CN104146609B - 一种基于plc控制的多温直饮饮水机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于PLC控制的多温直饮饮水机，主要由储水箱、加热箱、换热器及PLC控制系统等组成。加热箱中的水由储水箱引入，自来水经换热器预热进入储水箱，同时可实现出水口开水与温水的比例调和，实现单片机水温智能调节。换热器内隔夜遗留的出水在开机前排尽，保障饮用水健康安全。本发明可根据需求一次获取多种温度的直饮水，减少饮水前的时间，产品实用性好，同时由于生水煮沸前经由换热器预热，可大幅节约加热时间和耗电量。本发明基于PLC控制的多温直饮饮水机适用于学校、餐厅、厨房等对多温度直饮水需求多的场合。

Description

一种基于PLC控制的多温直饮饮水机

技术领域：

本发明涉及一种新型饮水机，尤其涉及一种基于PLC控制的多温直饮饮水机。

背景技术：

水是人们生活不可缺少的饮品，现代饮水机的使用已经进入到人们生活的方方面面。传统饮水机只有一个加热水箱，从饮水机中只能获得沸水，达到饮用温度需浪费大量时间，同时，冷却过程中耗散大量热量，不符合现代电器节能的基本要求。

为解决饮水机无法获得直饮水的问题，新型饮水机采取的主要方案有定温加热和冷热水混合两种方法。定温加热主要由保温出水和即热出水两种。保温出水，如已有专利CN103445680A，一般通过普通的电路控制，使加热器在指定的温度范围内工作。定温加热虽然能获得大致范围的水温，但现有控制方法可靠性差，且单次出水有限，难以满足需水量大、需求温度多的情况。即热出水如CN201243951Y控温效果差，出水慢且工作功率大，可靠性差，不符合节能要求。传统的冷热水混合方法直接将生水引入沸水中，虽然可以将水温降至人体适应的温度，但是已有研究表明会引起菌群大量繁殖，对人体健康造成长期伤害。专利CN102920334A对传统混合法进行了改进，然而由于缺乏测量控制方法，难以控制水温，且热交换装置难以实现理论降温效果。专利CN103622554A对该方案进行了改进，解决了部分不足，然而该专利公开饮水机装置极其复杂，可靠性无法保障，生产成本高，难以在市场上推广。

因此，为解决目前饮水机存在的控制系统、冷却方法粗放，水质安全性差，经济节能不完善的问题，需要提出一种更加经济实用的节能饮水机。

发明内容：

本发明的目的是针对目前饮水机存在的控制系统、冷却方法粗放，水质安全性差，经济节能不完善的问题，提供一种基于PLC控制的多温直饮饮水机，其使用PLC控制系统控制流量、航空板翅式换热器热回收，可单机获得多种温度饮用水的饮水机。

本发明采用如下技术方案：一种基于PLC控制的多温直饮饮水机，其包括储水箱、将储水箱中的水流入其中的且其内设有加热器的加热箱及换热器，所述多温直饮饮水机还包括有第一直流电机及PLC控制系统，所述换热器上设有换热器热水入口、换热器预热冷水出口、换热器冷水入口以及换热器热水出口，所述加热箱中设置有出水管路，在所述出水管路上安装有三通阀门，所述三通阀门包括与出水管路相连的进口、出口以及转向口，所述三通阀门的出口连接有第一分流管路，所述三通阀门的转向口连接第二分流管路，在所述第一分流管路的上自远离加热箱的方向上依次安装有霍尔式涡轮流量传感器以及第三阀门，所述第二分流管路的另一末端与换热器热水入口连接，所述换热器冷水入口与外接自来水相连接，所述换热器预热冷水出口流出的水流入到储水箱中，所述换热器热水出口连接有第三管路，在所述第三管路上自远离加热箱的方向上依次安装有霍尔式涡轮流量传感器以及第四阀门，其中PLC控制系统设置于第三阀门和第四阀门之间的位置，所述第一直流电机包括有直流开水电机和换热温水电机，所述直流开水电机与第三阀门以及PLC控制系统相连接，所述换热温水电机与第四阀门及PLC控制系统相连接，所述第一分流管路的末端在经过霍尔式涡轮流量传感器和第三阀门以及第三管路的末端在经过霍尔式涡轮流量传感器和第四阀门后相交汇，在所述第一分流管路和第三管路的交汇处形成饮水机出水口，所述饮水机出水口处安装有若干个排出不同温度的水龙头。

