专利名称：高层建筑生活水箱集中监测自动控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及高层建筑生活水箱的监测和控制，属自动化控制系统。
近年来，随着高层建筑的逐渐增多，高层顶部生活用水箱的监测和控制越来越受到重视，如实用新型专利87213618U介绍的一种“多水箱水位自动控制系统”，对多个高低不同，水位不同的水箱进行实时控制，这种控制系统存在如下缺点①取样采用电极，由于电极长期浸泡于水中，容易锈蚀，使取样不可靠，电极离控制室有几百米远，所取信号受到干扰，使系统不能可靠工作。②控制进水的电磁阀长期浸泡水中，容易生锈而失灵，不能可靠工作甚至引起恶性事故。③整个系统中无电气及机械压力保护系统，容易引起事故。④不能直观显示水箱水位的变化，因此不易及时发现系统中的各种故障。⑤整个系统用单路供电，一旦停电，不能保证供水。
本发明的目的是针对已有技术的各种缺点，设计一种高层建筑生活水箱集中监测自动控制系统。首先在系统中加入超压保护、音响报警和自动投切电路。为保证可靠供水，加入双路电源互投自复电路;在模拟控制屏中装了槽形电流表，以使系统直观、连续显示各水箱水位变化;整个系统采用各水箱分别实时控制，单泵集中供水，使泵电机起动次数最少;整个系统中取消电磁阀等易损易锈部件，用传感器取样，使整个系统的工作长期有效、安全、可靠。
本发明的内容是整个集中监测自动控制系统由电机、水泵、逆止阀、阀门、电接点压力表、机械安全阀、漂子阀、传感器、水箱、模拟显示控制屏、控制柜、蓄水池、稳压电源及双路电源互投柜组成。整个系统的模拟控制电路包括信号提取，逻辑处理、超压取样、超压保护及报警、水泵电机控制、自动记数、水泵自耦减压启动控制和请求供水水箱号显示等八个部分。
图1是本发明系统示意图。
图2是系统模拟控制的电路框图。
图3中的3a，3b，3c，3d是系统模拟控制的电路原理图。
图4是系统中逻辑处理部分电路原理图。
图5是系统中保护报警水泵电机控制电路原理图。
图6是自动记数电路图。
图7是请求供水水箱号显示电路原理图。
下面结合附图，详细介绍本发明的内容。
参见附图1，该系统由电机1、2和水泵3、4，逆止阀5、6，阀门7、8，电接点压力表9(二块)，机械安全阀10，漂子阀11、12、13、14，传感器15、16、17、18，水箱19、20、21、22，模拟显示控制屏23，控制柜24，蓄水池25，12V稳压电源26、27、28、29及双路电源互投柜30组成。
漂子阀11、12、13、14分别位于各水箱的上部，传感器15、16、17、18分别位于各水箱的底部，12V稳压电源26、27、28、29分别是传感器15、16、17、18的电源，电接点压力表9及机械安全阀10均装在供水主管道上。蓄水池25及电机1、2，水泵3、4，控制柜24，双路电源互投柜30安装在水泵房。模拟显示控制屏23装在值班室。
水箱储水最大高度为2米，当水箱满水时漂子阀利用水的浮力自动将本水箱的进水口关闭，当水箱水位为1.6米左右时漂子阀全部打开。当某水箱中的水位下降到500毫米左右时，传感器将对应电压1.2V左右，送至模拟控制屏，模拟控制屏接通控制柜自动起泵电源、水泵工作。直至所有水箱依次打满后，每个水箱上的漂子阀依次关闭;同时每个水箱上的传感器将1.75米左右水位对应的4.5V电压送至模拟控制屏，模拟控制屏切断自动起泵电源，泵停止工作。
