CN1182306C - 控制装置 - Google Patents

Abstract

一种控制装置包括多个流体控制阀(5)，其特别适用于为卫生洁具(1和2)供水。该阀具有由脉冲信号驱动的双稳态电磁螺线执行器和一个能独立驱动各个执行器的共用控制电路(6)。该控制电路和执行器由包括干电池组(7)的现场电源驱动。

Description

控制装置

本发明涉及一种具有多个流体控制阀的控制装置。本发明特别涉及但并非仅限于涉及一种带有控制设备及阀门的盥洗设备，用来将水提供给不同的卫生洁具如淋浴器、盥洗池以及抽水马桶(WC)或者比如说几个淋浴器。

电气控制的水阀广泛应用于管道设备以及盥洗设备中，这里节水特别重要，同时出于使用安全和方便的原因这里很容易出现滥用的情况，比如说在专门为老人或残疾人使用的盥洗设备中。

出于安全及安装的方便，一般优选使用蓄电池驱动的阀门。

欧洲专利文献EP0574372A1公开了一种控制装置，其包括多个流体控制阀、分别与各个阀门相连的电磁执行器以及为阀门提供控制信号的控制器。

根据本发明，提供一种控制装置，其包括：多个流体控制阀，分别与各个阀门相连的电磁执行器以及为执行器提供控制信号的控制器，其特征在于：每个电磁执行器都是双稳态电磁执行器，其用来开、关各自的阀门，该执行器包括一个可在两个分别对应于阀门开、关状态的位置之间移动的臂杆以及由对应的电脉冲驱动在所述两个位置之间移动臂杆的机电驱动装置，臂杆在移到一个位置后可保持在该位置处；该装置包括：

对应于每一个执行器的脉冲信号供给装置，其与执行器相连，并提供所述相应的驱动电脉冲；

所有脉冲信号供给装置共用的基于微处理器的计算机(computer)，其与每一脉冲供给装置相连，可操作用于向脉冲信号供给装置提供信号，以控制相互独立的每一个阀门；

输入信号供给装置，用于向基于微处理器的计算机提供控制信号；

现场电源装置，其与所述基于微处理器的计算机以及所述脉冲信号供给装置相连，并为控制装置的驱动及所述脉冲提供电力；以及

存贮装置，该存贮装置所保存的程序和数据可使基于微处理器的计算机响应于所述输入信号供给装置以独立地控制所述阀门。

优选地，每一脉冲信号供给装置包括晶体管开关对，其与基于微处理器的计算机的输出端以及各独立的执行器的电磁驱动线圈的各端点相连，脉冲信号供给装置可响应由基于微处理器的计算机所产生的输出信号，以向所述线圈提供穿过其一个方向的电流脉冲以打开所述阀门，或向所述线圈提供反向的电流脉冲以关闭所述阀门。

优选地，该输入信号供给装置包括一个或多个用于每一阀门的开关。

有利地，该控制装置包括可手动操作的开关装置，其连接到基于微处理器的计算机，用来使所述任何阀门根据预先设定的两个或多个的不同时间间隔所选择的一个打开一段时间。

开关装置可包括：一个第一开关，其可通过基于微处理器的计算机使相应的阀门打开第一预定时间间隔；以及一个第二开关，其可通过基于微处理器的计算机使该阀门打开相对较短的第二预定时间间隔。

基于微处理器的计算机最好在阀门打开所述第一预定时间间隔后，允许阀门以所述第二预定时间间隔能打开预先确定的次数。

阀门打开时，相应的第二开关可经基于微处理器的计算机关闭该阀门。

优选地，基于微处理器的计算机响应于开关装置将所述设备设定成预定的控制状态，并记录阀门在处在所述状态下时间间隔的代表值，然后基于微处理器的计算机响应于所述开关装置按两倍或多倍于所述时间间隔的时间将所述阀门设定成所述的控制状态。

