關于146C零氣泵控制器的設計與應用

梁永健

摘要：現主要針對146C動態氣體校準儀的零氣泵24小時常開問題而設計的一個外圍控制器，實現零氣泵與146C校準儀的動作跟隨，從而達到延長儀器壽命與節省能源的目的。

關鍵詞：146C零氣泵控制器；設計；應用

1 前言

2006年1月1日起，國家頒布實施了《環境空氣質量自動監測技術規范》，該標準的實施，進一步規范環境監測制度，對自動監測提出了更高的要求。連續長時間無故障運行和無人值守實現自動監測和校準、自動數據傳輸等監測技術已在廣大監測領域運行使用，由于自動監測要求儀器設備長期連續運轉，同時要求相關輔助設備長期運行來配合使用。這就對監測儀器和輔助設備的質量提出了更高的要求。但當初一些設計上的缺陷，諸如為實現無人值守而不得不常開的輔助設備所產生的能源消耗與設備耗損問題就有待我們去解決了。

2 針對146C配氣泵常開問題的淺析

2.1 長期運行，耗費不必要的電量

零氣泵作為146C的輔助設備，只有在146C進行零點、跨度等檢查和校準時才需啟動，其余時間都沒有運行的必要，但由于零氣泵是通過一條氣路連接到146C的零氣進氣口，這條氣路的各個環節均有漏氣的可能，這樣就算146C不工作，由于氣壓的慢慢減低，最終觸使零氣泵低于設定氣壓值時自動啟動，而146C一天只工作1小時左右，其余23小時的電量損耗都是非必要的。

2.2 長期運行，增加零氣泵泄水工作量

零氣泵運行一段時間，由于氣壓發生改變，濕度大的空氣容易在氣缸里凝露，積少成多就會變成水，這些水如果達到某個程度而沒有及時排掉就會影響零氣泵的正常運行，這就需要子站運營維護的工作人員定期對氣泵進行排水，所以24小時不間斷運行勢必增加工作人員巡檢的頻率和工作量。

2.3 頻繁動作，電流沖擊次數相應增加

零氣泵在開通與關閉的瞬間都會對整個電路產生電流沖擊，雖然這個電流沖擊在配有穩壓電源的子站里并沒有造成致命的威脅，但長期的通斷動作不可避免的會對電線電纜造成損耗，并對儀器的精密電子零件造成一些不必要的干擾。

2.4 運行過于頻繁，縮短泵體壽命

凡是電氣產品，在使用過程中就會產生自然損耗，這是由產品本身的電氣特性決定的，長期不必要的運行或使用都會縮短儀器的使用壽命，零氣泵本身在啟動過程中就會產生電流沖擊，造成對泵體的損耗，故此，頻繁的動作必然會縮短零氣泵的使用壽命。

3 零氣泵控制器的設計

3.1 零氣泵控制器的設計思路

我們的目的是讓零氣泵只有在146C工作時才運行，而其余時間處于非工作狀態，所以我們可以從電源供給這方面入手，當146C工作時我們對零氣泵供電，而在146C非工作狀態時切斷對零氣泵的供電，這樣一來就實現了我們要達到的效果。而對于電源的通斷問題，使用現有開關繼電器技術很容易就得到解決。現在問題就在于如何讓繼電器跟隨146C的動作而動作呢，所以我們還是必須得從146C儀器本身著手，找出一個146C與開關繼電器之間的關聯信號便可解決問題。

3.2 146C輸出信號的獲取

經研究，146C本身具有一個EXRERNAL SOLENOIDS功能，這在146C儀器后面板上能看到上下兩排共16個I/O針口，這是146C本身為驅動外圍設備而預留的設計，只要在146C上把對應SOLENOID與Gas A，B，C，OZON，PER等關聯，當146C進行某個項目的零點或跨度檢查時對應的I/O口就會輸出一個24V的直流電壓。Solenoid與面板后點的針腳對應關系如圖2。

在SERVICE的狀態下進入EXTERANL SOLENOIDS菜單如圖1，按照圖1的指令設置，當146C對Gas A進行校準時，SOL1就會動作（大寫字母表示動作，小寫字母表示不動作），對應的PIN1與PIN9之間就會輸出一個24V的直流電壓，同樣當146C對Gas B進行校準時，SOL2就會動作，這時PIN2與PIN10之間就會輸出一個24V直流電壓，按照這個原理，我們只需按照圖1所示把SOL 8與ABCOP（大寫字母）關聯，這樣無論146C對Gas A，B，C，OZON，PER任意一個進行校準，均會引起SOL 8的動作，對應的PIN8與PIN16之間就會輸出24V的直流電壓。此時，只要我們在PIN 8與PIN16之間引出兩條導線作為信號線，那么146C的輸出信號問題就解決了，剩下的就留給開關繼電器電路的設計了。

3.3 開關繼電器的電路設計

利用開關繼電器設計一個電源開關并不難，只要我們針對現有條件選擇一個適當的繼電器，并按要求接好外圍電路就行。基于我們從146C動作時能得到一個24V的直流電壓輸出，我們選取了一只直流固態繼電器，規格是Input： 5V～32V（DC），Output：600V（AC）/50A。電路示意圖如圖3，當146C對某一個氣體項目進行校準時，146C面板后面對應的I/O端輸出一個24V電壓，該電壓連接到繼電器的信號端并使繼電器動作，常開開關閉合，電源接通。當146C停止工作，I/O輸出電壓為0，繼電器開關斷開，電源切斷。至此，一個零氣泵控制器就完成了。

4 實際應用與運行效果

該零氣泵控制器自2009年6月在中山市各子站運行使用以來，均沒有出現異常情況，對146C的正常校準工作完全沒有影響，不動作或誤動作的情況尚沒有發現，表1是中山市各子站的校準情況統計，在現場安裝時我們對每個控制器都進行了不下10次的測試，不動作或誤動作率均為零，在長達兩個月的運行情況來觀察，零氣泵控制器均能跟隨146C正常動作，并沒有出現因為零氣泵的不動作而引起校準嚴重超上限的問題。而且安裝該控制器后，零氣泵的積水量較以前明顯減少，使得維護人員的工作量大大減少。至于用電量的節省我們未能在子站月耗電量中以數字形式獨立統計出來，但從直觀的一天運行24小時到一天只運行1小時的改變來看，能源的節省是不可置否的。最重要的是大大延長了零氣泵的使用壽命。

5 結束語

本設計的初衷本身就來自對自動監測技術在實際應用中產生的問題的一種思考，或者說是一種解答。環境監測的出發點就是時刻對大環境進行一個實時的觀察和監督，當環境發生了不為人們察覺的變化時給予社會大眾的一個提醒或預警信號，使得人們的生活與發展時刻能與環境和諧長遠地共存。所以環境自動監測的出發點的正確的，但倘若在自動監測中產生了一些不必要的資源能源浪費，反過來污染了環境，那么就會本末倒置，有違初衷。本設計應用的都是基本的電路知識和通俗易懂的理論，在實現和推廣方面都易于讓業界接受，成本不大的投入卻實現了資源優化配置，這在環境保護自動監測工作方面是具有積極意義的，如何在節省資源的前提下完成環境監測工作亦是環境保護應該要做到的。

參考文獻

[1]Thermo Environmental Instruments.Model 146C Instruction Manual[Z].

[2]廣東環保科技.第16卷第4期.