装在主管路上的电接点压力表及机械安全阀是防止传感器、变送器、模拟控制屏中元器件损坏，以至模拟控制屏失控造成系统超压时;可以自动切除控制柜自动起泵电源及机械安全阀溢流，起到电气和机械双重保护管道系统的作用。
双路电源互投柜采用标准电路，当动力电停电时，照明电可以自动投入供电，动力电来电时，可自动恢复动力电供电，照明电备用，这样为可靠供水提供了保证。
图2是模拟控制屏的电路框图，它由11部分组成，其中A、B、C、D四部分是信号提取部分。每一部分由取样部分(a)，功率放大部分(b)，液位模拟显示部分(c)，滤波及光偶驱动部分(d)，光偶部分(e)，功率驱动部分(f)，自动投切部分(g)构成。E为逻辑处理部分，F为超压取样部分，G为超压保护及报警部分，H为水泵电机控制部分，I为自动记数部分，J为水泵自耦减压启动控制部分，K为请求供水水箱号显示部分。
图3是该模拟控制屏的详细电路原理图。对照图2和图3可以发现，A、B、C、D四部分中的取样部分(a)由12V稳压电源、压力探头及传感器、变送器组成;功率放大器部分(b)由12V稳压电源、电阻R1～R8、电容C1、复合三极管G1、二极管D1、运算放大器YF组成;液位模拟显示部分(c)由电阻R9、电位器WR1及槽形电流表A1组成;滤波及光偶驱动(d)分三路第一路滤波由电容C2、C3组成，光偶驱动由电阻R10、电位器WR2和二极管D2及继电器J1-2常闭接点组成，第二路滤波由电容C4、C5组成，光偶驱动由电阻R11、电位器WR2和二极管D3组成，第三路滤波由电容C6、C7组成，光偶驱动由R12、电位器WR4和二极管D4组成;光偶部分(5)第一路为光偶(Ge1)，第二路为光偶(Ge2)，第三路为(Ge3)，功率驱动部分(6)也分三路第一路用来驱动继电器J1-1，由电阻R17、R18、R23及三极管G2组成，第二路用来驱动继电器J1-2，由电阻R19、R20、R24及三极管G3组成，第三路用来驱动J1-3由电阻R21、R22、R25及三极管G4组成;自动投切部分(7)由电位WR5、三极管G5、G6，光偶Ge4，电阻R14、15、16和继电器J1-4组成。
图2图3中A、B、C、D中的电路完全一样，元器件参数也一样，为了便于叙述和接线方便，对应A中J1-1、J1-2、J1-3、J1-4继电器，B中定为J2-1、J2-2、J2-3、J2-4;C中定为J3-1、J3-2、J3-3、J3-4，D中定为J4-1、J4-2、J4-3、J4-4。
逻辑处理部分E见图4，由继电器接点J1-1、J1-3、J1-4、J2-1、J2-3、J2-4、J3-1、J3-3、J3-4、J4-1、J4-3、J4-4及中间继电器1ZJ，2ZJ，3ZJ，4ZJ线圈及接点;扭子开关K1组成;超压取样部分F由电接点压力表DYB1和DYB2组成。超压保护及报警部分G见图4、图5，由中间继电器线圈6ZJ及它的常开、常闭接点;继电器常闭接点J1-3、J2-3、J3-3、J4-3，指示灯XD、1XD、2XD、3XD、4XD及电铃DL和K2开关组成;水泵电机控制部分H由中间继电器5ZJ的线圈和接点构成;自动记数器部分I由自动记数装置和继电器5ZJ的常开接点构成(见图6)，水泵自偶减压启动控制部分为标准控制柜，它可以控制二台30KW以下泵电机，由主供电回路，包括自动开关，接触器，热继电器及自耦变压器及控制回路，包括中间继电器、时间继电器、转换开关、按钮指示灯及热继电器、自动开关、接触器的辅助接点组成的电路。