专利名称：程序控制组合式变量自动调压无塔供水设备的制作方法
技术领域：
本发明属于供水设备系统，特别是无水塔的供水设备系统。
目前的无塔供水设备，一种是一般的气压储能方式供水，包括一般水泵、气压储能罐、水压传感器和压力控制开关组成。它利用水压传感器检测出水总管压力，当压力低于下限点时启动水泵运行，当压力高于上限时停止水泵运行，这种供水设备虽然配电简单，但要保证设备正常运行，必需配置与额定流量相适应的大储气罐，既有安全性问题，而且价格较高。同时该供水设备还存在水泵稳定运行区间窄，只占全流量范围50％左右，以及供水压力变化幅度大，供水质量较差，耗能和无功损耗较大等缺点。
另一种无塔供水设备是变频调速供水设备，该设备是采用变频方式对水泵调速，控制水泵流量以对供水总管补压，因而可实现变量调速恒压，减小储气罐体积，提高供水质量，但其采用的正弦脉宽调制技术复杂，控制系统设备昂贵，维修更换困难。
本发明的目的是针对现有技术的缺点，提出一种程序控制组合式变量自动调压无塔供水设备，通过一个程序控制器对N个并联组合水泵组的程序控制以实现对供水系统的自动调压。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现发明的技术方案包括一个设于供水总管上的气压罐用于气压储能，由N个并联水泵构成的组合水泵组对供水总管进行补压，由一个二进制程序控制器对组合水泵组进行程序控制以实现对供水总管的自动调压。该N位二进制程序控制器由设于供水总管管路上的水压传感器控制，产生从 到 的2N个组合状态输出，通过N个控制输出端控制N个水泵作组合运行。
本发明的N位二进制程序控制器的N个控制输出端可分别控制N台流量大小不同的水泵，这些水泵的额定流量和功率的大小比例基本可按BCD码比例配置。N位二进制程序控制器根据水压传感器所检测的供水总管的压力范围，按二进制程序递增或递减计数，产生与供水总管压力相应的二进制数形式 到 的2N个组合状态输出，以N个输出端(N位二进制数的每一位作为一个输出端)分别驱动N台水泵进行组合运行(每个输出端驱动一台水泵)，以补充调节供水总管因用水量变化而产生的压力变化。
上述所说的N位二进制程序控制器可以主要由一个N位输出二进制加/减计数器及其附属电路来构成。
作为一种典型的技术方案，N位二进制程序控制器包括水压传感器、比较器、时钟发生器、分频器、N位输出二进制加/减计数器、N位驱动器等部件或电路。
时钟发生器，它产生时钟脉冲信号；分频器，它输入由时钟发生器输出的时钟脉冲信号，将其分频以产生计数脉冲；N位输出二进制加/减计数器，它输入来自分频器的计数脉冲信号，对输入的计数脉冲做加法或减法计数，产生从 到 的2N个组合开关状态输出信号，由N位输出端输出，还输出运算极限检测信号(其计数器的运算极限是N路为“0”和N路为“1”，即 和
N位驱动器，它是功率输出驱动器，分别与N位输出二进制加/减计数器的N位输出端相连接，每位驱动器驱动一个水泵；水压传感器，它是装在供水总管管路上的分立部件，产生三种压力感应状态的输出信号；比较器，与时钟发生器和N位输出二进制加/减计数器连接，它输入来自水压传感器的压力感应状态信号和来自N位输出二进制加/减计算器的运算极限检测信号，产生时钟脉冲输出控制信号，使时钟发生器的时钟脉冲输出开启或关闭，同时输出加/减运算切换控制信号到N位输出二进制加/减计数器的加减控制端，以控制计数器作加法运算或作减法运算。
本程序控制器的工作过程如下在用水工作状态的供水总管的水压变化由三态电接点水压传感器感应而产生三种输出状态。
(1)当供水总管的水压低于额定水压范围时，传感器的动接点与下限点接通；(2)当供水总管的水压超过额定水压范围时，传感器的动接点与上限点接通。
(3)当供水总管的水压在额定水压范围时，传感器的动接点与上、下限点都不接通。
当传感器输出状态为上述第一种状态时，比较器令时钟发生器产生脉冲信号，经分频器分频发出计数脉冲，送入计数器做加法；当传感器输出状态为第二种状态时，比较器令时钟发生器产生脉冲信号，经分频器分频发生计数脉冲，送入计数器做减法；当传感器输出状态为上述第三种状态时，比较器闭锁时钟脉冲信号发出，计数器输出随机保持。
在计数器到达运算极限时，比较器闭锁时钟脉冲信号发生，避免程序循环。
当供水总管的水压低于额定水压时，计数器做加法运算，其控制输出端的组合开关状态按二进制计数程序逐步递增变化，由此驱动并改变组合水泵组的运行状态，使组合功率的流量逐步递增，从而使供水总管的水压增加并恢复到额定水压，这时计算器输出进入随机保持，水泵组在相对合理匹配的稳定状态下运行。当供水总管的水压超过额定水压时，计数器做减法运算，其控制输出端的组合开关状态按二进制计数程序逐步递减变化，由此驱动并改变组合水泵组的运行状态，使组合功率的流量逐步递减，从而使供水总管的水压降低并恢复到额定水压，这时计算器输出进入随机保持，水泵组在新的相对合理匹配的稳定状态下运行。
