CN102046891B - 流量控制设备以及流量控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种流量控制装置(27)，其可以例如将水传送到家庭住宅(10)。所述装置(27)包括多个阀门，其可以包括三个阀门(12、13、14)。所述阀门(12、13)通过限流装置(15)连接到出水管道(16)上。所述阀门(12、13、14)是电动操作的并由可编程控制器(PLC)(17)来控制。

Description

流量控制设备以及流量控制方法
技术领域
本发明涉及流量控制设备，更具体地涉及调节从供水总线到水使用位置例如家庭或商业房屋的水流量的流量控制设备。 
背景技术
典型地，商业和家庭房屋仅通过水表或隔离阀(水龙头)连接到供水总线。房屋内的出水口(水龙头)也普遍装有水量限制装置来有助于减少水的消耗量。 
上面讨论的系统具有缺点，如果例如在所述房屋的水网中发生泄漏，就不能容易地检监测该泄漏。尤其是，如果在视觉上并不能看到所述泄漏，则可能需要相当多的时间才能检监测到该泄漏。 
进一步地，上述的供水系统具有不能远程控制或监控所述供水的缺点。 
发明内容
本发明的目的是克服或实质上改进上述缺点的至少之一。 
此处所公开的流量控制设备包括： 
连接到供水系统的管道； 
多个阀门，其平行设置并连接到所述管道上用以接收来自那里的水； 
可编程的控制器，其与所述阀门可操作地(operatively)关联从而使所述阀门在关闭和开启配置之间操作；以及 
出水管道，其连接到所述阀门中的每一个上用来当所述阀门处于开启配置时接收来自那里的水。 
优选地，所述设备还包括压力传感器，其处于所述阀门的下游并可操作地与所述控制器相关联，以提供信号来表示所述阀门的下游的水压。 
优选地，所述设备还包括流量计，其处于所述阀门的下游，并提供表示通过所述阀门的流量的信号给所述控制器。 
优选地，所述设备还包括至少一限流装置，其可操作地与所述阀中门相应的一个相结合，并设置于所述供水系统和所述出水管道之间。 
优选地，所述阀门中的至少一个其他的阀门将所述供水系统通过自由联结(unrestricted coupling)连接到所述出水管道。 
优选地，所述设备还包括控制程序，其记录在所述控制器内，并由所述控制器执行从而使所述装置来检检测在所述供水系统的出水口处供水的需求并且有选择地开启所述阀门中的至少一个持续第一预定时间段，并且遵从在所述第一预定时间段结束后对水的持续需求的检检测来有选择地开启所述阀门中的至少另一个并持续第二预定时间段。 
优选地，所述设备还包括调制解调器装置，其可操作地与所述控制器相关联用以提供信号来操作所述控制器。 
优选地，所述信号包括修改所述预定时间段并开启和关闭所述阀门的命令。 
优选地，所述设备还包括可操作地与所述控制器相关联的界面，通过所述界面，操作者可以改变所述控制器的操作参数。 
本发明还公开了一种从供水系统供水到出水管道的方法，所述方法包括步骤： 
(a)在出水管道处检测水的需求； 
(b)开启第一阀门将所述供水系统通过第一限流装置连接到所述出水管道并持续至少第一时间段；以及 
(c)在第一段结束时，检检测水的持续需求并开启第二阀门将所述供水系统连接到所述出水管道并持续第二时间段。 
优选地，所述方法还包括在出水管道检检测至少充分的流动停止并响应其而关闭所述阀门或每个阀门。 
优选地，所述第二阀门与第二限流装置相结合，所述的方法还包括： 
(d)在所述第二段结束时，检测水的持续需求并开启第三阀门，所述第三阀门在所述供水系统到所述出水管道之间提供了自由联结。 
优选地，开启所述第三阀门持续第三时间段。 
优选地，步骤(a)包括检测出水管道中的压力差。 
优选地，步骤(c)的检测包括检测在出水管道中的水流量。 
另外，本发明还公开了一种在连接到出水管道的水系统中检测泄漏的方法，所述方法包括步骤： 
开启阀门，将供水系统连接到所述出水管道用以给所述系统加压； 
关闭所述阀门； 
在关闭所述阀门后预定的时间段，开启所述阀门并检测在出水管道中的水流量； 
形成代表从任何检测的流量中所确定的泄漏的信息。 
优选地，所述信息至少显示在与所述阀门可操作地关联的显示装置上。 
