给水控制器文字.doc

22 想-壮志凌云 干-脚踏实地（4）给水设备中心控制器我系完成的山东省教育厅科技计划项目之一，给水设备中心控制器，项目编号J04A68。2005年通过省级鉴定（鲁教科鉴字2005第118号）达到国内领先水平，其相关内容已编入实用教材，并与给水设备综合实训台配套使用。 图2 给水设备中心控制器 3.2 555时序电路555时序电路是电子线路中应用非常广泛的器件，它具有控制、触发、电平检测比较以及放电和输出放大等功能，主要用于构成信号产生电路、定时电路、报警电路和控制电路。它是一种将数字电路和模拟电路结合制作在同一片硅片上的混合集成电路，它有双极型和CMOS型两种，在一个芯片中封装两个相同功能的555电路的集成电路称556电路。外形式及管脚排列见下图；2.水塔或高位水箱水位自动控制系统如图简化后所示，闭合开关K，由555集成块组成的控制电路进入工作状态，由三根导线（公共端，上限，下限）通过传感电信号检测水位。公共端为公共电极沉入水底。当水位落到下限电极以下时，上限电极和下限电极端均悬空，上限电极通过电阻接通电源的负极，集成电路555的2、6脚低电平触发，3脚输出高电平，继电器J、接触器KM通电，水泵M向水箱内注水。当水位升高超过下限电极时，电源VCC由公共端通过水电阻（水电阻20K）连接R1、，其分压后约为VCC/2加于IC的2、6脚,此时，电路处于保持状态，3脚仍输出高电平。当水位继续上升到达上限电极时，上限电极通过公共端连接电源正极，IC的2、6端电位大于2/3VCC，此时电路翻转，3脚输出低点平，继电器J、接触器KM释放，水泵M停止工作。随着外界用水，水位不断下降，当水位低于上限电极时，此时电路处于保持状态，3脚仍输出低点平。当水位继续下降到达下限电极以下时，重复上述过程。图3-6 水位自动控制系统原理3.3 LM324四运放集成电路LM324是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装,外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器, 除电源共用外,四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示,它有5个引出脚,其中“+”、“-”为两个信号输入端,“V+”、“V-”为正、负电源端,“Vo”为输出端。两个信号输入端中,Vi-（-）为反相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反;Vi+（+）为同相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图3-7： 图3-7 LM324内部原理图LM358是二运放集成电路,内部包含二组相互独立的运算放大器, 它采用8脚双列直插塑料封装, 引脚排列见图1；使用方法与LM324其本相仿。由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽,静态功耗小,可单电源使用,价格低廉等优点,因此被广泛应用在各种电路中。 下面介绍其应用实例。LM324作反相交流放大器电路见附图。此放大器可代替晶体管进行交流放大,可用于扩音机前置放大等。电路无需调试。放大器采用单电源供电, 由R1、R2组成1/2V+偏置,C1是消振电容。图3-8放大器电压放大倍数Av仅由外接电阻Ri、Rf决定：Av=-Rf/Ri。负号表示输出信号与输入信号相位相反。按图中所给数值, Av=-10。此电路输入电阻为Ri。一般情况下先取Ri与信号源内阻相等,然后根据要求的放大倍数在选定Rf。Co和Ci为耦合电容。LM324作同相交流放大器同相交流放大器的特点是输入阻抗高。其中的R1、R2组成1/2V+分压电路,通过R3对运放进行偏置。电路的电压放大倍数Av也仅由外接电阻决定：Av=1+Rf/R4,电路输入电阻为R3。R4的阻值范围为几千欧姆到几十千欧姆。图3-9电流表直流放大电路 该电路“给水设备中心控制器”中电流表显示电路，LM358组成同相电流放大电路，单刀双掷开关K置于“工作”时，互感器L将动力线感应的电压通过D、C1整流滤波后送入同相输入端，电流放大后由P显示其电动机工作电流值。