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        鉆具沖洗裝置儲水罐水位控制器的原理及其應(yīng)用

        2019-03-29 10:15:48李高山
        科學與技術(shù) 2019年9期
        關(guān)鍵詞:低成本

        李高山

        摘要:隨著石油企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的飛速發(fā)展,水在生產(chǎn)中起著重要的作用。一旦斷水,輕則給生產(chǎn)帶來極大的不便,重則可能造成嚴重的生產(chǎn)事故及損失,因此對供水系統(tǒng)就提出了更高的要求,即及時、準確、安全、充足的供水。

        關(guān)鍵詞:NE555時基電路;水位控制;低成本

        在工業(yè)生產(chǎn)中,水位控制裝置有著廣泛的應(yīng)用,如水塔,樓房水箱等。水位控制裝置的形式有很多種,浮子開關(guān)式、行程開關(guān)式、電節(jié)點式、壓力式、電子式、微機式等。這些裝置或多或少地存在著一些缺點:浮子開關(guān)式采用機械結(jié)構(gòu),維護起來不方便;微機式控制裝置,雖然操作方便,但造價較貴。本設(shè)計從實用性和經(jīng)濟性出發(fā),設(shè)計了一種水位自動控制裝置,該裝置結(jié)構(gòu)簡單維護方便、工作可靠、性能價格比優(yōu)良,而且在不同程度上克服了其他方法的一些缺點,在多種場合下均可采用,本設(shè)計不用PLC,也不用單片機,用集成電路(NE555時基電路)的硬件控制電路便能全部達到要求,且具有控制靈敏、穩(wěn)定可靠、電路簡單、操作簡便、維護方便、性價比高的特點,成品可直接用于安裝在鉆具沖洗裝置儲水罐水位的自動上水和關(guān)斷。

        一、工作原理

        采用NE555時基集成電路組成的水位控制系統(tǒng)的電路圖如圖一所示。電路中NE555時基集成電路器IC1構(gòu)成施密特觸發(fā)器完成整個水位控制功能,設(shè)計電路圖原理(見圖一)

        圖中A,B、C是三個電極檢測點。當水位高于水位線A時,水泵停機,停止給水池加水:水位低于水位線B時,水泵工作,給水池加水。C電極是最低水位檢測點,它連接于電源VDD,當水位低于水位線B時,C與B點不導通,導致IC1的2,6腳電位為零,NE555時基集成電路3腳輸出高電平,VT1導通,繼電器吸合,水泵給水池加水。

        當水位到達B點時,由于C,B兩點在水的作用下被短路,使IC1的2、6腳電位大于1/3VDD,此時IC1輸出端3腳維持高電平不變,水泵繼續(xù)給水池加水。

        當水位到達A點時,C,B,A三點被短路,使IC1的2,6腳電位等于4/5VDD,大于2/3 VDD,IC1的3腳輸出低電平,VT1截止,繼電器斷開,水泵停止給水池加水。

        同理,當水位下降,但還高于B點,此時IC1的2,6腳電位等于1/2VDD,大于13VDD,水泵仍然停止工作,只有水位低于B點時,此時IC1的2,6腳電位為低電平,VT1導通,繼電器吸合,水泵開始向水池加水。如此循環(huán)往復使水池中的水位保持在B、A之間

        二、主要元件說明及工作原理

        1、NE555定時器

        NE555定時器成本低,性能可靠,只需要外接幾個電阻、電容,就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它的電源電壓范圍寬,可在4.5V~16V工作,輸出驅(qū)動電流約為200mA,最大工作頻率500KHz,延遲時間可以從數(shù)微妙至數(shù)小時范圍內(nèi)設(shè)定,因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。

        電路工作原理:

        NE555定時器內(nèi)部電路含有兩個電壓比較器,一個基本RS觸發(fā)器,一個放電開關(guān)管T,比較器的參考電壓由三只5KQ的電阻器構(gòu)成的分壓器提供。A1與A2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當輸入信號自6腳,即高電平觸發(fā)輸入并超過參考電平2/3VCC時,觸發(fā)器復位,NE555的輸出端3腳輸出低電平,同時放電開關(guān)管導通;當輸入信號自2腳輸入并低于1/3VCC時,觸發(fā)器置位,NE555的3腳輸出高電平,同時放電開關(guān)管截止。RD是復位端(4腳),當RD=0,NE555輸出低電平。