此控制柜具有手、自动二种功能。手动可任意起动一台或二台泵，减压起动，起动后自动转入正常电压运行，人工手动停泵。转换开关打到自动位置、控制回路电源受控于图5中的中间继电器5ZJ的常开接点，常开接点闭合泵电机自动减压起动，起动后自动转入正常电压运行，若1＃泵电机出现故障起动不了，则2＃泵电机自动起动，二个泵电机互为备用。而且在二个泵电机正常情况下，它们可以轮流启动，保证均衡磨损，延长泵及电机寿命。5ZJ常接点断开，泵电机停转。
请求供水水箱号显示部分K(见图7)，由中间继电器1ZJ、2ZJ、3ZJ、4ZJ的常开、常闭接点及指示灯1HD～4HD，1LD～4LD组成。
下面以第一水箱中水位处于500毫米左右为例说明系统工作原理当水位处于500毫米左右时，压力传感器及变送器输出1.25V电压，经功率放大器放大后，其电压仍为1.25V，驱动电流由原来的几毫安，放大到几十毫安乃至上百毫安。此1.25V电压送至槽形电流表A1，调节WR1可使A1输入5V时指示满刻度，则输入1.25V时指示满刻度的1/4，此时正是水箱的水位。此1.25V电压同时送至滤波及光偶驱动部分的四个支路，第一路R10及WR2参数适当选择可以使Ge1在1.25V时导通，第二路R11和WR3参数适当选择调正使Ge2在1.6V时导通，第三路R12和WR4参数适当选择调正使Ge3在4.5V时导通，第四路调正WR5参数使其Ge4在大于1V时导通。此时1.25V只能使Ge1和Ge4导通，从而使G2和G6导通，G3、G4截止。这样J1-1和J1-4吸合，J1-3、J1-2不吸合，参见图4。1ZJ吸合，K1为手动切除泵电源开关，此时闭合，所以5ZJ吸合，其常开接点5ZJ闭合，接通控制柜泵电机自动控制回路电源，若转换开关打在自动位置，泵电机自动起动。因为此时水位在500毫米所以漂子阀早已打开，而且其余水箱凡水位低于1600毫米的漂子阀也打开了，参见图1。此时水先往楼层低，并且水位低于1600毫米的水箱流，最后注满楼层高，并且水位低于1600米的水箱。
当第一水箱的水位注到640毫米左右时，传感器输出1.6V电压时经功率放大器后送至槽形电流表及滤波光耦驱动部分的四个支路槽形电流表指示满刻度的1/3左右，并且Ge2和Ge4导通，从而G3，G6导通，使得J1-2、J1-4吸合，由于J1-2的吸合，串在Ge1驱动回路中的J1-2常闭接点断开，Ge1截止、G2截止、J1-1释放。图4中由于1ZJ常开接点锁住了J1-1常开接点，1ZJ仍维持吸合，泵电机仍不停转。
当一号水箱的水位上升到了1.75米时，压力传感器输出4.5V，经功率放大器后送至槽形电流表及滤波、光偶驱动部分，槽形电流表指示接近满刻度9/10，并且Ge2、Ge3、Ge4均导通，从而G3、G4、G6导通，J1-2，J1-3，J1-4吸合，见图5，J1-3常闭接点断开，但1ZJ是否释放，要看J2-3、J3-3、J4-3继电器是否吸合。如果2＃、3＃、4＃水箱均已打满，则J2-3、J3-3、J4-3均吸合，此时J1-3、J2-3、J3-3、J4-3的常闭接点都断开了。此时1ZJ释放，2ZJ，3ZJ，4ZJ原来就没吸(吸了也要释放)，所以5ZJ释放，5ZJ常开接点断开，控制柜泵电机自动控制回路电源切断，泵电机停转。