K置于“门限”时通过旋动电位器R3选定一合适的电位做为门限比较电压，并有P显示该数值。R4为P满度可调电位器。图3-10LM324应用作比较器当去掉运放的反馈电阻时,或者说反馈电阻趋于无穷大时(即开环状态),理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大(实际上是很大,如LM324运放开环放大倍数为100dB，既10万倍)。此时运放便形成一个电压比较器，其输出如不是高电平（V+），就是低电平（V-或接地）。当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出低电平。图3-11图3-11中使用两个运放组成一个电压上下限比较器，电阻R1、R1组成分压电路，为运放A1设定比较电平U1；电阻R2、R2组成分压电路，为运放A2设定比较电平U2。输入电压U1同时加到A1的正输入端和A2的负输入端之间，当Ui U1时，运放A1输出高电平；当UiU2，则当输入电压Ui越出U2，U1区间范围时，LED点亮，这便是一个电压双限指示器。若选择U2 U1，则当输入电压在U2，U1区间范围时，LED点亮，这是一个“窗口”电压指示器。此电路与各类传感器配合使用，稍加变通，便可用于各种物理量的双限检测、短路、断路报警等。“给水设备中心控制器”断相过流保护电路 H等为三只互感器，当电机运行时H等均有感应电压输出。产生的感应电压整定后加至运算放大器IC1-A正相输入端，其反相输入端的电位是由R5、R5压后取得（R5/R5= 20/1）电机在正常运转情况下，IC1-A正相输入端电位明显高于反相输入端，IC1-A输出高电平。当动力线L1相断时H 无输出电压。这时IC1-A反相输入端电位高于正相输入端的电位，输出端由高转为低电平。断相执行电路由KM切断电机电源同时发出报警信号。L2、L3断相后与之相同。电机正常运行时，H的感应电压稳定在某一数值上，由二极管D2等组成或门加在IC1-D反相输入端，正相输入端的电位由电阻R7 、电位器R8的分压得到。调整R8可使正相输入端电位刚刚大于反相输入端，IC1-D正常情况下输出高电平。当电机运行中因过载、阻转、滞转、工作电压偏低等原因造成电机工作电流增大时，H的感应电压随之增高，至使反相输入端的电位高于正相输入端，IC-D翻转输出低电平，过流执行电路切断电机同时发出报警信号。图3-123.5 四声报警器（CK9561）CK9561的接线图：图3-16详细介绍：1可选择2.IC的电源电路接通，IC工作，且3脚输出警笛信号，该信号经V放大后推动扬声器发出报警声；3上电自动复位；4电压范围：2.4V3.6V。实例图3-17VD为3V稳压管，通过12V电源可取得3V电压供9561电源。三极管将放大的音频通过喇叭传出，以下电路优点是采用较高电压向报警片提供电源，由于喇叭输出功率较大，其电源必须通过大功率电阻限流直接接入12V。3.6 实践实训1.认识各种集成芯片，明确其用途2.分析下述NE555双稳态电路是如何工作的图3-183.参考下述555水位控制图，设计一个实现与图示相反功能的电子电路，有水时电路工作，无水时不工作第二篇 常用控制器第五章 给水设备中心控制器山东省教育厅科技计划项目之一，完成单位聊城职业技术学院机电工程系。项目编号J04A68。2005年通过省级鉴定（鲁教科鉴字2005第118号）达到国内领先水平。5.1 给水设备中心控制器简介给水设备中心控制器是专为压力罐，水塔等给水设备而设计的配套电气装置，它采用进口原装中大规模集成电路，集自动控制、电机保护、故障报警于一体，其性能稳定、结构紧凑、功能齐全、发现故障迅速、彻底解决了普通电盘控制迟钝、运行噪声大、机电保护不完善、易烧压力表电接点等致命缺点。是给水设备控制装置的升级换代产品。图5-1 给水设备中心控制器项目的意义该装置专为给水设备而设计，从根本上替代了传统的控制模式，接合实际应用，紧扣给水主题，力求智能化控制，帮助用户从使用的“难题”中解脱了出来。