当任何阀打开时，相应的第二开关可以通过基于微处理器的计算机关闭该阀。

优选地，基于微处理器的计算机响应于开关装置将所述设备设定成预定的控制状态，并记录阀门在处在所述状态下时间间隔的代表值，然后基于微处理器的计算机响应于所述开关装置按两倍或多倍于所述时间间隔的时间将所述阀门设定成所述的控制状态。

优选地，该装置包括温度控制装置，例如温度传感器装置，用于感测供向各阀的水温，并向基于微处理器的计算机提供超温信号。

现场电源装置可以包括单一的干电池组，或带有备用电池的电网电源。

该控制设备还可优选包括两个通道，每个通道控制一个阀门，每个通道具有多个开关输入，其中一些输入可被编上时间程序，而另一个输入只有在其它的输入中有一个输入有效时才能有效。在流体阀打开时，所述的另一个输入会跨越另一些输入，或者在供能阀门关闭时用来增大流体阀。

该控制设备还可有一个或多个辅助通道，这些通道具有简单地开/关的开关功能。

通过将电源负载分配给多个开关，每一个开关根据情况通电，系统所需功率减少，用一个干电池(或几个)即可用来满足多个阀门的需要。

上述设备在设计上可编入不同的操作方式，并可设定不同的选择时间值等。

为了更好地理解本发明，现有以举例的方式参照附图对本发明进行描述。

图1为盥洗设备的示意图；

图2为控制设备简化了的电路图；

图3为控制设备电路板的平面图；

图4为控制设备的电路图；以及

图5为带有双稳态电磁执行器的阀门的简图。

图1中的盥洗设备包括WC(抽水马桶)1和带有冷热水龙头(旋塞)3的脸盆2。WC1和龙头3各自由其上带有电动截止阀5的管道供水。

如图5所示，每一个截止阀5包括一个将阀5在开关之间切换的双稳态电磁执行器100。该双稳态螺线执行器具有一个在端部110枢轴连接在支撑件111上的臂杆101，一个电磁激磁线圈102以及一个永久的吸持磁铁103。臂杆101与阀5中的阀门件相连(如虚线109所示)并可在第一、第二限制位104、105之间移动，该第一、第二限制位104、105对应于阀门的关、开状态。如果臂杆101处于第二限制位105处，则由于吸持磁铁103的吸引会使其保持在该位置上。如果臂杆处于第一限制位104上，则是由于吸持磁铁的吸力不足，使臂杆移动过来而使臂杆保持在该位置上。当第一脉冲信号加到电磁线圈上时，吸持磁铁103由于电磁线圈102的电场而增强，这时臂杆则移到第二限制位105处。此时将一个反向脉冲加到线圈上，臂杆则会脱离吸持磁铁的吸持。这不仅能克服吸持磁铁的吸力而且还能使螺线臂杆回到第一限制位104处。这样电磁执行器100仅通过短脉冲驱动就可在阀门开闭位置之间操作，而不需提供位置保持驱动信号。

臂杆101可与弹簧装置106或另一个永久磁体107相连，从而使臂杆轻触保持在第一限制位104处，这里也可没有这种弹簧装置以及其它的永久磁铁。

每一个阀门都是那种通过阀门元件运动直接切断或打开水流的阀门，或者如图中所示，每一个阀门可具有间接控制或“伺服”控制的一级或多级108，如阀门元件控制隔板或类似物上的小流孔，从而使压力累积或释放，该压力反过来作用于隔板的运动并控制阀门的水流。

阀门由具有微处理器控制设备6控制，该控制设备6由二氧化锂锰干电池组7驱动。

如图2至4所示，每一个控制设备6都包括一个微控制器8和一个电擦写可编程只读存贮器(EEPROM)9，该EEPROM9与微控制器相连并带有微控制器8的程序和数据。微处理器8接收由以下描述的各种元件所提供的输入信号。

驱动阀门的脉冲信号由相应的驱动电路50、60和70(在图2中用简化的电路形式以单个块10示出)提供。每一个驱动电路都有两个输出端子11与相应的阀门相连。每一个驱动电路中的输出端子11都经二极管12和NPN/PNP三极管组13分别连接到高低电源干线14、15上，与电池组7相连。控制设备6中的微控制器8和其它半导体设备都由电池组7经一个稳压器16驱动。

