一種停水自動關閉閥門電控裝置的設計

2013-09-05 彭建貴州大學電氣工程學院

　　本文介紹了一個在停水情況下能自動關閉供水總閥的電控裝置。該裝置主要由水壓傳感器、電磁閥、繼電器、蓄電池和水管連接件等組成;具有工作穩(wěn)定、可靠性高、功耗小、成本低、裝配工藝簡單、安裝方便、適用范圍廣等特點;能有效避免水管“跑水”造成的水資源浪費和家庭財產(chǎn)損失;獲得了國家實用新型專利，專利號：200320115361.8。

　　日常生活中停水是一種很普遍的情況，尤其在水資源缺乏地區(qū)或城市，或高層建筑的水壓不足時，停水更是一種經(jīng)常發(fā)生的事情。然而，就是因為這么一件平常而又司空見慣的事情，往往會因為一時的疏忽，一方面造成水資源浪費，甚至使自己或周圍鄰居的家庭財產(chǎn)遭受重大的損失;另一方面可能造成鄰居之間不必要的糾紛。這里所謂的“疏忽”指的是：用戶在打開水龍頭發(fā)現(xiàn)停水后，常常會出現(xiàn)未及時關閉水龍頭就離開了家;一旦中途來水時，由于家中無人，自來水就會白白地浪費掉，即通常所說的“跑水”現(xiàn)象。如果屋內的排水系統(tǒng)不完善或出現(xiàn)問題的話，后果將不堪設想。本文介紹的就是一種可以有效避免由于這種“疏忽”造成損失的電控裝置。

1、設計思路

　　在水龍頭和進水管之間接上一電控裝置，裝置中通過水壓傳感器對自來水管道內水壓進行檢測，然后根據(jù)水壓的高低來控制裝置內電磁閥閥門的開啟或關閉——水壓正常時表明自來水管道系統(tǒng)供水正常，沒有停水，電磁閥閥門開啟;無水壓或非常低時表明已停水，電磁閥閥門關閉，切斷管道向水龍頭供水的通道，并顯示停水信息。如果停水后再來水時，裝置中的電磁閥閥門將一直保持關閉狀態(tài)直到人為操控裝置上的按鈕發(fā)出“解除關閉狀態(tài)”指令為止。當然要能夠向裝置發(fā)出“解除關閉狀態(tài)”指令的話，一定是有人回家了，這樣也就避免了由于所謂的“疏忽”可能造成的損失。該裝置一般作水表前總閥使用。

2、裝置的組成、結構及安裝位置

　　裝置主要由：水壓傳感器、電磁閥、繼電器、指示燈、蜂鳴器、按鈕開關、蓄電池、水管連接件及外殼等部件組成，其內部結構框圖和安裝位置如圖1所示。裝置中“水壓傳感器”用于對水管內水壓進行檢測，以確定是否停水;“控制按鈕”用于控制電磁閥的動作;“顯示”用于有水、停水的指示;“電磁閥”用于在停水時切斷進水口與水龍頭之間的水通道，以確保中途來水時，在沒有人通過“控制按鈕”解除電磁閥閥門關閉狀態(tài)的情況下始終保持阻斷進水口的水流向水龍頭，起到防止“跑水”的作用;“控制單元”根據(jù)水壓和控制按鈕的動作情況向電磁閥發(fā)出動作指令，并向“顯示及報警”電路送出相應的顯示或報警信息;蓄電池為整個裝置提供電源。

圖1 組成、結構及安裝位置圖

3、電氣控制電路及工作原理

　　本裝置的電氣控制電路原理圖如下圖2所示。圖2中E為12V蓄電池，KY1為水壓開關常開觸點，KY2為水壓開關常閉觸點，K1為總電源開關，K2為來水打開電磁閥閥門按鈕開關，K3為電磁閥閥門“開/閉”控制開關，JF為12V直流電磁閥(常開型)，J為12V直流繼電器，J11、J12為12V繼電器常開觸點，R1、R2為1K限流電阻，D1、D2為發(fā)光二極管。

　　工作原理：

　　(1)K1閉合，給電路供電，K3置斷開狀態(tài)。在自來水管道中有水時，必然有一定的水壓存在，此時水壓開關中KY1閉合，KY2斷開，D1通電發(fā)綠光以示有水，J和JF不得電，電磁閥閥門處于開啟狀態(tài)，水龍頭的出水由水龍頭閥門控制，裝置處于正常供水狀態(tài)。

圖2 電氣控制電路原理圖

　　(2)停水時，水管中的水壓降得很低或消失，這將導致水壓開關中KY1斷開，D1熄滅;KY2閉合，J得電，J11和J12閉合。J11保持J持續(xù)得電，J12使JF得電和D2通電發(fā)紅光以示停水，JF得電開始工作使電磁閥閥門關閉，切斷進水口與水龍頭的連接通道，裝置進入保護工作狀態(tài)。

　　(3)停水后再來水時，由于水壓升高，KY1閉合，D1通電發(fā)綠光以示有水了;同時KY2斷開，但由于J11的自保作用使J仍然處于得電狀態(tài);J12、JF和D2仍然保持停水狀態(tài)不變。這樣即便水龍頭的閥門沒有關好，中途到來的水也會被電磁閥閥門阻擋住，而不會從水龍頭中流出來了，達到了防止“跑水”的目的。這就是本裝置防止跑水的原理。

　　(4)人回家后，打開水龍頭發(fā)現(xiàn)沒有水時，可立刻檢查一下裝置上的D1和D2，如果D1不亮D2亮，則說明現(xiàn)在仍處于停水狀態(tài);如果D1亮D2亮，則說明現(xiàn)在已來水了，但此時裝置正處于保護狀態(tài)。要恢復供水，必須按動K2，K2觸點斷開(此時KY2已是斷開的)使J失電，J11、J12斷開，則JF失電，電磁閥閥門打開，同時D2熄滅，解除了裝置的保護狀態(tài)使裝置回到了以上“1”所述的狀態(tài)，水龍頭便可恢復正供水。

　　(5)裝置中的K3是用來直接手動控制電磁閥閥門“開/閉”的，一般情況下處于斷開狀態(tài)，電磁閥閥門的“開/閉”受KY2和K2聯(lián)合控制。當手動K3閉合后，JF和D2被強制得電，此時無論停水與否，電磁閥閥門都被強制關閉，同時D2通電發(fā)紅光以示電磁閥閥門關閉，這為使用者提供了手動關“閥門”(未停水時)的功能，以便對該裝置水龍頭一側的水管管道進行維護和維修。

4、結束語

　　本裝置的控制電路可采用單片機控制，也可采用繼電器控制。經(jīng)分析和已有的經(jīng)驗，并結合本裝置的特點和使用場合而言，采用繼電器控制相對單片機控制來說具有工作穩(wěn)定、可靠性高、成本低、裝配工藝簡單、安裝方便等優(yōu)點;特別是該裝置處于正常供水狀態(tài)下，幾乎不耗電(只有一只發(fā)光二極管點亮)，而停水的累計時間所占的比例很小，所以一個蓄電池可使用好幾年不用更換。從目前市場和應用情況來看，還沒有一個正規(guī)的能進入普通家庭的產(chǎn)品;如該裝置能得到推廣使用的話，無疑會給廣大使用者帶來福音，給生產(chǎn)者帶來可觀的利潤。它不僅可用作家庭供水總閥，還可用作賓館、企事業(yè)、機關等單位的非腐蝕性中壓管道流體或氣體的總閥。本裝置經(jīng)過長期的試驗性使用，其效果得到了充分的驗證，并于2004年獲得了國家實用新型專利。