集成電路自動上水系統(tǒng)

國藥集團新疆新特藥業(yè)有限公司 張衛(wèi)江

集成電路自動上水系統(tǒng)

國藥集團新疆新特藥業(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，方便等特點設(shè)計一套自動上水，監(jiān)控電氣系統(tǒng)。該系統(tǒng)可用于工業(yè)鍋爐，水塔，家用太陽能熱水蓄水裝置用。也可用于水源不穩(wěn)定地區(qū)補水。

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***定時器集成塊。定時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間功能的電路。該集成塊工作原理如圖1。它是由***定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。圖中R1，R2和C為定時元件。

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

1.2 該系統(tǒng)中另一個重要元件是變頻器，這里選用西門子MICROMASTER 440 變頻器，該元件給水泵電機提供電源和控制電機起動，停止。變頻器的優(yōu)勢在于軟啟動，使電機由零速度在設(shè)置的啟動時間里連續(xù)變速達到正常工作速度，相比傳統(tǒng)交流接觸器啟動電流較大減少對電機線圈的沖擊，同時對線纜也起到保護作用。變頻器內(nèi)部參數(shù)的設(shè)置正確，能保護電機過載，堵轉(zhuǎn)，缺相運行。使電機或者線路出現(xiàn)故障時候，變頻器本身跳閘處于停止狀態(tài)，直到查出問題，解決故障才能再次恢復(fù)運行的優(yōu)點。同時為了方便該系統(tǒng)中，補水速度的快慢能人為的設(shè)置控制，改變電機工作轉(zhuǎn)速由零速至電機全速能連續(xù)可調(diào)。相反當電機停止運行時也有個減速時間，防止電機硬生生停下來甚至反轉(zhuǎn)，使電機能量無法釋放而燒毀電機線圈和對線路沖擊，同時由于水錘現(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。因此變頻器越來越廣泛的應(yīng)運到工業(yè)控制中，它代替減速器實現(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為連接電機線，K11是集成塊控制繼電器常開觸頭，KM2為手動啟動常開觸頭，當K11或則KM2任何一個閉合，啟動變頻器，運行電機補水。

變頻器參數(shù)設(shè)置如下：

2.自動補水原理圖論述

根據(jù)自動補水原理圖（圖3），電源變壓器提供直流12V的電壓。a，b，c為水池中的三個水位探測電極。A1和A2是兩個***時基集成電路，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電極上能通過占空比極小的脈沖電流，有效地防止了電極氧化。

當水池中水位低于電極a，b時，a與b，c斷開。此時，A2的2腳為高電平，3腳為低電平，繼電器K吸合。使K11閉合，變頻器工作啟動電機，水泵供水。同時K13斷開手動禁止。K12將b，c斷開。當水位上升到a，b之間時，因K12已斷開，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點時，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，變頻器停止工作，水泵停止抽水。與此同時，K12閉合。A2進入暫穩(wěn)態(tài)。由于R2，C2決定的單穩(wěn)延遲時間長于A1的脈沖周期，所以A2延時未結(jié)束時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不動作，變頻器不工作，電機不抽水。

圖1

圖2

圖3 自動補水原理圖

圖4 自動補水電氣接線圖

圖5 自動補水監(jiān)控圖

附圖：自動補水接線圖

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

當水位下降到b以下時，A2的暫穩(wěn)態(tài)過后，不再受到觸發(fā)，3腳變?yōu)榈碗娖?，變頻器工作，啟動水泵電機抽水。以后過程如前面所述。

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的延遲時間。但必須保證A2的脈沖周期大于A1的脈沖周期，否則會發(fā)生邏輯混亂。

3.自動補水電氣接線圖論述

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

斷路器選擇電機額定電流的約1.5倍。如自動補水電氣接線圖。當K11觸頭的繼電器吸合時候，變頻器工作，啟動電機。當自動控制出現(xiàn)問題時，使用手動控制補水，按下啟動按紐啟動電機補水，停止按紐（選用急停按紐）用來停止補水，平時停止按紐為斷開狀態(tài)防止誤操作，手動KM和自動K1繼電器也為互鎖接線。防止同時手動和自動動作。

4.自動補水監(jiān)控圖

直流電源與自動補水電源用同一個電源a1，b1為水位探測電極與原理圖中的a，b用絕緣體連接平行安裝，這里a1，b1做為信號取用點。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）當水位在蓄水池底部到a1之間時，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，K22斷開，K31閉合，黃燈不亮。K32斷開，綠燈也不亮。如果這時還不啟動電機。操作人員應(yīng)該檢查設(shè)備，叫維修人員來現(xiàn)場處理。綠燈處也可并聯(lián)個蜂鳴器報警，用以提醒操作工。這是危險水位。停留現(xiàn)場觀察有無異常情況。

（2）當水位到a1時，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，紅燈滅K22閉合，K31閉合，黃燈亮。K32斷開，綠燈不亮。指示水位到中位。并保持黃燈亮。

（3）當水位到b1點時候，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，紅燈不亮。K22閉合，K31斷開，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”國家教委重點教材《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[M].SIEMENS版本,2012,3.