微控制器8还经微处理器19和连接单元80与一个传感器/显示单元17相连。微处理器19的功能是接收从单元17的温度传感器过来的温度指示信号，处理后与一个合适的高温阈值比较，然后为单元8提供一个高温自动切断信号。传感器/显示单元17可包括一个市场可买到的、预制的、基本为数字式的温度计单元，也可适当的整定之。当然，该传感器/显示单元也可包括另一个微控制器以进行数字显示。

该控制单元还有一个包括两个八位寄存器20、21的开关接口电路18，其输出经多路传输与微控制器8相应的信号输入端相连。

寄存器20根据包括在控制板23中的八个按钮开关22设定，而寄存器21反映的则是五个双列直插式开关(DIP开关)33和一个安装在控制设备8中印刷电路板上的按钮开关24的状态。寄存器21还与输入端子25、26相连，以接收一个可选的外部输入信号和一个可选的功能键开关(图中未示出)。

图3中的电路板(PCB)可以独立地控制多至三个自锁电磁阀5。在下列描述中，各阀以及相关的开关也被指定为阀通道1、2和3。而且，在图2中，三个阀5用于W.C.1以及脸盆2的冷热水龙头3。在下列描述中，各通道中的一个可以控制淋浴器。电路板具有端子30以便与一个6V干电池组，如二氧化锂锰电池组相连。28引线IC微控制器8具有两组分别导向输出子电路50、60和70的引线以控制相应的阀门5。微控制器8还与寄存器20和21相连。寄存器21与一个外部I/P以及功能键开关端子25和26、DIP开关33、按钮24以及连接单元80相连从而与温度传感器/显示模块电路17相连。寄存器20与连接器90相连从而与控制板23上的开关22相连。

阀5根据各开关22的手动操作而开启或者关闭。阀门“开启”的时间可以在很宽的范围进行设定，阀门在这之前的任何时候也都可以关上。这里还提供有一个用于锁定(LOCKOUT)的键操作开关95，当该开关动作时，所有的阀门都关闭，并且在此期间所有开关输入都被禁止。

特定的开关输入还具有附加的属性，例如加满/停止(TOP UP/STOP)的功能，当温度传感器电路17检测的温度超过设定的上限时，第三通道可被关闭的功能。这些功能可根据需要来使用或不用。

如果需要，为了防止溢流、限制用水或提供安全控制等，可采用一个“无效(disable)”时间，从而在溢流发生时，在设定的时间内不再加水(此功能仅限于通道1、2)。TOP UP/STOP可继续使用，最多为5次。

阀门通道1和2

这是两个各自独立但相同的通道。每一个通道都有四个开关输入，其中一个开关输入设计成TOP UP/STOP，并且每一个开关都有其自己的编程的加入时间(FILL TIME)。

对于前三个开关输入，阀门会打开一段预设的时间，然后关闭。此外，这三个开关自身可被设定成要么(a)在加水时，设定成无效；要么(b)允许第二次操作来关闭阀门。

如果第四个开关设定成TOP UP/STOP，那么它只能在前三个开关中任何一个开关开始加水操作后才有效。当阀门为开时，这个开关用作停止(STOP)开关——关闭阀门，取消当前的加水时间。当阀门关闭时这个开关变为TOP UP并且在这个开关无效前最多允许5次操作。

如果第四个开关设成ON/OFF，其可用来开始一个加水操作，并且按第二下时就会将阀门关闭。

如果单元由双列直插式开关设定并给定一个延时(DELAY TIME)，那么开关1到3会在开始加水之后的这段时间内无效，而TOP UP/STOP功能会继续保持有效。

阀门通道3

该通道有一个开关与之相连，并与外部I/P端子相连。该通道通常用作淋浴控制。该通道可有其自己编程的加水时间。该开关动作会使阀门打开一预定时间，而开关的第二次动作会使阀门关闭。

