國(guó)藥集團(tuán)新疆新特藥業(yè)有限公司 張衛(wèi)江

集成電路自動(dòng)上水系統(tǒng)

國(guó)藥集團(tuán)新疆新特藥業(yè)有限公司 張衛(wèi)江

基于集成電路的發(fā)展，充分利用該元件的可靠，低成本，方便等特點(diǎn)設(shè)計(jì)一套自動(dòng)上水，監(jiān)控電氣系統(tǒng)。該系統(tǒng)可用于工業(yè)鍋爐，水塔，家用太陽(yáng)能熱水蓄水裝置用。也可用于水源不穩(wěn)定地區(qū)補(bǔ)水。

集成塊；變頻器；電源變壓器

1.引言

1.1 該系統(tǒng)里關(guān)鍵的元件之一是個(gè)***定時(shí)器集成塊。定時(shí)器是一種通用的集模擬與邏輯功能為一體的中規(guī)模集成電路。利用這種集成單片，只要適當(dāng)配接少量元件，可以很方便地構(gòu)成脈沖產(chǎn)生和變換電路及具有其他定時(shí)間功能的電路。該集成塊工作原理如圖1。它是由***定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器。圖中R1，R2和C為定時(shí)元件。

電源接通瞬間，由于電容C上的電壓不能跳變，Vc=0，使***定時(shí)器的閥值輸入端6和觸發(fā)輸入端2電壓均為0，通過(guò)***內(nèi)部電路運(yùn)算，使輸出端3的電壓Vo=1，并持續(xù)保持，同時(shí)電源通過(guò)R1，R2對(duì)電容C充電，電路進(jìn)入第一暫穩(wěn)態(tài)；當(dāng)電容電壓Vc上升到2／3Vcc時(shí)，***定時(shí)器通過(guò)內(nèi)部電路使輸出端3，輸出Vo=0，電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)；當(dāng)電容電壓下降到Vc＜1／3Vcc時(shí)，***定時(shí)器通過(guò)內(nèi)部電路使輸出端3，輸出電壓Vo=1，電源又通過(guò)R1，R2對(duì)電容C充電。如此周而復(fù)始地兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)不停地轉(zhuǎn)換。在定時(shí)器輸出端就可以得到矩形波脈沖信號(hào)。

1.2 該系統(tǒng)中另一個(gè)重要元件是變頻器，這里選用西門子MICROMASTER 440 變頻器，該元件給水泵電機(jī)提供電源和控制電機(jī)起動(dòng)，停止。變頻器的優(yōu)勢(shì)在于軟啟動(dòng)，使電機(jī)由零速度在設(shè)置的啟動(dòng)時(shí)間里連續(xù)變速達(dá)到正常工作速度，相比傳統(tǒng)交流接觸器啟動(dòng)電流較大減少對(duì)電機(jī)線圈的沖擊，同時(shí)對(duì)線纜也起到保護(hù)作用。變頻器內(nèi)部參數(shù)的設(shè)置正確，能保護(hù)電機(jī)過(guò)載，堵轉(zhuǎn)，缺相運(yùn)行。使電機(jī)或者線路出現(xiàn)故障時(shí)候，變頻器本身跳閘處于停止?fàn)顟B(tài)，直到查出問(wèn)題，解決故障才能再次恢復(fù)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)為了方便該系統(tǒng)中，補(bǔ)水速度的快慢能人為的設(shè)置控制，改變電機(jī)工作轉(zhuǎn)速由零速至電機(jī)全速能連續(xù)可調(diào)。相反當(dāng)電機(jī)停止運(yùn)行時(shí)也有個(gè)減速時(shí)間，防止電機(jī)硬生生停下來(lái)甚至反轉(zhuǎn)，使電機(jī)能量無(wú)法釋放而燒毀電機(jī)線圈和對(duì)線路沖擊，同時(shí)由于水錘現(xiàn)象防止水泵倒轉(zhuǎn)毀壞水泵和相關(guān)的閥門的作用。如果變頻器不工作，它本身可以存儲(chǔ)故障信息，以方便工程維修人員迅速查找并排除故障。因此變頻器越來(lái)越廣泛的應(yīng)運(yùn)到工業(yè)控制中，它代替減速器實(shí)現(xiàn)變速作用也很明顯。變頻器接線如圖2。