本发明由于采用二进制程序控制器对一组具有不同流量的水泵进行组合程序控制，能根据供水总管的水压情况形成2N个水泵功率及流量等级对用水量变化进行自动调节，因而使本供水设备具有以下优点(1)设备体积小，只需配置小型气压罐。
(2)水泵稳定运行区宽，可占全流量范围的60％-90％；(3)每台水泵均能运行于高效率区，其功率得到合理的匹配；(4)供水压力变化幅度不大；(5)控制系统简单、维护方便，成本低。
以下是本发明附图的图面说明
图1为程序控制组合式变量自动调压无塔供水设备的系统总体结构示意图；图2为上述供水设备的N位二进制程序控制器的电路系统框图；图3为上述供水设备的N位二进制程序控制器的具体电路图；实施例本实施例系统包括设置于供水总管21上的小型气压罐22，供水总管管路上的水压传感器三态电接点压力表23，由水压传感器23控制的二进制程序控制器(本实施例采用四位二进制输出程序控制器)24输出24＝16种(0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001、1000、1011、1100、1101、1110、1111)组合开关状态输出，通过4个输出端控制由水泵25、26、27、28组成的组合水泵组，水泵25、26、27、28的额定流量和功率大小基本按BCD码8、4、2、1的比例配置。水泵25、26、27、28分别经过水阀29、30、31、32接入到供水总管21。
本实施例的控制系统的电路结构如图3所示；1.由变压器B、二极管D1、D2、D3、电容C1、C2、C3、C4、和三端稳压器IC1(7809)组成整流电源，提供12V和9V直流工作电压。
2.D3的a点输出的工频正半波时基信号输入到时钟发生器，时钟发生器包括由电阻R1、R2、R3、R4、电容C5和电压比较器IC2(339)组成的脉冲整形放大器和由电阻R5、双向模拟开关IC6.1(4016)组成的时钟脉冲输出控制开关以及由二极管D4、双向模拟开关IC6.2(4016)和电阻R6组成的终极运算检测信号输入控制开关。时钟发生器输入端为a、输出端为b、控制端为c。
3.由电阻R7、双十进制同步计数器IC7(4518)、电阻R31、二极管D11、电容C8双向模拟开关IC6.3(4016)控制开关组成脉冲分频器，该分频器的输入端为d、输出端为e，清0控制端为f。
4.由电接点压力表23和电阻R14组成水压传感器，电接点压力表的驱动控制端为p1，上限点p3为程序递减(作减法运算)控制端，下限点p2为程序递增(作加法运算)控制端。
5.比较器包括由电阻R8、R9、R10、R11、R12、R13、电容C6、二极管D5、D7、D9、电压比较器IC3(339)、和控制减法运算信号输出的模拟开关IC5.1(4016)组成的检测减法运算信号比较器(其输出端为h、输入端为g)和由电阻R15、R16、R17、R18、R19、R20、电容C7、二极管D6、D8、D10、电压比较器IC4(339)、控制加法运算信号输出的模拟开关IC5.2(4016)和加减运算切换控制信号输出模拟开关IC5.3(4016)组成的检测加法运算信号比较器(其输入端为i、输出端为j)以及由或非门IC10(4002)、与门IC12.1(4081)组成的输出全部为“0”时的检测门电路(输入端为m、n、o、p，输出端为r)和由与门IC11(4082)、与门IC12.2(4081)组成的输出全部为“1”时的检测门电路(输入端为m、n、o、p，输出端为r)。
6.四位二进制加/减计数器包括由IC9.5(4010)、电容C9、C10组成的输入运算信号缓冲电平变换器(输入端为k、输出端为l)和由IC8(4516)、电阻R21、R22、电容C11组成的四位二进制加/减计数器(输入端为l、输出端为m、n、o、p、加或减控制端为q)组成。
7.由IC9.1(4010)、电阻R23、R24、达林顿驱动管B1、二极管D12、继电器J1和IC9.2(4010)、电阻R25、R26、达林顿驱动管B2、二极管D13、继电器J2和IC9.3(4010)、电阻R27、R28、达林顿驱动管B3、二极管D14、继电器J3和IC9.4(4010)、电阻R29、R30、达林顿驱动管B4、二极管D15、继电器J4组成4位驱动器。