温度模块

该模块在合适的位置感受并显示水温，并且如果装上一个可选的自动关闭模块，那么当温度达到43°或以上时，阀门会自动关闭。并且在温度超过该设定值时，阀门无论如何都不会打开。

锁定键开关

锁定键开关95可用于防止未经授权的人员来操作设备，在锁定条件下，所有的阀门都关闭并且所有的开关都无效。

设定

下面的步骤1和2可用来选择加水时间以及所需的操作模式。设备通常都带有“缺省”值，这时所有的加水时间都设定为零，因此设备不会响应任何开关输入直到被设定好。

通过步骤3设备可被重新设定回“缺省”值，这时所有的加水时间设成到零。

即使电池组断开一较长时间，所有设定值都会保存在主板的存贮器中。

1.对于每一个开关来说，编写加水时间都是一样的，并且都必须进行以下步骤：

i)确保电池组已经联妥，并且LOCKOUT为关；

ii)按下PROG钮并放开(任何打开的阀门都会关上)；

iii)确定编程开关所需的运行时间或加水时间。按下一个加水开关——对应的阀门会打开。当达到所需要的运行时间时(或达到加水的水位)，再次按下同一加水开关——阀门将关上；

iv)等待2秒钟，使存贮器的数据更新；

v)重复步骤ii)到iv)，设定其它的加水开关。

2.为每一个开关编写ON或ON/OFF操作：

ON模式    —一旦开始加水，后续的开关操作将被忽略；

ON/OFF模式    —交替变换开关从而对使阀门开和关。

该设备通常为：通道1和2中前3个开关中的每一个开关都设定成ON/OFF模式而第四个开关则用作TOP UP/STOP开关。如果需要前3个开关也可被改写成ON操作模式，第四个开关改写成ON/OFF模式。

对于通道3，只有ON/OFF模式，并且不能被改变。

通过试用来检查当前每一个开关的设定值——仅在设定值需要改变时才重新编写。

i)确保电池组已经连妥，并且LOCKOUT为关；

ii)按下PROG钮并放开(任何打开的阀门都会关上)；

iii)操作LOCKOUT键，并回到“关”的位置；

iv)按下准备编程的开关；

v)等待2秒钟，使存贮器的数据更新。

3.使所有的开关编程成无效。

i)确保电池组已经连妥，并且LOCKOUT为关；

ii)按下PROG钮，并保持至少3秒种(任何打开的阀门都会关上)；

iii)等2秒钟，使存贮器的数据更新。

4.设定双列直插式开关

这些开关可在任何时候进行调整，但是建议将这项工作安排在上面编程步骤完成，并在加水时间和模式被检测为正确后进行。

这里有5个双列直插式开关33，其操作详述如下。该双列直插式开关位于上位时为“开”，位于下位时为“关”。

                         开关

通道1和2    1       2       3       4       延持时间

            关      关      关      关      0

            开      关      关      关      5分钟

            关      开      关      关      10分钟

            开      开      关      关      15分钟

            关      关      开      关      20分钟

            开      关      开      关      25分钟

            关      开      开      关      30分钟

            开      开      开      关      35分钟

            关      关      关      开      40分钟

            开      关      关      开      45分钟

            关      开      关      开      50分钟

            开      开      关      开      55分钟

            关      关      开      开      60分钟

            开      关      开      开      65分钟

            关      开      开      开      70分钟

            开      开      开      开      75分钟

                                      开关

                                      不加水的时间如编入的值

                                      加水时间按编入的值X10

通道3(淋浴时间)         5

                                      在给通道3的加水时间编

                                      程时，该设定值对减少等待

                                      时间非常理想。

举例

比如淋浴时间需要5分钟(300秒)，这可通过两个方式来实现。

a)按照设定阶段1，在按下加水开关打开加水后等5分钟再关闭，然后将双列直插式开关的电极5断开。

b)按照设定阶段1，只需在按下加水开关后等30秒再关上，然后将双列直插式开关的电极5合上(10×30＝300秒)。

这里可以看到控制设备在构成上可以为多个阀门提供多种功能，每一个阀门都由单个的干电池组提供动力。

本发明不仅可用于盥洗设备、管道装置，甚至还可用于流体控制阀。此外上述控制设备可用于其它的场合。特别是b)中描述的将时间值编入控制设备的方法一般都非常有用。

上述实施例中的电源可适用于干线电网或者适用于从现场电源如大型电池组接收电力，前述干电池组仅用作备用电源。电池组就地或其它地方可以充电。

Claims (11)

