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或城市，或高層建筑的水壓不足時，停水更是一種經常發生的事情。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現停水后，常常會出現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”現象。如果屋內的排水系統不完善或出現問題的話，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直到人為操控裝置上的按鈕發出“解除關閉狀態”指令為止。當然要能夠向裝置發出“解除關閉狀態”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”根據水壓和控制按鈕的動作情況向電磁閥發出動作指令，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為發光二極管。

　　工作原理：

　　(1)K1閉合，給電路供電，K3置斷開狀態。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通電發綠光以示有水，J和JF不得電，電磁閥閥門處于開啟狀態，水龍頭的出水由水龍頭閥門控制，裝置處于正常供水狀態。

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持續得電，J12使JF得電和D2通電發紅光以示停水，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。

　　(3)停水后再來水時，由于水壓升高，KY1閉合，D1通電發綠光以示有水了;同時KY2斷開，但由于J11的自保作用使J仍然處于得電狀態;J12、JF和D2仍然保持停水狀態不變。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，打開水龍頭發現沒有水時，可立刻檢查一下裝置上的D1和D2，如果D1不亮D2亮，則說明現在仍處于停水狀態;如果D1亮D2亮，則說明現在已來水了，但此時裝置正處于保護狀態。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使裝置回到了以上“1”所述的狀態，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，電磁閥閥門的“開/閉”受KY2和K2聯合控制。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。經分析和已有的經驗，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定、可靠性高、成本低、裝配工藝簡單、安裝方便等優點;特別是該裝置處于正常供水狀態下，幾乎不耗電(只有一只發光二極管點亮)，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，還沒有一個正規的能進入普通家庭的產品;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、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。