上述IC5.1、IC5.2、IC5.3由一块四路双向模拟开关4016的3/4担任；IC6.1、IC6.2、IC6.3由另一块四路双向模拟开关4016的3/4担任；IC9.1、IC9.2、IC9.3、IC9.4、IC9.5由一块六同相缓冲电平变换器4010的5/6担任，IC12.1、IC12.2由一块四二输入与门4081担任。图中IC2、IC3、IC4、IC5.1、IC5.2、IC5.3、IC6.1、IC6.2、IC6.3、IC7、IC8、IC9.1、IC9.2、IC9.3、IC9.4、IC9.5、IC10、IC11、IC12.1、IC12.2中的引线端所标的数字为各集成块元件的脚号。本控制电路的工作过程说明如下1.加法运算当电接点压力表(水压传感器)的p1点和p2点接通时，IC4的i点和j点为高电平，则IC6.1的10脚与11脚导通，时钟脉冲进入IC7分频，IC5.3的1脚与2脚导通，预置IC8做加法运算。IC5.2的10脚与11脚导通，将IC7e点输出的计数脉冲经IC9.5输入IC8做加法运算。计数脉冲同时使IC6.3的9脚和8脚导通，f点为高电平，R31、C8使IC8计数后对IC7分频器清零。
如电接点压力表的p1点与p2点持续接通，则e点的计数脉冲以周期为1.3s逐个进入IC8，令IC8的四个输出端m、n、o、p、点全部由“0”加到全部为“1”时，门电路IC12.1的输出端r为高电平，使IC6.2的1脚与2脚接通，c点电平升高，令IC2关闭脉冲输入，禁止出现循环计数。
2.减法运算当电接点压力表的p1点与p3点接通时，IC3的g点和h点为高电平，则IC6.1的10脚和11脚接通，时钟脉冲进入IC7分频。IC5.1的9脚和8脚导通，将IC7e点输出的计数脉冲经IC9.5输入IC8做减法运算，(因为压力表p1点脱离p2点时，j点为低电平，IC5.3的1脚和2脚不导通，IC8的10脚为低电平，巳预置为减法运算)。计数脉冲同时使IC6.3的9脚与8脚导通，f点为高电平，R31、C8使IC8计数后对IC7分频器清零。
如电接点压力表的p1点与p3点持续导通，则e点的计数脉冲以周期为1.3s逐个进入IC8、令IC8的四个输出端m、n、o、p、点从全部为“1”减到全部为“0”时，门电路IC12.2的输出端r点为高电平，使IC6.2的1脚与2脚导通，c点电平升高，令IC2关闭脉冲输入，禁止出现循环计数。
3.不计数当电接点压力表的p1点在p2点和p3点之间悬空时，g、h、i、j、点均为低电平，没有计数脉冲进入IC8，IC8的四个输出端m、n、o、p点均保持原来的随机状态。
4.驱动器控制水泵运行IC8的四个输出端m、n、o、p的信号经IC9.1、B1；IC9.2、B2；IC9.3、B3；IC9.4、B4分别缓冲放大后，分别控制J1、J2、J3、J4的吸合或断开，再经中间继电器控制水泵25、26、27、28作组合运行。
权利要求
1.一种程序控制组合式变量自动调压无塔供水设备，包括一个设于供水总管上的气压罐用于气压储能，由N个并联的水泵构成的组合水泵组对供水总管进行补压，其特征在于具有一个N位二进制程序控制器，该程序控制器由设于供水总管路上的水压传感器控制，产生从 到 的2N种组合开关状态输出，通过N个控制输出端控制N个水泵作组合运行。
2.按权利要求1所述的程序控制组合式变量自动调压无塔供水设备，其特征在于所说的N位二进制程序控制器，其主要部件是一个N位输出二进制加/减计数器。
3.按权利要求1所述的程序控制组合式变量自动调压无塔供水设备，其特征在于所说的N位二进制程序控制器包括时钟发生器，它产生时钟脉冲信号；分频器，它输入由时钟发生器输出的时钟脉冲信号，分频产生计数脉冲；N位输出二进制加/减计数器，它对输入的计数脉冲做加法或减法计数，产生从 到 的2N个组合开关状态输出，其N位输出端分别控制N个驱动器动作，该计数器还输出运算极限的检测信号；水压传感器，它是装于供水总管上的分立部件，产生三种压力感应状态的输出信号；比较器，与时钟发生器和N位输出二进制加/减计数器连接，它输入来自水压传感器的压力感应状态信号和来自N位输出二进制加/减计数器的运算极限检测信号，产生时钟脉冲输出控制信号，使时钟脉冲输出开启或关闭，还输出加减运算切换控制信号到N位输出二进制加/减计算器的加/减控制端。
4.按权利要求1所述的程序控制组合式变量自动调压无塔供水设备，其特征在于所说的水压传感器为三态输出电接点压力表。
5.按权利要求1所述的程序控制组合式变量自动调压无塔供水设备，其特征在于所说的增压水泵组由N台流量不同的水泵并联组合而成，各水泵的额定流量和功率的大小比例基本按BCD码比例配置。
全文摘要
本发明提供一种程序控制组合式变量自动调压无塔供水设备，由一个水压传感器控制的N位二进制程序控制器，产生从000…000到111…111的文档编号E03B11/16GK1120622SQ9510903
公开日1996年4月17日 申请日期1995年8月8日 优先权日1995年8月8日
发明者陈自强, 吴兴华 申请人:广州水泵厂, 广州市荔湾区南洋机电公司