该装置利用电子电路的特点及优势提高了控制的可靠性、完善控制功能、降低了成本。比普通控制柜成本下降50%由于该装置集各种状态指示灯、电流表、按键、转换开关、电流互感穿于一体化结构、与一只交流接触器（根椐水泵电机功率择定）配合就构成了一套功能完备的给水电气控制系统，省略了按装、走线等繁杂的工作；显著提高了工作效率、缩短施工工期。可节约工时80%以上，另外，对于水泵电机的保护、水位传感器设置的简化、善后维修的方便快捷，由于采用弱电强控简化或降压了外围检测器件结构和成本、方便、简捷，可直接与专业给水设备厂对外配套安装，只需要按照接线图正确接入设备后就能正常工作，也可以作为一种标准用器件用户直接使用具有较高实用性及创新性，是给水设备控制装置的升级换代产品。功能简介1、与电接点压力表配合；可构成压力罐压力自动控制系统。2、与三根水导电极(普通导线)配合；可构成水塔、水箱等水位自动控制系统。3、具有储水池无水停机、限位自保功能。4、具有电动机断相保护功能；切断时间t2秒，切断后同时报警。5、具有电动机过流保护功能；切断后同时报警、延时4-7分钟自动复位。6、具有电源欠/过压保护功能（保护范围：340 420 V）。7、设有交流接触器线圈保险丝：熔断后“CRD”指示灯亮，以上各功能均有指示灯显示。技术原理图5-2 技术原理框图 上图是该装置的控制原理方框图；它首先由给水控制电路起闭交流接触器，从而使水泵的运行或停机。给水控制电路由三种形式的信号控制；压力控制的电接点压力表，水位控制的水导电极，及储水池限位控制。水泵运行时，其运行电流通过检测电路分别过流、断相保护电路门限值进行比较。电流表可直观地显示水泵运行工作电流，当水泵出现异常时，保护电路切断给水控制电路，水泵停止运行，同时发出报警。图5-3 给水设备中心控制器原理图给水控制电路：由供水系统的压力、水位检测信号或人为的手动信号控制水泵的运行和停机。先看手动控制； 将手动/自动转换开关K2置于手动位置，按动起动按键S1，集成电路IC3的脚2、6低电平触发，集成电路IC3输出高电平，继电器J2通电，交流接触器KM通电，水泵M运行，“运行”指示灯H5亮。按动停止按键S2，IC3的脚2、6高电平触发，IC3翻转，输出低电平，J1、KM释放、M停止运转，“停止”指示灯H4亮。当K2置于自动位置时，则由水位或压力信号通过接线端子、以不同的配接方式控制供水电路。 图5-4图5-4 a)；用于气压罐自动供水控制系统。由电接点压力表检测压力信号，端连接高点校正针(上表针)、端连接气压针(中表针)、端连接低点校正针(下表针)。当气压罐内压力低于下限设定值时，中表针和下表针接触，IC3输出高电平，电机运转，水泵向气压罐内注水，压力不断增大，中表针上移离开下表针，并与上表针相碰后，IC3翻转，电机停止运行。 外界用水使罐内压力不断下降，当中表针和下表针再次相碰时，重复上述工作过程。 图5-4 b)；用于水塔或高位水箱自动供水控制系统，由三根导线传感检测水位信号，端为公共电极沉入水底（或接于管道），、端相连后连接上限位电极，端连接下限位电极。当水位落到下限电极以下时，、均悬空，、通过电阻R34接通电源的负极，集成电路IC3脚2、6低电平触发，集成电路IC3输出高电平，继电器J1、接触器KM通电，水泵M向水塔（或水箱）内注水，水位升高超过下电极后，电源Vcc由端通过水电阻连接R34、R35，其分压后约为1/2Vcc加于IC3脚2、6端( R34=R35=120K， 水电阻2/3Vcc， 电路翻转，J1、KM释放，M停止工作。随着外界用水，水位不断下降，当水位低于下限电极时，重复上述过程。 储水池控制电路：该电路工作原理与上面所介绍的水位控制电路完全相同，但控制水位方向与之相反， 即水位低于下限电极时，必须停止供水电路工作，以防储水池无水电机抽空，原理如下； 储水池的水位低于下限后，IC2输出高电平，三极管VTI导通，IC3脚4电压低于0.5V致使IC3处于低电平输出的复位状态。停止供水电路工作， 此时指示灯H3亮，表示为“储水”状态。待储水池水满后端子(5)(7)连通，集成电路IC2脚2、6高电位触发， 集成电路IC2输出低电平，三极管VT1截止，IC3脚4电压升高，解除复位，供水电路照常工作。