        2、電磁繼電器

        繼電器是具有隔離功能的自動開關(guān)元件,一般由鐵芯、線圏、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓,線圈中就會流過一定的電流,從而產(chǎn)生電磁效應(yīng),銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯,從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點(常開觸點)吸合。當線圈斷電后,電磁的吸力也隨之消失,銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置,使動觸點與原來的靜觸點(常閉觸點)吸合,這樣吸合、釋放,從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。

        三、主要單元組成及功能

        1、信號產(chǎn)生單元

        信號產(chǎn)生單元主要由IC1 NE555芯片的引腳引出的探極和儲水罐組成。

        該單元的作用是產(chǎn)生有效的輸入信號。主要原理是利用水的弱導電性。水屬于弱導電質(zhì),可用來傳遞微弱的電信號。鑒于此原理,將該部分設(shè)計成由水面的上升與下降來控制電信號的接通與斷開:當水位上升時斷開電信號;當水位下降時接通電信號。

        2、信號處理單元

        信號處理單元主要由IC1 NE555芯片、電磁繼電器以及和它們所連接的控制電路組成。

        該單元主要是對輸入信號進行處理,然后輸出控制信號給繼電器和顯示燈。

        IC1通過對水塔中探極所傳遞來的高低電平信號來控制繼電器K具體控制過程如下:當探極C(低水位)高于水位線時,IC1的2腳為低電平,使IC1發(fā)生置位,3腳輸出的高電平使繼電器J1吸合,觸點K1閉合,水泵因得電而運轉(zhuǎn),進行抽水;當水位上升至探極A(高水位)時,相應(yīng)IC1復位,3腳輸出的低電平使繼電器K釋放,觸點K1斷開,水泵因斷電而停止工作,不再繼續(xù)抽水。

        4.實物制作與元件檢測

        a、電路安裝設(shè)計:

        根據(jù)電路圖和元器件的實際情況和布線規(guī)則進行布線,最后安裝完成進行不通電檢測。下邊是我學習過程中了解到的元件布局和布線的規(guī)則,安裝電路的時候必須遵從這些規(guī)則才能制作出符合要求的控制單元。

        b、電磁繼電器的檢測:

        本次設(shè)計實物制作中用的是JYB-714A12V8腳NE555時間控制電路,根據(jù)實物的引腳來用萬用表電阻檔分別接觸各個引腳,有電阻值為幾百歐姆的兩個引腳為線圈,除了線圈引腳外的引腳中電阻值為∞的一對則為常開觸點。檢查繼電器的好壞與區(qū)分線圈和常開觸點的方法如下;

        (1)通過檢測線圈的直流電阻,可判斷繼電器是否正常。其方法是用萬用表的歐姆擋,量程可據(jù)繼電器的標稱值,額定電壓越高,阻值也就越大,一般選擇Rx100k擋或Rx1k擋。將兩表筆分別接到線圈的兩引腳,如測得的阻值與標稱值基本相同表明線圈良好,如電阻值為∞,表明線圈開路。

        (2)檢測繼電器觸點。接觸電阻用萬用表的Rx1k擋,表筆分別接常閉觸點的兩引腳,其阻值應(yīng)為0Ω,然后將表筆再接常開觸點的兩引腳,阻值應(yīng)為∞。然后給繼電器通電,使銜鐵動作,將常轉(zhuǎn)為開路、將常開轉(zhuǎn)為閉合,再用上述方法進行檢測,其阻值正好與初次測量相反,表明觸點良好。

        四、實物調(diào)試

        在儲水罐低水位,使探極C(低水位)位于水位線之下,此時綠色指示燈亮;上電后水泵工作抽水,直到水位上升到探極A(高水位)處,看水泵能否實現(xiàn)自動停止抽水同時紅色指示燈亮。經(jīng)調(diào)試后可以實現(xiàn)以上基本功能,低水位綠燈亮,水泵自動抽水;到達高水位時則紅色指示燈亮,水泵停止抽水。

        五、設(shè)計總結(jié)

        此次設(shè)計終于實現(xiàn)了自動控制水位的功能。設(shè)計利用基本電路做到了自動上水功能,并且此電路在實際生產(chǎn)中很好搭建,在經(jīng)濟上花費代價比較低,可以提高供水效率。改裝近半年,一切運行正常,避免了因人員的操作失誤照成的缺水停工,滿水缺人管理造成水資源流失,節(jié)約了人力和物力,降低了勞動強度,節(jié)約了水資源,切合實際應(yīng)用。

        (作者單位:中石化中原石油工程有限公司管具公司中原項目部)

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