当水箱水位再次降到1600毫米左右时，漂子阀打开。1600毫米对应传感器输出电压4V，此时J1-3并不释放，因为C4还未退出饱和区，大约要3V多才能截止。此时若无有J1-2的常闭接点串在Ge1的驱动回路，J1-3一释放，泵电机就会起动，加入J1-2就是要防止泵电机不到500毫米水位时就起动。加入J1-2后要等到水位下降到500毫米左右，传感器对应电压1.25～1.3V左右J1-2才释放，此时接通Ge1驱动回路，Ge1导通，G2导通，J1-1吸合，可以再次起动泵电机。
从上面分析一号水箱的起泵和停泵过程，可以看出，四个水箱中哪个水箱水位进入下限水位，都可以起动泵电机，但要等到所有水箱均进入上限水位才能停泵，这样可以减少泵电机的起动次数。
压力传感器连续监视水箱水位变化。其水位变化就是水箱压力变化，通过传感器就是电压变化，从而槽形电流表可直观连续的反映水箱水位变化。进而可以判断水泵电机是水位进出下限的正常启动还是干扰起动;是水位进入上限水位的正常停止，还是干扰停泵;泵起动了水箱水位是否上升，若无上升说明泵涡气或泵损坏甚至供水管路系统出现故障，从而便于发现故障，及时修理。
从图3可以看出，如果电压传感器(1)或功率放大部分(2)出现故障，则功率放大器无输出，其后果槽形电流表不指示水位，J1-1、J1-2、J1-3、J1-4继电器不吸合，如果这时其他三个水箱中的一个水箱进入下限水位，2ZJ，3ZJ，4ZJ中就有一个吸合，泵电机启动，四个水箱均进入上限水位后，J2-3、J3-3、J4-3常闭接点断开，但由于J1-3常闭接点不断开，若无J1-4的常开触点串在J1-3常闭接点回路中，2ZJ，3ZJ，4ZJ中的一个仍吸合，泵电机不停。四个水箱进入上限水位后，漂子阀关闭，泵电机不停会造成系统超压，加入J1-4后，这种现象就不会出现了。哪路传感器或功率放大器出现故障，功率放大器无电压输出，哪路自动投切部分的继电器常开接点断开，此路被动供水，被动停水。不至于影响系统运行。
从图3可以看出，水箱水位只要高于下限水位，传感器即可送出大于1.25V的电压，经功率放大器后，分五个支路送出。适当调整WR5，自动投切部分(7)输入电压大于1V时，J1-4继电器即可吸合。从图4可以看出，水箱一进入下限水位，继电器J1-1吸合，这时J1-3早已释放，其常闭接点闭合，从而1ZJ就吸合，5ZJ也吸合，泵电机启动。如果J1-3支路前级滤波，光偶驱动部分(4)、光耦部分(5)功率驱动部分(6)出现故障，则水箱进入上限水位时，J1-3不吸合，其常闭接点不能断开，尽管其他三水箱进入上限水位后将J2-3、J3-3、J4-3常闭接点断开了，中间继电器1ZJ仍吸合，泵电机不能停转，四个水箱的漂子阀已将进水口关闭，会造成系统超压;这里介绍的是电路故障造成的超压，水系统还有很多阀门，若阀门坏了，闸板掉了，堵住管路也会造成超压。所以要系统加入超压保护及报警电路。
从图5可以看出，系流超压时，装在主管路上的电接点压力表常开触点DYB1、DYB2接通(为可靠加了二个电接点压力表)，6ZJ吸合其常开触点接通指示灯XD及电铃回路。可以声、光报警，6ZJ另一组常开触点也闭合，J1-3、J2-3、J3-3、J4-3哪一个没断开，对应的1XD、2XD、3XD、4XD指示灯就亮，可以判断哪个水箱电路故障引起的超压。从图4中可以看出，一旦超压6ZJ常闭接点断开，5ZJ释放，其常开接点断开，切断控制柜自动起泵电路的电源，泵电机停转。系统压力恢复后DYB1及DYB2接点断开，6ZJ常开接点将其锁住，6ZJ仍吸合，声、光报警不停止，人为打开K2，6ZJ释放，其6ZJ常闭接点闭合，合上K2等到四个水箱任一水箱进入下限水位时，泵电机仍可自动起动。若超压时仍可保护。检修时把K1打开，防止检修过程中泵起动。检修完毕后把K1合上。图6中的自动记数装置，由图4中的5ZJ常开接点触发，每起泵一次5ZJ接点通断一次，自动记数器记录一次，24小时自动清零。此记数器用来记录水泵24小时起动次数，协助判断系统是否工作正常。