优选地，所述信息被传输到与所述系统相联系的用户。 
附图说明
现在，通过实施方式并参照附图将对本发明优选的方式进行说明，其中： 
图1是从供水系统到房屋例如家庭住宅的示意性侧视图； 
图2是在图1中的供水系统使用的水流量控制装置的示意图； 
图3是示意性电路图，其示出了在图2中的控制装置中所采用的元件； 
图4是表示PLC和相关联元件的具体实现的示意性方框图； 
图5是被配置来控制水流量控制装置的操作的程序的流程图；以及 
图6A到图6F表示用于水流量控制装置的六种操作模式中的每一个的定时图。 
具体实施方式
在这些附图中，图1中示意性地示出了通过管道26将家庭住宅10连接到给水总管11。所述管道26将水运送到流量控制装置27。典型地，仪表14将管道26连接到给水总管11上。 
如图2所示，所述装置27包括多个阀门，在这个实施方式中，所述装置包括三个阀门12、13和14。所述阀门12和13通过限流装置15连接到出水管道16，所述限流装置中的每一个均允许将额定最大流量的一部分供给到住宅10。合意地，每个限流装置控制25％的额定流量，这可以通过减少所述阀门12以及13之间的连接管道和管道18的截面积来实现。所述阀门14通过自由联结(管道)连接到管道18上并因此能够将所述额定最大流量供给到住宅10。 
所述阀门12、13和14是电动操作的并在运行中由可编程控制器(PLC)17来控制。所述控制器17开启和关闭所述阀门12、13和14使得水从所述管道26流向所述管道16。作为PLC的可选择方式，可以使用专用集成电路(ASIC)或其他的合适的嵌入式装置。 
所述阀门12、13和14平行设置，每一个均连接到管道18上，所述管道18延伸到与所述管道16连接的流量计19。所述流量计提供要传送到所述控制器17的电信号，该信号提供了送至所述管道16的流量指示读数。 
压力传感器20处于所述阀门12、13和14的下游并连通管道18，用以提供表示在所述管道18中的压力的信号，所述信号从传感器20传送到控制器17。所述传感器可以为压力开关(如所示)，然而，合意的是一压力传感器，所述压力传感器被配置成提供可变信号到所述PLC17中，来表示在出水管道16中的压力。 
如图3中所示，优选地，有一界面21与所述控制器17相关联，该界面可以由操作者使用来配置所述控制器并操作所述控制器17。 
更优选地，所述控制器17与GSM模块22可操作地关联，所述GSM模块22用来对所述控制器17进行远程操作。所述模块22可以根据GSM移动电话网络并同GSM移动电话网络一起操作。可选择地，所述模块22可以被配置成以其他的射频移动电话网络例如3G或CDMA来操作。进一步地，专用射频通信的调制解调器可以被配置用于区别于公共电话网络的专有操作(proprietary operation)，例如通过供水当局促进专门使用。 可选择地，所述调制解调器22可以被配置成通过有线连接和在合适时可以应用的公共交换电话网络进行通信。在这种配置中，在移动环境中作为优势的SMS的使用可以由传真或通讯的网络协议模式所替代。 
所述调制解调器22、控制器17、界面21、阀门12、13和14、开关20和流量计19可以从许多电源中的任何一个或多个中接收电能，所述电源包括系统供电23、备用电池24或太阳能电池板25。 
在操作上述装置30时，当住宅10没有产生对水的需求时，所述阀门12、13和14是关闭的。然而，在管道18中存在的压力由所述传感器20检测。如果所述阀门12、13和14的下游有泄漏，管道18中的压降可以由传感器20检测到。然后，这个信息通过控制器17由所述界面21显示出来，从而泄漏可以被处理。 
当住宅10的所有出水口已经关闭达到一设定的时间段时，可以执行简易的泄漏测试。在这个设定的时间段后，所述阀门12、13或14的至少一个或者多个被开启。如果有泄漏，则水将流经流量计19从而显示泄漏。这样的操作可以通过界面21和/或通过调制解调器22来完成。 
当住宅10中产生需求时，压力开关20检测到管道18中的压降并将其传送给控制器17。控制器17开启阀门12、13或14中所选定的一个或多个，使得水流至管道16中。流速也是可以被监控的。阀门12、13和14的开启顺序和数目也是可以被调整以适合于住宅10的需求。例如，当需求开始时，作为一个例子，可能开启阀门12和/或阀门13以提供最小的流量。如果需求持续和/或增加，那么将要开启所述阀门14。 
