集成電路自動上水系統

國藥集團新疆新特藥業有限公司 張衛江

集成電路自動上水系統

國藥集團新疆新特藥業有限公司 張衛江

基于集成電路的發展，充分利用該元件的可靠，低成本，方便等特點設計一套自動上水，監控電氣系統。該系統可用于工業鍋爐，水塔，家用太陽能熱水蓄水裝置用。也可用于水源不穩定地區補水。

集成塊；變頻器；電源變壓器

1.引言

1.1 該系統里關鍵的元件之一是個***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，可以很方便地構成脈沖產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和觸發輸入端2電壓均為0，通過***內部電路運算，使輸出端3的電壓Vo=1，并持續保持，同時電源通過R1，R2對電容C充電，電路進入第一暫穩態；當電容電壓Vc上升到2／3Vcc時，***定時器通過內部電路使輸出端3，輸出Vo=0，電路進入第二暫穩態；當電容電壓下降到Vc＜1／3Vcc時，***定時器通過內部電路使輸出端3，輸出電壓Vo=1，電源又通過R1，R2對電容C充電。如此周而復始地兩個暫穩態不停地轉換。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。變頻器的優勢在于軟啟動，使電機由零速度在設置的啟動時間里連續變速達到正常工作速度，相比傳統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。變頻器內部參數的設置正確，能保護電機過載，堵轉，缺相運行。使電機或者線路出現故障時候，變頻器本身跳閘處于停止狀態，直到查出問題，解決故障才能再次恢復運行的優點。同時為了方便該系統中，補水速度的快慢能人為的設置控制，改變電機工作轉速由零速至電機全速能連續可調。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，使電機能量無法釋放而燒毀電機線圈和對線路沖擊，同時由于水錘現象防止水泵倒轉毀壞水泵和相關的閥門的作用。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運到工業控制中，它代替減速器實現變速作用也很明顯。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。

變頻器參數設置如下：

2.自動補水原理圖論述

根據自動補水原理圖（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的單穩態觸發器。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，水泵供水，水位繼續上升。在水位上升到c點時，A1的3腳輸出的低電平脈沖經水阻傳輸觸發A2單穩態電路，A2的3腳變為高電平，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進入暫穩態。由于R2，C2決定的單穩延遲時間長于A1的脈沖周期，所以A2延時未結束時A1又將觸發A2，C2上的電荷被放掉，這樣A2將保持暫穩狀態，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腳繼續受到A1的3腳輸出的負脈沖觸發，水泵仍不啟動。

當水位下降到b以下時，A2的暫穩態過后，不再受到觸發，3腳變為低電平，變頻器工作，啟動水泵電機抽水。以后過程如前面所述。

調試方法是：調節R1的阻值可改變A1的振蕩周期，調節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里的電機選擇根據現場要求，水泵選定根據出水率，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，根據我的經驗選擇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。操作人員應該檢查設備，叫維修人員來現場處理。綠燈處也可并聯個蜂鳴器報警，用以提醒操作工。這是危險水位。停留現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.