传送的液位信号控制开关型电动阀启/停，基于流量计传送的流量信号控制调节型电动阀开度的调节，满足供水设备进水快速、出水恒流量的需求。

与此相应，本发明恒流量供水设备控制方法适合两种类型电动阀的控制，即阀门控制器内置适配两种电动阀的控制策略，可赋予控制系统提供供水设备进水需快速，出水需要恒流量需求的能力。

综上，本发明恒流量供水设备控制系统集成化程度高，可以精确控制恒流量供水设备的出水流量，且通用性强。

附图说明

图1是本发明恒流量供水设备控制系统的结构示意图；

图2是本发明恒流量供水设备控制系统的原理框图；

图3是图1中阀门控制器的结构示意图；

图4是图1中阀门控制器的原理框图；

图5是主控cpu、时钟电路和掉电存储电路的电路原理图；

图6是输入电路的原理图；

图7a是uln2803驱动器的引脚图；

图7b是输出供电单元的电路原理图；

图7c是输出电路的原理图；

图7d是接口排针cn2的引脚图；

图8是开关型电动阀自动控制步骤的流程图；

图9是调节型电动阀自动控制步骤的流程图；

图中：1-储液罐，11-进水管，12-出水管，2-阀门控制器，21-壳体，22-外部端子，23-触控屏，3-上位机，4-开关型电动阀，5-调节型电动阀，6-流量计，7-液位开关，a-时钟电路，b-掉电存储电路。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的实施例进行详细描述。本实施例的描述仅仅是为了便于简化描述，不能理解为对发明的限制。

如图1至图2共同所示，恒流量供水设备控制系统用于控制恒流量供水设备的出水流量，其中恒流量供水设备包括储液罐1，储液罐1连接进水管11和出水管12.其中控制系统的核心是用于控制开关型电动阀4和调节型电动阀5这两种类型电动阀的阀门控制器2。

开关型电动阀4设置于进水管11上，调节型电动阀5设置于出水管12上；调节型电动阀5下游的出水管12上设置有流量计6，储液罐1内设置有液位计(液位计产生的信号为模拟量信号，可在储液罐1的顶部设置超声波液位计)或液位开关7(液位开关7产生的信号为数字量信号，图1中所示为液位开关7)。

流量计6与阀门控制器2的相应端口电连接，液位计或液位开关7也与阀门控制器2的相应端口电连接。

本实施例中，阀门控制器2与上位机3通过can数据总线建立通讯连接(实现远程控制)，即阀门控制器2将获取的数据上传给上位机3，同时可接收上位机的控制。通讯连接方式r485通讯连接，r232通讯连接或者以太网通讯连接，甚至可以是无线通讯连接。

其中，一个恒流量供水设备中的储液罐1有多个，每个储液罐1均连接进水管11和出水管12，进水管11上均设置有开关型电动阀4，出水管12上均设置有调节型电动阀5，一个阀门控制器2与所有开关型电动阀4和调节型电动阀5均电连接。

下面针对控制系统的核心——阀门控制器2进行详细阐述：

如图3和图4所示，阀门控制器2包括壳体21和封装在壳体21内的控制电路板，控制电路板上设有主控模块、输入模块、输出模块、时钟模块、掉电存储模块和通讯模块；壳体21设有人机交互模块；人机交互模块、输入模块、输出模块、时钟模块、掉电存储模块和通讯模块均与主控模块电连接，还包括为主控模块供电的电源模块。

壳体21上设有多个外部端子22，外部端子22用于使阀门控制器2外部的器件(电源、开关型电动阀4、调节型电动阀5、流量计6、液位计或液位开关7以及上位机3)与相应模块电连接。

其中：人机交互模块包括设置在壳体21上的触控屏23，触控屏23为液晶触摸显示屏(市面上较为常见)，其界面上含有多个虚拟按键。

输入模块包括数字量输入单元和模拟量输入单元；输出模块包括驱动单元、与驱动单元电连接的输出单元、以及为驱动单元和输出单元供电的输出供电单元。

通讯模块包括r485通讯模块、r232通讯模块、以太网通讯模块、无线通讯模块中其中一种或多种，该通讯模块主要用于使阀门控制器2和上位机3建立不同方式的通讯连接。需要说明的是相应通讯模块本领域技术人员所熟知的，在此不对其通讯原理和通讯电路进行赘述。