进一步地，到住宅10的流量可以由模块22来远程控制。例如，如果住宅10具有关于供水的限额，如果超过该限额则供水将要通过操作所述阀门12、13和14来被阻断或减少供应。再进一步地，所述GSM模块可以被用于传输有关住宅10的用水情况的数据到中央机构用于付款和/或控制目的。 
图4示出了可编程控制器(PLC)50的优选方式，其可以用于图1到图3中的布置中。所述PLC50包括微控制器52，通过写入连接64和读取连接66将定时器54连接到微控制器52上，这就使得所述微控制器 通过所述连接64将定时值装入定时器54中，并通过所述连接66检测所述定时的结束。只读存储器(ROM)56通过连接86向所述微控制器52提供基本程序命令来配置和启动所述PLC50。所示的闪速随机存取存储器(RAM)58通过双向总线84连接到所述微控制器52上，所述闪速随机存取存储器用于存储操作程序，通过该操作程序，所述水流量控制装置27被配置用来操作到服务目的地的水流量控制，例如到图1中的家庭住宅10、或如商业场所的水流量控制。在这个方面来看，所述商业场所可以是例如宾馆的一个单间或套房或办公楼的一个楼面的供给。 
所述微控制器52通过双向连接82连接到服务接口60上，所述服务接口60进一步连接到接口耦合62，由该接口耦合，可以执行服务编程和监控。这种编程可以用来升级存储于闪速随机存取存储器58中的操作程序代码或可选择地用于读取在一个时间段内所获取的流量计的体积值，该时间段由所述微控制器52来确定并存储在所述闪速随机存取存储器58中，从而，消除了对图1所示的传统的水流量计14的需要或为图1所示的传统的水流量计14提供了备用品。 
通过连接80，所述微控制器52也连接到输出接口60，所述输出接口60通过各自的输出线70、72和74驱动每个所述阀门12、13和14。在这点上，所述阀门12到14中的每一个典型地为电磁驱动并通常设置成常闭配置，这样，通过连接72-74，从所述接口60到各个电磁阀的电能供应为开启相应的阀门12-14作准备。 
所述微控制器52通过双向耦合78进一步地连接到操作界面76。所述操作界面76可连接到液晶显示器88和键盘90，其共同地形成了如图3所示的人机界面21。操作界面76进一步地用于接收来自压力传感器20和流量计19的每一个中的信号92和94以及到GSM模块22的双向通讯耦合96。进一步地如图4所示，手动地可操作的用户复位开关100通过连接98连接到操作界面76。用户复位开关100典型地被压下或以其他方式启动(如将要述及的)，来复位所述PLC50的操作程序，尤其是在泄漏已经使得失去水供应能力的情况下。 
图5示出了操作程序120的流程图，典型地，所述操作程序被编码 并存储在闪速随机存取存储器58中，并由微控制器52来控制和执行从而进行所述PLC50的操作并依次地进行流量控制装置27的操作。所述程序120具有初始步骤122，其代表在“待用”模式中的流量控制，在该模式中，没有对水流量的需求，因此，流量为零，由压力传感器20检测到的压力为相应于给水总管11中的压力的最大值。在这种模式中，所述阀门12、13和14的每一个均闭合。所述程序120提供的操作方法包含两个部分，第一部分124代表在流量控制装置27上安排需求时的操作，以及第二部分140代表泄漏测试。 
所述程序120的第一部分是常态的供给方法140。在这个方面，所述压力传感器20被配置成每5秒至少约一次地监控下游管道18中的水压。当所监控的压降例如在任何一个测量周期中接近10％，那么，步骤142确定在下游供水系统上已经置入了需求，并且所述装置27随后被配置成按响应供给水。在这样的情况下，根据步骤142，开启所述阀门V112，提供25％的流量到住宅。然后，所述微控制器52以定时值T1(举例来说30秒)装入所述定时器54中，并启动定时器监控一暂停(满水保护(anti-flooding))时间段Tout，例如15分钟(例如通常地充满浴缸所花的时间长度)。所述流量计19监控下游水路中的流量。在步骤144中，如果流动停止，在由时间段T1所确定的周期内，如由所述微控制器52通过界面76和连接94所检测的，所有的定时器均被复位并控制返回所有阀门均闭合的步骤122。监控时间T1的可选择方式为监控流量，例如监控第一个预定的3升的体积。 
