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    王忠友（1963－）
男,湖北陽新人,副教授,1986年畢業于華中師范大學,現在湖北省咸寧學院信息工程學院從事電子技術和計算機方面教學工作.

摘要：該系統采用單片機為基礎的CPS-20控制器和變頻器設計出的高樓層供水系統，實現了恒壓供水，缺水、過載報警，手動控制水泵工作等功能，其造價低，維護費用少，操作方便、設備使用壽命長，是一種值得推廣的給水系統。

關鍵詞：恒壓供水系統；變頻器；CPS-20控制器；水位檢測
　　
Abstract: This water supply system of highrise buildings was designed by using CPS-20 controller and inverter based on SCM. It has functions of water supply with constant hydraulic pressure, alarm of low water-level and overloading, and manual water pump. The low cost of production and maintenance, easy operation and longer equipment life show that the water supply system is worthy of promotion.

Key words: water supply system with constant hydraulic pressure; inverter; CPS-20 controller; water level detection

1　引言

    隨著社會的高速發展，城市高樓林立，高樓層用水往往因水壓不夠而成問題，常用的水塔式供水因設備（尤其電機）易損而大大增加維護費用，且使用也不方便，為此，工程設計人員紛紛利用現代電子技術設計全自動化給水系統[1-5]。本文介紹的便是一種電腦化智能變頻供水系統，無需水塔，供水穩定。由于使用變頻方式，設備壽命大大延長，其智能化程度高，操作也方便，是一種值得推廣的城市高樓層給水系統。

2　給水系統設計

    本系統由蓄水池、機械離心水泵、控制柜及送水管道系統組成（如圖1所示）。

    蓄水池容量根據用戶量、管道系統的實際具體情況確定。

    該系統可實現控制六臺水泵同時工作的能力，下面僅以控制兩臺水泵為例介紹該系統的設計方法。系統的控制電路如圖2所示

圖2   系統控制電路

    圖2中BPQ為大功率變頻器，CPS為北京蘭利東方科技有限公司開發的CPS-20系列智能控制器[6]。該系統可實現恒壓自動供水（水壓可由用戶自定），泵電機低電流變頻啟動，缺水報警，電機過載報警，手動控制水泵工作等功能。

    2.1　水位檢測控制實現

    水位檢測是使用了一種密封的塑料浮盒（在圖2中以“Y”表示），內含一金屬鋼球，盒內一端有兩相對的但不相接觸的金屬片，兩金屬片分別接在一兩芯電纜線上。金屬球可在盒內滾動，當球落在兩金屬片之間時，兩金屬片接通。使用該浮盒時，將其電纜引線的一定距離處固定在蓄水池的池壁上的適當位置，如圖3所示。引出線分別接在CPS-20控制器的LA1和GND兩端點上。

    水位正常時，浮盒內的金屬球夾在兩金屬片之間，這時的CPS控制器上的LA1與GND接通，即LA1處于低電平狀態。若無其他故障或設置情況下，系統便可以正常啟動供水。

    而當外管網水供應不足，即蓄水池中的進水量比出水量小時，水位便下降，如圖3(a)所示，當水位降到B線以下，盒內金屬球即從兩金屬片間滾出，使LA1與GND斷開，控制器內電路將LA1端點拉至高電位。同時，這一信號通過控制器的Ta和Tb兩端點輸出一更強的報警信號，使繼電器Z2接通，從而發出聲光報警。

    當用戶用水量減少或供水量充足，即池內的進水量大于出水量時，水位便上升，如圖3(b)，當水位上升到一定程度，如圖中A’處時，金屬球滾入兩金屬片間，LA1與GND便接通，LA1又降為低電位，Ta與Tb之間不輸出信號，Z2斷開，缺水報警信號解除。

    2.2　恒壓供水控制實現

    系統為實現恒壓供水，采用了YTZ-150電阻遠傳壓力表和CPS-20控制器聯合實現，反饋控制示意圖如圖4所示。

    當電源打開，圖2中的方式開關HK扳向Auto（自動）方式后，控制器的B1端點輸出變頻控制信號，變頻器BPQ便啟動水泵電機，水泵開始工作，安裝在出水管端的遠傳壓力表便有相應指示，同時壓力表內的可變電阻器的中心觸頭也作相應改變。這個改變的信號反饋回CPS-20控制器。當水壓未達到預定設置值時，變頻器輸出功率加大，水泵轉速加快，水泵輸出水量增大，水壓表指示亦增大。若水壓達到設定值，但控制器輸出信號使變頻器輸出減小直至為零；若水壓在變頻器滿頻工作還未達到設定值，則控制器將關閉B1而打開D1而使1D泵工頻工作，并同時啟動B1輸出，使2D泵變頻工作，直到水壓達到設定值。

    從上面分析可以看出，控制器控制水泵工作狀況時刻根據遠傳壓力表壓力情況而定，即實現了恒壓工作。

    2.3　其他功能實現

    其他主要功能有手動控制水泵工作和電機過載報警等。

    當HK開關倒向“Manual”時就可進行手動控制水泵工作。QA是啟動按鈕，TA是停止按鈕。以控制1D水泵為例，當1QA按下后，繼電器2C常開輔助觸點自鎖，相應的主觸點接通啟動1D水泵以工頻方式工作；當1TA按下時，2C電路被切斷，2C常開觸點均釋放斷開，1D水泵因斷電而停止工作。同樣2D水泵工作方式與1D同，且兩水泵在手動狀態時可各自獨立工作。

    若由于某種原因（如斷相、負載過重等）造成水泵電機電流過大，則熱繼電器1RJ、2RJ便可起保護作用，并斷開水泵啟動電路直到過載故障排除。

3　結論

    此系統是基于單片機的智能控制供水系統，基本上可實現無人值守供水工作，造價低廉，維護方便，使用壽命長。該系統經多年實際投入使用，達到了設計要求，給使用單位帶來了良好的社會、經濟效益。

參考文獻

    [1] 程智剛. 變頻調速供水設備在高層建筑的應用[J]. 廣東建材. 2006（8）：180-181.

    [2] 唐詩忠，周慶松. 高樓無塔恒壓供水PLC模糊控制系統的設計[J]. 自動化與儀器儀表. 2006（4）:23-26.

    [3] 楊君敏，林湛．全自動變頻無塔恒壓供水系統[J]．儀器儀表用戶，2004，11(3)：32-33.

    [4] 張萍．變頻器恒壓供水的應用[J]．應用能源技術，2003(4)：34-35．

    [5] 鄭國海. PLC在變頻調速恒壓供水系統中的應用[J]. 科學技術與工程，2006，6（20）：3382- 3384.

    [6] 北京蘭利東方科技有限公司．CPS-20C1恒壓供水控制器應用指南．2000（8）．

作者信息：

    王忠友（咸寧學院信息工程學院，湖北  咸寧  437100）

    陳敬祖（黃石第一技工學校，湖北  黃石  435200）