如图5所示，本实施例中，主控模块包括主控cpu，主控cpu采用一种stm32f103vct6芯片。

时钟模块包括两条含相同元器件的时钟电路a，其中一条时钟电路a包括晶振y-1’、电容c1和电容c2；晶振y-1’的一端与电容c1的一端电连接，并与主控模块的相应端口(图5中标识为芯片的osc32_in引脚电连接)，电容c1的另一端接地。晶振y-1’的另一端与电容c2的一端电连接，并与主控模块的相应端口(图5中标识为芯片的osc32_out引脚电连接)电连接，电容c2的另一端接地。时钟模块的设置方便使用定时器、计数器的功能。

掉电存储模块包括掉电存储电路b，掉电存储电路b包括掉电检测支路和存储器(24c64)，存储器与主控模块相应端口电连接。

掉电检测支路包括并联连接的二极管d4和二极管d5，二极管d4的负极接24v电源、正极接地，二极管d5的负极接24v电源、正极接电容c3一端，电容c3另一端接地，二极管d5的正极与主控模块的相应端口之间串接有电阻r6；

掉电检测支路还包括并联连接的电阻r7和电容c4，电阻r7和电容c4的一端均与电阻r6电连接，述电阻r7和电容c4的另一端均接地。

如图5和图6共同所示，数字量输入单元包括多条输入电路，每条输入电路均包括第一光电耦合器，第一光电耦合器的一输出端(图6中标识为x0)与主控模块的输入端(图5中标识为芯片的x0引脚)电连接；第一光电耦合器的一输入端串接发光二极管d1和电阻r1，电阻r1接接口排针cn1的+24vin引脚(电阻r1借助接口排针cn1接24v电源)；第一光电耦合器的另一输入端借助接口排针cn1(图6中标识为ex0)与开关型电动阀4的开关到位反馈端(限位开关)或液位开关7电连接；第一光电耦合器的两个输入端之间串接电阻r2。需要说明的是，每条输入电路中第一光电耦合器的另一输入端借助接口排针

cn1与不同的元器件电连接，输入不同的数字量信号。

模拟量输入单元的输入端与流量计6以及调节型电动阀5的开度反馈端均电连接；若不采用液位开关7而采用液位计，则液位计与模拟量输入单元的输入端也电连接；模拟量输入单元的输出端与主控模块的另一输入端电连接。

如图5、图7a至图7d共同所示，输出供电单元包括多个并联的电容，驱动单元包括uln2803驱动器。输出单元包括多条输出电路，每条输出电路均包括第二光电耦合器和三极管q1，第二光电耦合器的一输入端(图7c中标识为d00)与驱动单元的输出端(图7a中标识为驱动器的d00引脚)电连接，驱动单元的输入端(图7a中标识为驱动器的y0引脚)与主控模块的输出端(图5中标识为芯片的y0引脚)电连接，第二光电耦合器的另一输入端串接电阻r3和发光二极管d2；第二光电耦合器的一输出端与三极管q1的基极之间串接有电阻r4，第二光电耦合器的输出端与第二光电耦合器的基极之间串接有电阻r5；三极管q1的集电极与三极管q1的基极之间串接有二极管d3，且引出控制外引信号端y-0，控制外引信号端y-0借助接口排针cn2(图7d中标识为y-0引脚)与继电器连接，继电器与开关型电动阀4或调节型电动阀5的控制端电连接。

同一个阀门控制器2基于液位开关7传送的液位信号控制开关型电动阀4启/停，基于流量计6传送的流量信号控制调节型电动阀5开度的调节，满足供水设备进水快速、出水恒流量的需求。

其中：如图5、图6、图7a至图7d中有很多相同标识符号，标有相同标识符号的地方代表相互电连接，例如图5与图6中均有x0标识，代表该处相互电连接，对其他相同标识不做赘述。