进一步地，所述PLC控制系统包括单片机，所述霍尔式涡轮流量传感器与单片机相连接进而将流经霍尔式涡轮流量传感器的流速转化为电流频率信号后传输给单片机。

进一步地，所述储水箱和加热箱之间设有第一管路，所述第一管路上安装有控制储水箱和加热箱中水流通的第一阀门。

进一步地，在所述换热器的下方安装有控制阀，所述多温直饮饮水机中还包括有一与控制阀及PLC控制系统相连的第二直流电机。

进一步地，所述换热器为航空板翅式换热器。

本发明具有如下有益效果：

(1).本发明采用PLC控制可保证工作的可靠性，通过改变水流量比控制饮用水温度，可单机获取多种温度直饮水，安装多个水龙头，变温不需要更换零件，实用性强；

(2).通过航空板翅式换热器，将热水冷却耗散的热量回收利用，并可将热回收用于减少加热量，节能环保且经济性好；

(3).饮水机可以通过电路设置自动开关机，减少了待机和保温损耗，开启前排空隔夜水保障了水质安全健康；

(4).本发明适用于学校、餐厅、厨房等对多温度直饮水需求多的场合，同时本发明技术可用于改造现有普通饮水机，技术可靠，成本低廉。

附图说明：

图1为本发明基于PLC控制的多温直饮饮水机的结构原理图。

图2为航空板翅式换热器结构图。

图3为第一直流电机、第二直流电机与单片机引脚的接线图。

图4为PLC系统的控制流程图。

图5为霍尔式涡轮流量传感器与PLC控制系统的连接图。

其中：

1-储水箱；2-加热箱；3-换热器热水入口；4-换热器预热冷水出口；5-换热器；6-换热器冷水入口；7-PLC控制系统；8-饮水机出水口；9-换热器热水出口；10-控制阀；11-第一管路；12-第一阀门；13-出水管路；14-第二阀门(三通阀门)；15-第一分流管路；16-第二分流管路；17-第三阀门；18-第二管路；19-第三管路；20-第四阀门。

具体实施方式：

请参照图1所示，本发明基于PLC控制的多温直饮饮水机，包括储水箱1、内设有加热器的加热箱2、换热器5及PLC控制系统7组成。

其中储水箱1和加热箱2之间通过第一管路11连接，在第一管路11上安装有一控制储水箱1和加热箱2中水流通的第一阀门12。在加热箱2中设置有一出水管路13，在该出水管路13上安装有一第二阀门14，其中该第二阀门14为三通阀门，其中第二阀门14的进口与出水管路13相连，第二阀门14的出口与第一分流管路15相连，第二阀门14的换向口与第二分流管路16相连。其中第一分流管路15上自远离加热箱2的方向上依次安装有霍尔式涡轮流量传感器(未图示)以及第三阀门17，第二分流管路16的另一末端与换热器热水入口3连接。换热器5上还包括有换热器冷水入口6和换热器预热冷水出口4，其中换热器冷水入口6与外接自来水相连接，换热器预热冷水出口4流出的水通过第二管路18流入到储水箱1中。换热器热水出口9流出的水通过第三管路19流出，在该第三管路19上自远离加热箱2的方向上依次安装有霍尔式涡轮流量传感器(未图示)以及第四阀门20，其中PLC控制系统7设置于第三阀门17和第四阀门20之间的位置。其中第一分流管路15的末端在经过霍尔式涡轮流量传感器和第三阀门17以及第三管路19的末端在经过霍尔式涡轮流量传感器和第四阀门20后相交汇，在第一分流管路15和第三分流管路19的交汇处形成饮水机出水口8，该饮水机出水口8处安装有若干个排出不同温度的水龙头。

PLC控制系统以单片机为核心，采用三极管构建H桥，实现大功率直流电机驱动控制。本发明中共包括有三个直流电机，其分别为与第三阀门17连接的直流开水电机、与第四阀门20连接的换热温水电机、以及与控制阀10连接的第二直流电机。其中以一个直流电机为例说明PLC控制系统如何控制电机，如图3所示，其中单片机的P10引脚输出高低电平控制电机的正反转，P11输出PWM波形控制电机转速，进而可实现对直流电机的精确控制。一种直流电机与单片机引脚的接线图如图3所示。

图5给出了一种霍尔式涡轮流量传感器与PLC控制系统的连接图，其中沸水直接经第一分流管路15流至霍尔式涡轮流量传感器时，以及换热器5中温水由换热器热水出口9经过第三管路19流至霍尔式涡轮流量传感器时，由于水流的冲击分别带动霍尔式涡轮流量传感器中的涡轮转动，获得涡轮转速，同时霍尔式涡轮流量传感器将转速转化为电流频率信号传递给PLC控制系统7，本发明中流量传感器选择霍尔式涡轮流量传感器。

PLC控制系统的控制流程图如图4，由霍尔式涡轮流量传感器将水流速度信号转化为电流频率信号传给单片机，同时在PLC控制系统上输入所需的饮用水温度(本发明PLC控制系统上共设置有四个温度按钮，分别为100℃、95℃、87℃、40℃)，由设定温度确定沸水温水的配比。由于单片机控制是一种采样控制，它根据流量传感器采集的时刻流量与设定值的偏差计算控制量，若设定值与采集量之差大于零，电机正转，开大阀门；设定值与采集量之差小于零，电机反转，关小阀门。在主程序在进行一系列程序调用之前，对系统进行初始化，然后判断开关状态程序有所反应；然后进行一系列子程序，进行A/D转换和PID计算，将其结果用来控制控制第三阀门17与第四阀门20开口大小与时间，从而调节第一分流管路15与第三管路19的流量，达到沸水温水混合配温的目的，得到饮水者需求温度的水。

