電纜溝集水井水位自動(dòng)控制裝置的設(shè)計(jì)

祁茂濤 王立偉

摘 要：本文針對(duì)電纜溝積水問(wèn)題設(shè)計(jì)了一種低成本，高精度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠的水位自動(dòng)控制裝置，其控制核心部分為L(zhǎng)M358和555定時(shí)器。其電源部分采用了簡(jiǎn)單可靠的單向全波整流，并用L7809穩(wěn)壓。

關(guān)鍵詞：低成本；水位控制

很多工廠地面電纜溝分布范圍廣，因地勢(shì)較低，地面施工工程較多，管網(wǎng)遭破壞現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。一旦發(fā)生漏水，勢(shì)必流向地勢(shì)較低的電纜溝內(nèi)，造成電纜溝積水。如遇雨天，積水則更加嚴(yán)重。電纜溝內(nèi)多為高壓電纜，，泡在水中，非常危險(xiǎn)，如果電纜絕緣遭到破壞，后果不堪設(shè)想。積水嚴(yán)重時(shí)更有可能倒灌入變電所內(nèi)，造成更大的事故。所以，在電纜溝地勢(shì)較低的位置，都設(shè)計(jì)建造了集水井，便于安裝水泵排水。如果這些水泵都用人工來(lái)控制，將會(huì)耗費(fèi)大量的人力和精力，很不現(xiàn)實(shí)，如果使用水位控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人監(jiān)視，達(dá)到節(jié)約成本的效果。

水位控制器有浮球式、電極式等很多種，使用效果也有很大區(qū)別。

傳統(tǒng)的浮球式水位控制器控制電壓為220V，不安全，并且浮球容易被水中雜物卡住，燒壞水泵，其控制精度也較低。而低電壓控制的成品水位控制器又價(jià)格不菲。為此，我們經(jīng)過(guò)自行設(shè)計(jì)、試驗(yàn)，制造了一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜的電極式水泵自動(dòng)排水控制器。

此控制器采用探針式采集水位信息，探針電壓低于5V，非常安全?？刂破鹘Y(jié)構(gòu)緊湊，體積很小，可安裝于多處水泵的控制。電路板可用試驗(yàn)板自行設(shè)計(jì)、焊制。

1 控制器基本工作原理

如圖1所示，從N接地、A上限、B下限分別引出一個(gè)探針（可用帶絕緣的銅線末端拴個(gè)螺母代替），N放入水池底部，B固定于水中需要停泵的水位處，A固定于水中需要開泵的水位處。從控制器內(nèi)的繼電器KA引出一組無(wú)源常開點(diǎn)與控制水泵的交流接觸器的線圈串聯(lián)。水位控制器通過(guò)控制交流接觸器控制水泵的開停。當(dāng)水位到達(dá)A時(shí)，A與N以水為導(dǎo)體接通，通過(guò)LM358（雙集成運(yùn)放）和555定時(shí)器的控制，繼電器KA吸合，交流接觸器吸合，水泵得電運(yùn)行。當(dāng)水位低于A而高于B時(shí)，KA保持，水泵狀態(tài)不變，仍保持吸水。當(dāng)水位低于B時(shí)，KA失電，水泵停止運(yùn)行。

2 電路板具體設(shè)計(jì)

2.1 電源部分的設(shè)計(jì) 輸入的AC220V通過(guò)變壓器變?yōu)閁1=AC12V，U1通過(guò)單向全波整流并濾波后得

U2（如圖2）=1.2x12=14.4V

U2為直流，在本設(shè)計(jì)中僅用于驅(qū)動(dòng)DC12V繼電器。

U2高于11V，則通過(guò)三端穩(wěn)壓器L7809CV，輸出穩(wěn)定的DC9V，記為U3，U3為電路板大部分元器件的工作電壓。

2.2 執(zhí)行部分工作原理 水位達(dá)到上限時(shí)，A與N接通，LM358的5管腳電壓低于6管腳，則LM358中的集成運(yùn)算放大器通過(guò)管腳7輸出低電平，555芯片的TR管腳接收到低電平后，555低觸發(fā)有效。與此同時(shí)，因B探針在水中，B與N一直接通，LM358的3管腳電壓低于2管腳，LM358中的另一集成運(yùn)放輸出低電平，555的TH管腳接收到低電平，因?yàn)檫@個(gè)管腳是高觸發(fā)管腳，所以在低電平的作用下，觸發(fā)無(wú)效。此時(shí)，555的管腳3輸出高電平，使三極管T1導(dǎo)通，繼電器KM的線圈通過(guò)T1的集電極與發(fā)射極與大地形成回路，KM吸合，通過(guò)交流接觸器控制水泵吸水。與此同時(shí)，555的管腳3輸出的高電平使發(fā)光二極管D6導(dǎo)通，顯示水泵正在運(yùn)行。

水泵吸水使水位下降，當(dāng)水位低于A而高于B時(shí)，A與N斷開，A回到高電平，LM358的管腳5的電平高于管腳6，LM324的集成運(yùn)放輸出高電平，555的TR管腳接受到高電平時(shí)，觸發(fā)無(wú)效，而B與N仍接通，555的TH管腳的觸發(fā)也無(wú)效，因此555保持原狀態(tài)不變，水泵保持運(yùn)行狀態(tài)不變。

當(dāng)水位下降到低于B時(shí)，LM358的管腳3置高電平，高于管腳2，LM358的管腳1輸出高電平，555的TH管腳接收到高電平時(shí)，555觸發(fā)有效。此時(shí)A與N仍斷開，TR為高電平，因此低觸發(fā)無(wú)效。在TH 觸發(fā)下，555管腳3輸出輸出低電平，三極管T1截止，KA線圈不能構(gòu)成回路，KA釋放，常開點(diǎn)打開，交流接觸器斷開，水泵失電停止。與此同時(shí)，發(fā)光二極管D6熄滅，D7導(dǎo)通發(fā)光，顯示水泵在停止?fàn)顟B(tài)。只有水位再次超過(guò)A時(shí)水泵才重新啟動(dòng)。

3 總結(jié)

本設(shè)計(jì)的控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，其所用電子元件在市場(chǎng)均可買到，成本很低，便于大規(guī)模應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王鴻明編.電工技術(shù)與電子技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000.