保护电路由断相及过流保护电路组成：H1H3为三只互感器，三相动力线分别穿过H的磁环。断相保护：当电机运行时H1H3均有感应电压输出。以H1为例，互感器产生的感应电压通过D8、C5整流、滤波，再由R7、R10分压后加在运算放大器IC1-A正相输入端，其反相输入端的电位是由R18、R19分压后取得，电机在正常运转情况下，IC1-A正相输入端电位高于反相输入端电位，这时输出高电平，三极管VT2处于截止状态，当动力线U相断开时，M1 无输出电压。这时IC1-A反相输入端电位高于正相输入端的电位，而输出低电平。VT2导通，集电极电位提高，触发可控硅T2导通，继电器J2吸合，其常闭点切断J1供电回路，主KM释放，电机停止运转，此时可控硅维持导通，发光管 H2亮表示电路处于“断相”状态。J2常开点通电后接通了报警器，提醒值班人员及时排除故障。L2、L3及所对应的电路及工作原理与上述相同，C4、R4为延时抗干扰电路，以防止可控硅误触发。我们常把电动机在运行过程中断相，称为动态断相。V相或W相出现动态断相时，将会造成变压器初级电压大幅度下降，此时，降低的直流电压难以支持J2吸合，这里专门设置了C15、D5，在电压降低的瞬间，电解电容C2储存的电能足以保证J2吸合，以确保J1的顺利释放。过流保护： 电机正常启动时，M1M3的感应电压稳定在某一数值上，由二极管D11、D12、D13并联接在IC1-D反相输入端，正相输入端的电位由电阻R17 、电位器W的分压得到。调整W可使正相输入端电位刚刚大于反相输入端，当电机运行中因过载、阻转、滞转、工作电压偏低等原因造成电机工作电流增大时，H1H3的感应电压随之增高，至使反相输入端的电位高于正相输入端，IC-D翻转输出低电平，三极管VT3导通、T1导通、J2得电、J1失电、电机停止运行，“过流”指示灯H1亮，报警器响。为了避免电动机在启动时，瞬间电流过大而造成IC-1D的误动作。这里设置了电容C8等组成的延时电路。以保证电机的正常启动。 5.2 安装与实训试机前的准备工作将控制器、空气开关、交流接触器固定于适当位置（如下图所示；空气开关、交流接触器应与电机功率匹配），并按以下步骤一一接入。 将三根动力线（线径应与电机功率匹配）穿过控制器三个线孔。将控制器接线端子1、2、3接入（注意：3端通过交流接触器线圈接入电源）。 将三相交流电源接入空气开关输入端。将水泵电机接交流接触器下端子。开通电源试机检查无误即可开通电源，电源开通后控制器“停机”红灯亮。将控制器手动/自动开关置于“自动”；保护/解除开关置于“保护”状态。将控制器“门限调整”调整钮顺时针旋到底。按动控制器的启动键；接触器吸合，电机运行，运行（绿）灯亮。按动控制器的停机键；接触器释放，电机停机，停机（红）灯亮。电动机过流保护-门限调整再次启动电机，逆时针缓慢调动“门限调整” 调整钮，直至“过流”指示灯亮，同时停机报警。此时；再顺时针旋一个刻度。过流保护后的三种解除方式1、过流后；将保护/解除开关扳到“解除”再扳回到“保护”，即可停止过流状态。2、过流后；关闭电源, 重新启动，可停止过流状态。3、过流后；停机报警延4-7分钟后可停止过流状态，自动复位。加控制信号试机控制器手动/自动开关置于“自动”。保护/解除开关置于“保护”。用一段导线短路一下8、4端子，电机运转。短路一下8、5端子，电机停转。与电接点压力表配套；可构成压力罐压力自动控制系统（图一）。 与三根水导电极配合；可构成水塔,高位水箱等水位自动控制系统（图二）。水导电极的设置1、可按上图在盛水的小盆内试验，先作到心中有数。电极采用12V安全电压。2、电极线最好采用2mm2以上的多股铜线，而联接的引线不作任何要求，但接头处不能浸入水中。3、公共端可抛入水底或直接与金属管道相联。4、电极线应远离进水口，尽量避免浅上水。5、电极线应悬空挂置，不可依靠在水箱、水池、水塔内壁上。电极线互相之间不应靠的太近（10mm为宜）。使用注意事项“C-RD”为交流接触器熔断丝指示灯，该灯亮时说明上端保险丝（3A）已断，应及时检查接触器线圈是否烧毁。当不接电机试机时,控制器应处于“断相”保护状态。