工作时，加热箱2内加热器工作煮沸开水后进入出水管路13，同时一部分水通过第二分流管路16进入换热器热水入口3。换热器冷水入口6与自来水连接，常温自来水进入换热器后预热，由换热器预热冷水出口4流出，凭借自来水压通过第二管路18进入储水箱1。当加热箱2水不足时，储水箱1和加热箱2之间的第一阀门12打开，已预热水经由第一阀门进入加热箱2。本发明基于PLC控制的多温直饮饮水机使用换热器5将开水冷却的热量传递给待加热自来水，既回收了耗散的热量，又对自来水进行了预热，大幅减少加热箱的加热量。

现行饮水机可以设置自动开关机，开机时，PLC控制系统7发送低电平信号给换热器5下端的与控制阀10相连的第二直流电机，使电机逆时针转动打开控制阀1min，将换热器内隔夜水排空后关闭，储水箱和加热箱中注水，加热箱开始加热工作。控制阀开启时间可由换热器容量及控制阀横截面积确定。饮水机换热器一般选用航空领域相对成熟的板翅式换热器，板翅式换热器结构如图2。换热器结构采用间壁式紧凑型，热侧两流程，冷侧为一流程，以保证最佳换热效果。换热器的工作参数可根据饮水机出水量、出水最低设计温度确定。

换热器热水入口3所需压力可由高度提供，保证换热器热水入口端与饮水机出水口端的高度相差约1.2m即可保证压力供应，换热器冷水入口端由自来水水压(约0.14Mpa)提供。

本发明基于PLC控制的多温直饮饮水机，采用PLC控制可保证工作的可靠性。通过改变水流量比控制饮用水温度，可单机获取多种温度直饮水，安装多个水龙头，变温不需要更换零件，实用性强。通过航空板翅式换热器，将热水冷却耗散的热量回收利用，并可将热回收用于减少加热量，节能环保且经济性好。饮水机可以通过电路设置自动开关机，减少了待机和保温损耗，开启前排空隔夜水保障了水质安全健康。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于PLC控制的多温直饮饮水机，其包括储水箱(1)、将储水箱(1)中的水流入其中的且其内设有加热器的加热箱(2)及换热器(5)，其特征在于：所述多温直饮饮水机还包括有第一直流电机及PLC控制系统(7)，所述换热器(5)上设有换热器热水入口(3)、换热器预热冷水出口(4)、换热器冷水入口(6)以及换热器热水出口(9)，所述加热箱(2)中设置有出水管路(13)，在所述出水管路(13)上安装有三通阀门(14)，所述三通阀门(14)包括与出水管路(13)相连的进口、出口以及转向口，所述三通阀门(14)的出口连接有第一分流管路(15)，所述三通阀门(14)的转向口连接第二分流管路(16)，在所述第一分流管路(15)的上自远离加热箱(2)的方向上依次安装有霍尔式涡轮流量传感器以及第三阀门(17)，所述第二分流管路(16)的另一末端与换热器热水入口(3)连接，所述换热器冷水入口(6)与外接自来水相连接，所述换热器预热冷水出口(4)流出的水流入到储水箱(1)中，所述换热器热水出口(9)连接有第三管路(19)，在所述第三管路(19)上自远离加热箱(2)的方向上依次安装有霍尔式涡轮流量传感器以及第四阀门(20)，其中PLC控制系统(7)设置于第三阀门(17)和第四阀门(20)之间的位置，所述第一直流电机包括有直流开水电机和换热温水电机，所述直流开水电机与第三阀门(17)以及PLC控制系统相连接，所述换热温水电机与第四阀门(20)及PLC控制系统相连接，所述第一分流管路(15)的末端在经过霍尔式涡轮流量传感器和第三阀门(17)以及第三管路(19)的末端在经过霍尔式涡轮流量传感器和第四阀门(20)后相交汇，在所述第一分流管路(15)和第三管路(19)的交汇处形成饮水机出水口(8)，所述饮水机出水口(8)处安装有若干个排出不同温度的水龙头。

2.如权利要求1所述的基于PLC控制的多温直饮饮水机，其特征在于：所述PLC控制系统包括单片机，所述霍尔式涡轮流量传感器与单片机相连接进而将流经霍尔式涡轮流量传感器的流速转化为电流频率信号后传输给单片机。

3.如权利要求2所述的基于PLC控制的多温直饮饮水机，其特征在于：所述储水箱(1)和加热箱(2)之间设有第一管路(11)，所述第一管路(11)上安装有控制储水箱(1)和加热箱(2)中水流通的第一阀门(12)。

4.如权利要求3所述的基于PLC控制的多温直饮饮水机，其特征在于：在所述换热器(5)的下方安装有控制阀(10)，所述多温直饮饮水机中还包括有一与控制阀(10)及PLC控制系统(7)相连的第二直流电机。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的基于PLC控制的多温直饮饮水机，其特征在于：所述换热器(5)为航空板翅式换热器。