L1，L2，L3是電源，PE為接地線。U，V，W為連接電機(jī)線，K11是集成塊控制繼電器常開(kāi)觸頭，KM2為手動(dòng)啟動(dòng)常開(kāi)觸頭，當(dāng)K11或則KM2任何一個(gè)閉合，啟動(dòng)變頻器，運(yùn)行電機(jī)補(bǔ)水。

變頻器參數(shù)設(shè)置如下：

2.自動(dòng)補(bǔ)水原理圖論述

根據(jù)自動(dòng)補(bǔ)水原理圖（圖3），電源變壓器提供直流12V的電壓。a，b，c為水池中的三個(gè)水位探測(cè)電極。A1和A2是兩個(gè)***時(shí)基集成電路，其中A1及R1=？K，R2=？K，C1=100u組成自激多諧振蕩器，A1的3腳每50s輸出一個(gè)寬度僅為0.1s低頻脈沖。A2與R4=？K，C3=？u組成延遲約為70s的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。a，b，c電極上能通過(guò)占空比極小的脈沖電流，有效地防止了電極氧化。

當(dāng)水池中水位低于電極a，b時(shí)，a與b，c斷開(kāi)。此時(shí)，A2的2腳為高電平，3腳為低電平，繼電器K吸合。使K11閉合，變頻器工作啟動(dòng)電機(jī)，水泵供水。同時(shí)K13斷開(kāi)手動(dòng)禁止。K12將b，c斷開(kāi)。當(dāng)水位上升到a，b之間時(shí)，因K12已斷開(kāi)，A2的2腳仍為高電平，K1仍處于吸合狀態(tài)，水泵供水，水位繼續(xù)上升。在水位上升到c點(diǎn)時(shí)，A1的3腳輸出的低電平脈沖經(jīng)水阻傳輸觸發(fā)A2單穩(wěn)態(tài)電路，A2的3腳變?yōu)楦唠娖?，K1失電，K11斷開(kāi)，變頻器停止工作，水泵停止抽水。與此同時(shí)，K12閉合。A2進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。由于R2，C2決定的單穩(wěn)延遲時(shí)間長(zhǎng)于A1的脈沖周期，所以A2延時(shí)未結(jié)束時(shí)A1又將觸發(fā)A2，C2上的電荷被放掉，這樣A2將保持暫穩(wěn)狀態(tài)，K1不動(dòng)作，變頻器不工作，電機(jī)不抽水。

圖1

圖2

圖3 自動(dòng)補(bǔ)水原理圖

圖4 自動(dòng)補(bǔ)水電氣接線圖

圖5 自動(dòng)補(bǔ)水監(jiān)控圖

附圖：自動(dòng)補(bǔ)水接線圖

當(dāng)水位下降到電極c以下時(shí)，因K12閉合，所以A2的2腳繼續(xù)受到A1的3腳輸出的負(fù)脈沖觸發(fā)，水泵仍不啟動(dòng)。

當(dāng)水位下降到b以下時(shí)，A2的暫穩(wěn)態(tài)過(guò)后，不再受到觸發(fā)，3腳變?yōu)榈碗娖剑冾l器工作，啟動(dòng)水泵電機(jī)抽水。以后過(guò)程如前面所述。

調(diào)試方法是：調(diào)節(jié)R1的阻值可改變A1的振蕩周期，調(diào)節(jié)R4的阻值可改變A2的延遲時(shí)間。但必須保證A2的脈沖周期大于A1的脈沖周期，否則會(huì)發(fā)生邏輯混亂。