可选择地，在时间段T1结束或已经传送预定体积时，在步骤146中，阀门V2 13也是开启的。所述阀门13与其他的限流装置15相结合，所述其他的限流装置15和与所述阀12相结合的限流装置相应，在这种情况下为25％。结果，由两个均开启的阀门V1和V2中的每一个提供的流量相应于50％的额定流量(flow rate)，并且时间值T2装入到所述定时器54中。所述时间值T2可以例如是60秒的时间段。可选择地，第二预定体积的流量例如10升可以被监控。当流量计19在步骤148中检测到流动中断，则所有的定时器如在步骤144中一样均被复位，并且控制返 回到步骤122，在该步骤122中所有阀门被再次关闭。 
当时间段T2如由定时器54确定的那样终止时或者达到所述第二预定体积时，步骤150则开启阀门V3因而向下游负载提供无阻碍的、100％的最大流量。只要水需求活跃，所述PLC50就记录例如在1分钟的时间间隔由所述流量计19测量的流量值。所测得的流量可以被永久地记录在所述闪速随机存取存储器58中。此外，如在步骤152中所测，当流动停止时，所述PLC50将所测得的最近的流量值与记录在所述闪速随机存取存储器58中的值进行比较，如果两个值是相同的，这就确认流动已经中止，那么，所有的定时器被复位并且根据步骤122关闭所有的阀门。当流量计19希望利用叶轮型装置来实现时，采用这种确认方法是合意的，所述叶轮型装置输出脉动来显示由流动所引起的叶轮转动。这种确认方法确保了所述流动已经完全停止。另一种方法可以是，即使当用户需要非常小的流量(低于所述流量计19的灵敏度)时，闭合所述阀门。 
如果如始于步骤150的最大流量持续，然后，由反溢出暂停Tout所确定的并始于步骤142的时间段在步骤154中被监控。在那种情况下，当所述时间段Tout由定时器54确定而终了时，所有的阀门在准备步骤122中均被关闭，合意地，在步骤156中，发送SMS消息给用户，所述SMS消息显示已经被确定为系统的持续泄漏或错误使用的情形。这种情形可以是对淋浴龙头处于偶然地开启状态的指示或例如像洗衣机或洗碗机上爆裂的管子的指示、或盥洗室严重泄露或冲洗阀卡在开启状态的指示。 
上述的过程示例性地描述在图6C中，示出了当水的需求持续时随之而来供给增加。 
在一些实施方式中，如图5中由连接160所示，暂停Tout的操作可以被配置成复位所述方法140来提供25％的流量。这在一些需要持续用水的场合可以是必要的或所希望的。 
图6A、6B和6D到6F示出了PLC17的其他的各种操作模式，并大体上显示了利用此处所公开的供给方法能达到的节约。在图6A中，可以看出能够维持25％的水流量。当用户的水分配(例如经过一天、一个星期或一个月)已经超过预定体积时，这样的操作模式可以由供水当局来 启动。图6B和6D示出了各种时间段T1、T2和Tout可以如何被调节以改变供给到负载的水流量。如图6F所示，在某些情况下，例如当向游泳池充水时，时间段可以被关闭从而提供持续的水流量。可以理解的是，图6A-6F代表了各种可编程的操作模式，其分别允许各种不同的可以达到一定范围的水节约的水控制模式。 
关于泄漏测试124，其始于步骤126，该泄漏测试124周期性地处于没有流动或没有需求的时段中。所述泄漏测试，例如可以在一个时间间隔内执行，例如在所述方法140的最后操作后一小时和之后的每小时执行。在步骤128中，为了使由图1中的家庭住宅10代表的水路的下游部分增压，所述阀门12-13一起打开持续10秒钟的时间段。在步骤130中，所述阀门均闭合并持续六十秒的时间段从而确认隔离下游负载。在步骤132中，开启阀门V1 12并持续10秒的时间段来测试泄漏。在这种配置中，所述阀门V1 12与限流装置15相结合从而可操作地提供最大的可用(额定)流量的25％。在这点上，最大的可用流量将由管道18中的压力和管道18的横截面积来确定。在步骤134中，所述PLC50经由连接94检测来自通过流量计19所确定的流量的任何流量值。如果所述流量值或所检测的体积为零，如步骤136中所示，则确定没有泄露，所述泄漏测试124于是结束并返回控制到所述备用步骤122。当在步骤134中检测到的流量大于零，则认为已经检测到泄漏并且这个结果连同可见的警报闪烁或相应的警报声音(未示出)显示在LCD 88上。泄漏的实际值也可以通过GSM蜂窝移动模块作为SMS文字信息被记录并被发送。这样，可以配置来操作以发送信息给住宅10的居住者或可选择地或另外地发送信息到供水当局。 