本实施例中涉及的阀门控制器2可同时搭载四台电动阀，四台电动阀可以是一种类型的电动阀也可以两种类型电动阀的组合，也就是说，本实施例中的阀门控制器2可以适配两个储液罐1。

本发明还公开了一种恒流量供水设备控制方法，该控制方法利用上述的恒流量供水设备控制系统，同时赋予了上述控制系统实现恒流量目的的能力。

如图8和图9共同所示，控制方法是基于阀门控制器2内置的阀门控制逻辑实现的。

本实施例的控制方法包括：通过阀门控制器2上中触控屏23上的相应虚拟按键进行手动控制模式和自动控制模式的切换，然后控制系统基于阀门控制器2上选定的模式，执行相应的控制方法。

该控制方法具体包括：自动控制模式下的自动控制方法，自动控制方法分为开关型电动阀自动控制步骤和调节型电动阀自动控制步骤。

其中：

开关型电动阀自动控制步骤为：

s10、液位计或液位开关7将检测的液位值传送给阀门控制器2。

s11、当阀门控制器2判定当前液位值达到预设低值时，控制开关型电动阀4开启；同时开关型电动阀4的开关到位反馈端向阀门控制器2反馈开关到位信息；开关型电动阀4开到位时，阀门控制器2判定开关型电动阀4正常；开关型电动阀4未开到位时，阀门控制器2判定开关型电动阀4故障，可进行相应的警报提示。

s12、当阀门控制器2判定当前液位值达到预设高值时，控制开关型电动阀4关闭；同时开关型电动阀4的开关到位反馈端向阀门控制器2反馈开关到位信息；开关型电动阀4关到位时，阀门控制器2判定开关型电动阀4正常；开关型电动阀4未关到位时，阀门控制器2判定开关型电动阀4故障，可进行相应的警报提示。

调节型电动阀自动控制步骤为：

s20、流量计7将检测的出水流量值传送给阀门控制器2。

s21、当阀门控制器2判定当前出水流量值大于预设值时，控制调节型电动阀5减小开度；同时调节型电动阀5的反馈端实时向阀门控制器2反馈开度信息，直至出水流量值等于预设值。

s22、当阀门控制器2判定当前出水流量值小于预设值时，控制调节型电动阀5增大开度；同时调节型电动阀5的反馈端实时向阀门控制器2反馈开度信息，直至出水流量值等于预设值。

除此之外，本实施例的控制方法还包括手动控制模式下的手动控制方法，手动控制方法包括开关型电动阀手动控制步骤和调节型电动阀手动控制步骤。

其中：

开关型电动阀手动控制步骤为：通过阀门控制器2中触控屏23上的虚拟按键控制开关型电动阀4的启/停。

调节型电动阀手动控制步骤为：通过阀门控制器2中触控屏23上的的另一虚拟按键设置调节型电动阀5的开度。

本发明恒流量供水设备控制系统利用一个阀门控制器2可以同时控制两种类型电动阀；即阀门控制器2基于液位开关7传送的液位信号控制开关型电动阀4启/停，基于流量计6传送的流量信号控制调节型电动阀5开度的调节，满足供水设备进水快速、出水恒流量的需求。

与此相应，本发明恒流量供水设备控制方法包括自动控制方法和手动控制方法，可针对不同类型的电动阀执行不同的控制策略，即阀门控制器内置适配两种电动阀的控制策略，可赋予控制系统提供供水设备进水需快速，出水需要恒流量需求的能力。

综上，本发明恒流量供水设备控制系统集成化程度高，可以精确控制恒流量供水设备的出水流量，且通用性强。

少些供水设备也需要控制进水恒流量，相应恒液位供水设备中同样可以采用上述的阀门控制器2，只需要改变进水管11和出水管12上电动阀的类型，且将流量计设置在进水管11上即可，控制逻辑不变。因此采用本发明中的阀门控制器2的恒液位供水设备属于本申请的一种变形应用。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都属于本发明所附的权利要求的保护范围。