3.自動(dòng)補(bǔ)水電氣接線圖論述

圖4里的電機(jī)選擇根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求，水泵選定根據(jù)出水率，揚(yáng)程，蓄水容積等選擇，這里不給出計(jì)算方法，但是一旦泵定好了，電機(jī)也就定好了，這里主要論述怎么啟動(dòng)和停止水泵電機(jī)。電機(jī)選定好后，定線徑，根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)選擇1KW電機(jī)，兩個(gè)電流，一平方多股銅線能帶5-7個(gè)電流定線徑，這里指的是主回路，控制線路線一般選0.75—1個(gè)平方的線就可以了。

斷路器選擇電機(jī)額定電流的約1.5倍。如自動(dòng)補(bǔ)水電氣接線圖。當(dāng)K11觸頭的繼電器吸合時(shí)候，變頻器工作，啟動(dòng)電機(jī)。當(dāng)自動(dòng)控制出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，使用手動(dòng)控制補(bǔ)水，按下啟動(dòng)按紐啟動(dòng)電機(jī)補(bǔ)水，停止按紐（選用急停按紐）用來(lái)停止補(bǔ)水，平時(shí)停止按紐為斷開(kāi)狀態(tài)防止誤操作，手動(dòng)KM和自動(dòng)K1繼電器也為互鎖接線。防止同時(shí)手動(dòng)和自動(dòng)動(dòng)作。

4.自動(dòng)補(bǔ)水監(jiān)控圖

直流電源與自動(dòng)補(bǔ)水電源用同一個(gè)電源a1，b1為水位探測(cè)電極與原理圖中的a，b用絕緣體連接平行安裝，這里a1，b1做為信號(hào)取用點(diǎn)。紅燈指示低水位，黃燈指示中水位，綠燈指示高水位。電阻R5=R6=680K，電容C3=C4=100u。

（1）當(dāng)水位在蓄水池底部到a1之間時(shí)，A3集成塊的2腳為高電平，A4集成塊的2腳為高電平，A3，A4的3腳輸出低電平，K2，K3繼電器吸合。K21閉合紅燈亮，指示水位在低水位。同時(shí)，K22斷開(kāi)，K31閉合，黃燈不亮。K32斷開(kāi)，綠燈也不亮。如果這時(shí)還不啟動(dòng)電機(jī)。操作人員應(yīng)該檢查設(shè)備，叫維修人員來(lái)現(xiàn)場(chǎng)處理。綠燈處也可并聯(lián)個(gè)蜂鳴器報(bào)警，用以提醒操作工。這是危險(xiǎn)水位。停留現(xiàn)場(chǎng)觀察有無(wú)異常情況。

（2）當(dāng)水位到a1時(shí)，A3集成塊的2腳為低電平，A4集成塊的2腳仍為高電平。則A3的3腳輸出為高電平，A4的3腳輸出仍為低電平，K2繼電器不吸合，K3繼電器吸合。K21斷開(kāi)，紅燈滅K22閉合，K31閉合，黃燈亮。K32斷開(kāi)，綠燈不亮。指示水位到中位。并保持黃燈亮。

（3）當(dāng)水位到b1點(diǎn)時(shí)候，A3集成塊的2腳為低電平輸出保持不變，A4的2腳為低電平，則A3，A4集成塊的3腳輸出為高電平。K2，K3兩繼電器都不吸合，K21斷開(kāi)，紅燈不亮。K22閉合，K31斷開(kāi)，黃燈滅。K32閉合綠燈亮。水位在高位。

[1]梁明理,鄧仁清,主編.普通高等教育“九五”國(guó)家教委重點(diǎn)教材《電子線路》(第四版)[M].高等教育出版社出版.

[2]MICROMASTER 440通用型變頻器0.12KW-250KW使用手冊(cè)[M].SIEMENS版本,2012,3.