若泄漏较小，所述泄漏测试124有效地向水路的下游部分再补给从而确保水在那里是满足需求的。然而，若所述泄漏为重大泄漏，则泄漏测试导致所述水路中的全部阀门关闭，从而在执行每次测试过程中仅仅损失少量的与所述测试相关联(25％的额定流量持续10秒钟)的水。如果所述泄漏是重大的，使得损失的水多于由所述泄漏测试124补充的量，那么所述阀门12-14将依然持续地关闭，使得在系统上的正常需求(举 例来说，用户打开水龙头)将不会引起所述阀门12-14的任何一个开启。为了避免这个问题，用户可以按下所述复位开关100，从而来复位所述微控制52以根据所述方法140提供对所述PLC17的操作进而允许水的供给。 
利用此处所公开的布置和从流量计所检测的值，可以通过操作所述微控制器52来确定体积流量并保留在闪速随机存取存储器58中。因此，这样可以提供体积流量的数字上可读的形式，所述体积流量可以通过服务接口60、62检测到也可以经由所述连接96通过所述GSM无线模块22传输给用户或管理机构。所述GSM模块96也提供了一种方法，经由该方法，用户可以通过改变定时值T1、T2、T3和Tout来为PLC50提供控制命令。当那些值并不是期望值时，则使用通过服务接口所装载的程序所确定的默认值。可选择地，通过由GSM调制解调器22所接收的SMS消息，用户可以根据所述阀门12-14的操作设定特定的流量(举例来说25％、50％或100％)以满足所希望的目的。 
此处所描述的设置用于将水供给到家庭和商业设备，其能够满足标准的、通常的、日复一日的需求。例如，如图6D所示，连续增加水的运送和利用时间段T1和T2，全程装载在时间上可以为台阶状，因此，有助于减少可影响一些系统的“水锤”现象。进一步地，在需求小并持续的时间段短时，仅运送25％的额定流量。例如，这足以使个人用户能够用水洗手或者用水将玻璃杯填满。对于更重要的使用，可以获得50％的流量增加例如用来将炖锅或水盆注满。对于更大的需求而言，例如进行淋浴时或洗衣机工作时，在时间段T1和T2后可以获得较高的100％的流量。通过提供泄漏检测和满水保护暂停，组成了各种有助于减少水损失的安全网络。 
所述设置也用于在多个时间段内监控水的供给并允许例如控制每日的使用。在这个方面，为使用地点设定日常体积量，一旦超过了设定值，则可以通过关闭所述阀门12-14或通过限制预定流量来切断水流，例如当需求产生时仅使阀门12能够运行。当消防队为了灭火的目的可能需要最大的干线压力时，在火灾期间，可以由供水当局进行紧急切断。如果 给水干线被污染时也可以使用这样的设置。 
前面仅仅描述了本发明的一些实施方式，在不脱离本公开的精神和范围下可以对此进行变型。 
例如，当所述阀门和流量控制装置被示出并被描述为独立的连接部件时，它们可以是单一形成的或一体形成的。 
进一步地，当上述优选的控制方法在各种定时时间段结束前检测到水流的停止并做出响应而关闭所述阀门时，所述系统可以被可选择地操作以保持所述阀门开启直到定时段的时间结束为止。在这种情况下，水流将仍然是停止的或大体上是停止的(在出现较小的泄漏时)，然而，如果在定时段内有再次需求，将马上可获得以前流量的水。 

Claims (17)

1.一种流量控制设备，包括：
管道，用于连接到供水系统；
多个阀门，其平行设置并连接到所述管道上用以接收来自那里的水；
可编程控制器，其可操作地与所述阀门关联以使所述阀门在闭合和开启配置间操作；出水管道，其连接到所述阀门的每一个上，用来当所述阀门处于开启配置时接收来自那里的水；
压力传感器，其处于所述阀门的下游并可操作地关联所述控制器以提供表示所述阀门的下游水压的信号到所述控制器；
流量计，其处于所述阀门的下游并提供表示通过所述阀门的流量的信号给所述控制器；以及