1、一种控制装置，包括：多个流体控制阀，分别与各个阀门相连的电磁执行器以及将控制信号提供给执行器的控制装置，其特征在于：每个电磁执行器都是双稳态电磁执行器(见图5中的100)，其用来开、关各自的阀门(5)，该执行器包括一个可在两个分别对应于阀门开、关状态的位置之间移动的臂杆(101)以及由相应的电脉冲驱动在所述两个位置之间移动臂杆的机电驱动装置(102，103)，臂杆在移到一个位置后可保持在该位置处；所述控制装置包括：

对于每一执行器，与该执行器连接的一个相应的脉冲信号供给装置(10，50，60，70)，可供给所述相应的电脉冲；

各个脉冲信号供给装置共用的、连接到各个脉冲信号供给装置的基于微处理器的计算机(8)，用于向脉冲信号供给装置提供信号，以控制相互独立的每一个阀门；

用来为基于微处理器的计算机提供控制信号的输入信号供给装置(17、22、24、25、26、33、95)；

现场电源装置(7、16、30)，其与所述基于微处理器的计算机和所述脉冲信号供给装置相连，并为控制装置的驱动及所述脉冲提供电力；以及

存贮装置(9)，用于存贮使基于微处理器的计算机响应所述输入信号供给装置而独立地控制所述阀门的程序和数据。

2、如权利要求1所述的控制装置，其中每一脉冲信号供给装置包括晶体管开关对(13)，该开关对与基于微处理器的计算机的输出端以及各执行器(100)的电磁驱动线圈(103)的相应端点相连，脉冲信号供给装置(10、50、60、70)响应由基于微处理器的计算机所产生的输出信号，向所述电磁驱动线圈(103)供给一个方向的电流脉冲以开启所述阀门(5)，或者供给反方向的电流脉冲以关闭该阀门。

3、如权利要求1所述的控制装置，其中输入信号供给装置包括为每一个阀门配备的一个或多个控制开关(22)。

4、如权利要求1所述的控制装置，其中输入信号供给装置还包括与基于微处理器的计算机相连的手动开关装置，其用来使所述任何阀门根据预先设定的两个或多个不同时间间隔所选择的一个打开一段时间。

5、如权利要求4所述的控制装置，其中所述开关装置包括一个第一开关，其通过基于微处理器的计算机使相应的阀门打开第一预定时间间隔；以及一个第二开关，其通过基于微处理器的计算机使该阀门打开相对较短的第二预定时间间隔。

6、如权利要求5所述的控制装置，其中基于微处理器的计算机在阀门打开所述第一预定时间间隔后，允许阀门能以预先确定的次数打开所述第二预定时间间隔。

7、如权利要求4所述的控制装置，其中当任何阀门打开时，相应的第二开关经基于微处理器的计算机操作来关闭该阀门。

8、如权利要求4所述的控制装置，其中基于微处理器的计算机响应于开关装置，将所述设备设定成预定的控制状态，并记录阀门处在所述状态下时间间隔的代表值，然后，基于微处理器的计算机响应于所述开关装置按两倍或多倍于所述时间间隔的时间将所述阀门设定成所述预定的控制状态。

9、如权利要求1所述的控制装置，包括温度感应装置(17)，用于感测由各阀门供给的水的温度，并向基于微处理器的计算机提供超温信号。

10、如权利要求1所述的控制装置，其中现场电源包括干电池组。

11、如权利要求1所述的控制装置，其中现场电源是带有备用电池的电网电源。

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