图7为请求供水水箱号显示，哪个水箱请求供水，起动泵电机对应的1ZJ，2ZJ，3ZJ，4ZJ就吸合，1HD～4HD中的一个就亮，泵电机停转，1ZJ～4ZJ均释放，1LD～4LD都亮，表示四个水箱均未请求供水。
由上面分析可见，本系统对高层众多高低不同、耗水量不同的水箱水位能实时的进行控制，能以最少的开机次数保证众多水箱即不缺水也不冒水，一整套的电路和机械保护能实现安全、可靠供水，特别是能在值班室直观的观察到水箱水位变化，便于故障查询、控制电路，采用高、低频滤波及光电耦合，具有极强的抗干扰能力，适于现场恶劣的环境。
该系统还可用于其他众多液位进行实时控制的场合，如化工、石油、水塔、锅炉多设备液面控制及监测。
权利要求
1.一种用于对水箱进行集中监测，自动控制的模拟控制电路，其特征在于电路主要由信号提取、逻辑处理、超压取样、超压保护及报警、水泵电机控制、自动记数、水泵自耦减压自动控制以及请求供水水箱号显示各部分组成。
2.如权利要求1所说的控制电路，其特征在于其中所述的信号提取部分由取样、功率放大、液位模拟显示、滤波及光偶驱动、光偶、功率驱动以及自动投切各部分组成;逻辑处理部分由继电器接点，中间继电器以及扭子开关组成;超压取样部分由电接点压力表组成;超压保护及报警部分由中间继电器及其常开、常闭接点、继电器常闭接点、指示灯、电铃以及开关组成;水泵电机控制部分由中间继电器的线圈和接点组成;水泵自耦减压启动部分为标准控制柜，由主供电回路与控制回路组成，主供电回路包括自动开关、接触器、热继电器以及自耦变压器，控制回路包括中间继电器、时间继电器、转换开关、按钮指示灯及热继电器、自动开关以及接触器的辅助接点组成;请求供水水箱号显示由中间继电器的常开常闭接点和指示灯组成。
3.一种利用如权利要求1所述的模拟控制电路，对水箱进行集中监测、自动控制的控制系统，其特征在于控制系统由电机、水泵、逆止阀、阀门、电接点压力表、机械安全阀、漂子阀、传感器、水箱、模拟显示控制屏、控制柜、蓄水池、稳压电源及双路电源互投柜组成。
全文摘要
本发明涉及一种高层建筑顶部生活用水箱的集中监测自动控制系统，该系统主要由电机、水泵、安全阀、漂子阀、传感器、水箱、模拟显示控制屏、控制柜、蓄水池、稳压电源、双路电源、互投柜等组成。本系统对高层众多高低不同、耗水量不同的水箱水位进行实时控制，以最少的开机次数保证众多水箱即不缺水也不冒水，一整套的电路和机械保护能实现安全可靠供水，特别是能在值班室，直观的观察到水箱水位变化，便于故障查询和控制电路。采用高、低频滤波及光电耦合，具有极强的抗干扰能力，适于现场恶劣的环境，该系统还可用于其他众多液位进行实时控制的场合，如化工、石油、水塔、锅炉多设备液面控制和监测。
文档编号G05D9/12GK1051437SQ9010953
公开日1991年5月15日 申请日期1990年12月6日 优先权日1990年12月6日
发明者赵桐 申请人:北京市海淀区房地产经营开发公司