王忠友（1963－）
男,湖北阳新人,副教授,1986年毕业于华中师范大学,现在湖北省咸宁学院信息工程学院从事电子技术和计算机方面教学工作.

摘要：该系统采用单片机为基础的CPS-20控制器和变频器设计出的高楼层供水系统，实现了恒压供水，缺水、过载报警，手动控制水泵工作等功能，其造价低，维护费用少，操作方便、设备使用寿命长，是一种值得推广的给水系统。

关键词：恒压供水系统；变频器；CPS-20控制器；水位检测
　　
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

    随着社会的高速发展，城市高楼林立，高楼层用水往往因水压不够而成问题，常用的水塔式供水因设备（尤其电机）易损而大大增加维护费用，且使用也不方便，为此，工程设计人员纷纷利用现代电子技术设计全自动化给水系统[1-5]。本文介绍的便是一种电脑化智能变频供水系统，无需水塔，供水稳定。由于使用变频方式，设备寿命大大延长，其智能化程度高，操作也方便，是一种值得推广的城市高楼层给水系统。

2　给水系统设计

    本系统由蓄水池、机械离心水泵、控制柜及送水管道系统组成（如图1所示）。

    蓄水池容量根据用户量、管道系统的实际具体情况确定。

    该系统可实现控制六台水泵同时工作的能力，下面仅以控制两台水泵为例介绍该系统的设计方法。系统的控制电路如图2所示

图2   系统控制电路

    图2中BPQ为大功率变频器，CPS为北京兰利东方科技有限公司开发的CPS-20系列智能控制器[6]。该系统可实现恒压自动供水（水压可由用户自定），泵电机低电流变频启动，缺水报警，电机过载报警，手动控制水泵工作等功能。

    2.1　水位检测控制实现

    水位检测是使用了一种密封的塑料浮盒（在图2中以“Y”表示），内含一金属钢球，盒内一端有两相对的但不相接触的金属片，两金属片分别接在一两芯电缆线上。金属球可在盒内滚动，当球落在两金属片之间时，两金属片接通。使用该浮盒时，将其电缆引线的一定距离处固定在蓄水池的池壁上的适当位置，如图3所示。引出线分别接在CPS-20控制器的LA1和GND两端点上。

    水位正常时，浮盒内的金属球夹在两金属片之间，这时的CPS控制器上的LA1与GND接通，即LA1处于低电平状态。若无其他故障或设置情况下，系统便可以正常启动供水。

    而当外管网水供应不足，即蓄水池中的进水量比出水量小时，水位便下降，如图3(a)所示，当水位降到B线以下，盒内金属球即从两金属片间滚出，使LA1与GND断开，控制器内电路将LA1端点拉至高电位。同时，这一信号通过控制器的Ta和Tb两端点输出一更强的报警信号，使继电器Z2接通，从而发出声光报警。

    当用户用水量减少或供水量充足，即池内的进水量大于出水量时，水位便上升，如图3(b)，当水位上升到一定程度，如图中A’处时，金属球滚入两金属片间，LA1与GND便接通，LA1又降为低电位，Ta与Tb之间不输出信号，Z2断开，缺水报警信号解除。

    2.2　恒压供水控制实现

    系统为实现恒压供水，采用了YTZ-150电阻远传压力表和CPS-20控制器联合实现，反馈控制示意图如图4所示。

    当电源打开，图2中的方式开关HK扳向Auto（自动）方式后，控制器的B1端点输出变频控制信号，变频器BPQ便启动水泵电机，水泵开始工作，安装在出水管端的远传压力表便有相应指示，同时压力表内的可变电阻器的中心触头也作相应改变。这个改变的信号反馈回CPS-20控制器。当水压未达到预定设置值时，变频器输出功率加大，水泵转速加快，水泵输出水量增大，水压表指示亦增大。若水压达到设定值，但控制器输出信号使变频器输出减小直至为零；若水压在变频器满频工作还未达到设定值，则控制器将关闭B1而打开D1而使1D泵工频工作，并同时启动B1输出，使2D泵变频工作，直到水压达到设定值。

    从上面分析可以看出，控制器控制水泵工作状况时刻根据远传压力表压力情况而定，即实现了恒压工作。

    2.3　其他功能实现

    其他主要功能有手动控制水泵工作和电机过载报警等。

    当HK开关倒向“Manual”时就可进行手动控制水泵工作。QA是启动按钮，TA是停止按钮。以控制1D水泵为例，当1QA按下后，继电器2C常开辅助触点自锁，相应的主触点接通启动1D水泵以工频方式工作；当1TA按下时，2C电路被切断，2C常开触点均释放断开，1D水泵因断电而停止工作。同样2D水泵工作方式与1D同，且两水泵在手动状态时可各自独立工作。

    若由于某种原因（如断相、负载过重等）造成水泵电机电流过大，则热继电器1RJ、2RJ便可起保护作用，并断开水泵启动电路直到过载故障排除。

3　结论

    此系统是基于单片机的智能控制供水系统，基本上可实现无人值守供水工作，造价低廉，维护方便，使用寿命长。该系统经多年实际投入使用，达到了设计要求，给使用单位带来了良好的社会、经济效益。

参考文献

    [1] 程智刚. 变频调速供水设备在高层建筑的应用[J]. 广东建材. 2006（8）：180-181.

    [2] 唐诗忠，周庆松. 高楼无塔恒压供水PLC模糊控制系统的设计[J]. 自动化与仪器仪表. 2006（4）:23-26.

    [3] 杨君敏，林湛．全自动变频无塔恒压供水系统[J]．仪器仪表用户，2004，11(3)：32-33.

    [4] 张萍．变频器恒压供水的应用[J]．应用能源技术，2003(4)：34-35．

    [5] 郑国海. PLC在变频调速恒压供水系统中的应用[J]. 科学技术与工程，2006，6（20）：3382- 3384.

    [6] 北京兰利东方科技有限公司．CPS-20C1恒压供水控制器应用指南．2000（8）．

作者信息：

    王忠友（咸宁学院信息工程学院，湖北  咸宁  437100）

    陈敬祖（黄石第一技工学校，湖北  黄石  435200）