可将保护/解除开关置于“解除”后试机。小功率电动机（1.5KW以下）三根动力线均可在穿线孔多绕1-2圈，以增加感应电压值。第九章 给水中心控制综合实训台随着社会建设的飞速发展，高楼林立，高入云端，如何源水送入高层，不间断地向用户输送在水质、水量和水压三方面符合使用要求的水便是给水系统的任务，我们常采用的给水方式有水位开关控制的给水控制方式； 压力自动给水控制方式；变频调速恒压给水控制方式。9.1 水位控制方式水位控制方式的原理简介系统用水是由水箱/水塔直接供应即为重力供水。供水压力比较稳定，且有贮水，但因其由位置高度所高度所形成的压力供水，为此需要将水箱于建筑物屋顶的最高处，在大型建筑中即使如此，还常常不能满足最不利供水点的供水要求，同时由于其存水量较大，在屋顶上形成很大的荷重，增加了结构的承重和占用楼层的建筑面积，有碍美观，此外，屋顶水箱必须高出屋面几米，建筑立面较难处理，而且投资大，周期长。图9-2下面介绍几种水位控制方式：一、磁性开关（干簧水位控制器）控制方式（1）备用泵不自动投入的控制线路图9-3（2）如上图所示当水位低于低水位时，浮标中的磁环使SL1吸合J1 得电从而使得 J1-1、J1-2分别吸合，线圈KM得电KM主触点吸合水泵开始供水。当水泵供水使水箱水位到高水位时，从而带动浮标磁环使SL2吸合使得J2得电即J2的长闭触点断开。使KM失电KM主触点断开，水泵停止供水。水泵停止供水后，水箱水位开始下降，当下降低水位时重复以上动作。三、实用集成电路水位控制装置图9-5如图9-5所示，该图为集成电路控制的原理图；共公端8可直接与管道相联接，不但节省了导线。而且避免了水对电极的腐蚀，上下水位电极也应采用1平方mm以上我多股铜线。集成电路采用NE555 工作原理请参考,第二章第一节。四、压力自动控制方式 压力给水自动控制不在楼层中或屋顶上设置水箱，也不用单独水塔，仅在地下室或某些空余之处设置水泵机组和气罐等设备，采用压力给水来满足建筑物内空气的压力将罐内贮水压送到供水系统中去，其优点是灵活性大，建设快，少受污染，不妨碍美观，有利于抗震，消除管道中的水锤与噪声；缺点是需用金属制造，其体积和投资大，压力变化大，运行效率低，还需使用张力膜，维护费用高，或设置空气压缩机充气，因此耗费动力较多。采用电接点压力表的控制方案（1）电接点压力表构造由弹簧管、传动放大机构、刻度盘指针和电接点装置等组成。工作原理当被测介质的压力传导至弹簧管时，弹簧产生位移，经传动机构放大后，使指针绕固定轴发生转动，转动的角度与弹簧中气体的压力成正此，并在刻度盘上指示出来，同时带动电接点动作。当水位为低水位时，表的压力为设定的最低压力值，下限电接点闭合，当水位升高到时，压力达最高压力值，上限电接点闭合。图9-19给水设备中心控制器实训1、目的要求掌握给水设备中心控制器实训电路的安装及操作步骤，并熟悉各个元件的基本功能。2、工具、仪表及器材 工具 测电笔、螺钉旋具、尖嘴钳、斜口钳、剥线钳、电工刀等。 仪器 万用表、钳形电流表等。 器材 各种规格的紧固体、金属软管、编码套管等。元件明细表代 号名 称型 号规 格G给水设备中心控制器GSZK-M1三相离心自吸泵DBZB-22-111.1KW 、380V 、3A、Y接法、2845r/minM2三相离心自吸泵DBZB-22-111.1KW 、380V 、3A、Y接法、2845r/minQS电源断路器DZ4TLE-32三极、50HZ 、400VFR热继电器JR16-20/3三极、20A、KM1接触器CJ10-2020A、线圈电压380VKM2接触器CJ10-2020A、线圈电压380VSB1、 SB2按钮LA10-3H保护式、按钮数3X接线端子JD0-1020380V、10A、20节主电路导线-BVR - 1.51.5 mm (70.52mm)控制电路导线BVR - 1.01 mm (70.43mm)按钮线BVR 0.750.75 mm接地线BVR 1.51.5mm3、安装步骤及工艺要求按表备齐所用电器元件及控制器，检测元件质量。根据如图9-21示电路图，画出布置图。在网孔板上按布置图安装和所有电器件，并记住接线线路。认清给水设备中心控制器的接线端子，固定好控制器。在