所述流量控制设备还包括控制程序，其记录在所述控制器内并由所述控制器执行，从而使所述压力传感器来检测在所述供水系统的出水口处对水的需求以及使所述控制器有选择地开启所述阀门中的至少一个持续第一预定时间段，并且使所述流量计在所述第一预定时间段结束后检测对水的持续需求，来使所述控制器有选择地开启所述阀门中的至少另一个并持续第二预定时间段。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括至少一限流装置，其可操作地与所述阀门中相应的一个相结合并设于所述供水系统和所述出水管道之间。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述阀门中的其他的至少一个将所述供水系统通过自由联结连接到所述出水管道。
4.根据前面任一项权利要求所述的设备，其特征在于，还包括调制解调器装置，其可操作地与所述控制器相关联，用以提供信号到所述控制器来操作所述控制器。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述信号包括用来修改所述预定时间段并开启和关闭所述阀门的命令。
6.根据权利要求1到3中任一项所述的设备，其特征在于，还包括可操作地与所述控制器相关联的界面，操作者通过所述界面改变所述控制器的操作参数。
7.一种根据权利要求1-6任一项的流量控制设备从供水系统供水到出水管道的方法，所述方法包括步骤：
(a)检测在所述出水管道处的水需求；
(b)开启所述多个阀门的第一阀门从而将所述供水系统通过第一限流装置连接到所述出水管道并持续至少第一时间段；以及
(c)在所述第一时间段结束时，检测对水的持续需求，并开启所述多个阀门的第二阀门从而将所述供水系统连接到所述出水管道持续第二时间段。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括检测在所述出水管道中至少实质的流动停止，并对此响应而关闭所述阀门或每个阀门。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述第二阀门与第二限流装置相结合，所述方法还包括：
(d)在所述第二时间段结束时，检测对水的持续需求，并开启所述多个阀门的第三阀门从而在所述供水系统到所述出水管道之间提供自由联结。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，开启所述第三阀门并持续第三时间段。
11.根据权利要求7-8中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(a)包括检测在所述出水管道中的压力降。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(a)包括检测在所述出水管道中的压力降。
13.根据权利要求7-8中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(c)的所述检测包括检测在所述出水管道中的水流量。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(c)的所述检测包括检测在所述出水管道中的水流量。
15.一种根据权利要求1-6任一项所述的流量控制设备检测在连接到出水管道的供水系统中的泄漏的方法，所述方法包括步骤：
开启所述多个阀门的阀门从而将供水系统连接到所述出水管道，以给所述系统加压；
关闭所述阀门；
在关闭所述阀门后的预定时间段，开启所述阀门并检测在所述出水管道中的水流量；
形成信息，其代表由任何所检测的流量所确定的泄漏。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述信息至少显示在可操作地与所述阀门相关联的显示装置上。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述信息被传输到与所述系统相联系的用户。
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