基于GKZC—1型干燥空氣自動充氣機系統的設計

王兔翔 皇淼淼 吳亮

【摘要】干燥空氣自動充氣機是雷達站、微波站、衛星地面站等設施中不可缺少的配套設備。它主要用于為波導或同軸電纜饋線充入具有一定壓力的潔凈的干燥空氣，以確保電磁波的傳輸質量。本文以GKZC-1型干燥空氣自動充氣機為例，詳細地介紹了自動充氣機的組成、設計原理，該系統具有操作簡單、運行安全可靠、維修方便等優點。

【關鍵詞】充氣機;干燥劑;電磁閥

1.引言

GKZC-1型干燥空氣自動充氣機主要用于為波導或同軸電纜饋線充入具有一定壓力的潔凈的干燥空氣，本設計采用自動加熱排濕的再生系統，使之干燥箱中干燥劑長期處于干燥狀態，減少了用戶在使用過程中需要經常更換干燥劑的煩惱[1]。同時保證壓縮機每次啟動為空載啟動，克服了壓縮機帶載啟動產生堵轉現象，防止了壓縮機被燒壞。該充氣機具有體積小、重量輕、操作簡單、運行安全可靠、結構緊湊、外形美觀大方等優點[2]。

2.系統概述

2.1 系統組成

GKZC-1型干燥空氣自動充氣機系統由空氣壓縮機、干燥箱含再生加熱器、電磁閥、濕度指示器、工作壓力表、報警壓力表、儲氣箱、控制電路板、變壓器、計時器、機箱等組成。其實物圖如圖1所示。

圖1 GKZC-1型干燥空氣自動充氣機實物圖

2.2 系統主要技術參數

該充氣機設計完成之后，其使用條件和主要技術參數如表1所示。

3.設計原理

3.1 氣路系統設計原理

整個氣路系統分為再生狀態和干燥充氣狀態兩部分組成。再生狀態加熱排出干燥箱內濕氣，為充入干燥空氣作好準備;干燥充氣狀態是將吸入的空氣經干燥箱脫水后的干燥空氣充入波導中。具體工作過程是：當氣壓下降到工作壓力表下限時，壓縮機自動啟動，同時干燥箱除潮加熱器加熱，向外排出濕氣，約3min后再生過程結束;然后進行充氣，直到氣壓達到工作壓力表上限時整個過程結束。再生狀態及充氣狀態氣路流程框圖如圖2、3所示。

圖2 再生狀態氣路流程框圖

圖3 充氣狀態氣路流程框圖

3.2 電路系統設計原理

電路設計如圖4所示，當打開電源開關時（正常工作），“電源”指示燈亮，系統處于檢測狀態。此時，如果氣壓在工作壓力下限以下時，下限觸點接通，“工作”指示燈亮;繼電器K1吸合，觸點接通壓縮機電源，壓縮機工作;同時繼電器K3吸合，觸點接通干燥箱內除潮加熱器電源，加熱工作，“再生”指示燈亮;這時系統處于再生狀態，向外排濕氣。經過3min時間后，“再生”指示燈滅，繼電器K3釋放，除潮加熱器停止工作，再生過程結束，為充入干燥空氣作好了準備。進入充氣階段，繼電器K2吸合，觸點接通電磁閥，向波導充入干燥空氣，當氣壓達到工作壓力表上限時，充氣結束。系統又處于檢測狀態，等待下次再工作。計時器會將每次充氣時間累加記錄下來。

圖4 電路設計原理圖

為了保證壓縮機、電磁閥、除潮加熱器的正常工作，采用交流220V電壓進行控制實現三者之間互鎖。只有在壓縮機工作的情況下，才允許電磁閥或除潮加熱器工作。電磁閥和除潮加熱器之間也進行了互鎖控制。

除此之外，系統還具有聲光報警功能，其主要包括以下4個方面：

（1）過壓報警，當某種原因氣壓達到報警壓力表上限時，報警電路工作，切斷壓縮機電源，使壓縮機停止工作，同時發出聲、光報警。

（2）漏氣報警，如輸出未接入波導或皮管破裂等情況，將會造成壓縮機工作不會停止。為了保護壓縮機，設計了漏氣報警電路。當出現漏氣情況，電路會自動切斷壓縮機電源，使壓縮機停止工作，同時發出聲、光報警。

（3）保險絲（1.5A）熔斷，會發出聲、光報警。

（4）電磁閥、繼電器K1或K2等損壞后，會發出聲、光報警。

3.3 低溫工作設計原理

充氣機要求在環境溫度-40℃～+50℃內正常工作。而壓縮機本身最多在-30℃時勉強啟動，所以設計了低溫工作電路。

電源開關正常應該置于“正常工作”狀態，當環境溫度低于-10℃時，才將電源開關置于“低溫工作”狀態。當電源開關置于“低溫工作”狀態時，分以下兩種情況：

（1）當環境溫度低于-10℃時

當充氣機是第一次加電工作時，首先PTC加熱器開始加熱工作（溫控器中Com燈熄滅），當充氣機內溫度加熱到-6℃（溫度高低是溫度控器設定所決定的）時再工作一分鐘（溫控器中Com燈閃爍）后，PTC加熱器停止加熱（溫控器中Com燈恒亮），并自動打開充氣機電源（目的是保護壓縮機，溫度太低不利于壓縮機啟動），面板“電源”指示燈亮。如果此時氣壓低于工作壓力表的下限時，壓縮機啟動;否則充氣機處于保氣狀態。當充氣機內溫度下降到-10℃（溫度高低是溫度控器設定所決定的）時，PTC加熱器又一次加熱工作。這樣使充氣機內部溫度始終保持在-6℃至-10℃之間。當溫控器中Com燈剛恒亮時，PTC加熱器已經停止加熱，此時溫度還會繼續往上升，這是PTC加熱器中散熱器上余熱在起作用。

（2）當環境溫度高于-10℃時

當環境溫度高于-10℃情況下，將電源開關置于“低溫工作”狀態時，不管環境溫度有多高，PTC加熱器總是要先加熱1分鐘后，才能打開充氣機電源。這是正常現象，是由溫度控制器所決定的。因此，在環境溫

度高于-10℃時，不要把電源開關置于“低溫工作”狀態，而是應該置于“正常工作”狀態。

3.4 LED燈號及故障/報警代碼設計原理

（1）LED燈顯示

Com：PTC加熱器停止時恒亮，PTC加熱器工作時熄滅，在PTC加熱器工作延遲時閃爍;

Def：在除霜時閃爍。充氣機中無除霜裝置;

Ala：在故障或報警時閃爍;

Set：在設定模式時閃爍。

（2）故障代碼：（在發生下列情形時，壓縮機依（Cr）及（Cs）時間強制運轉與停機）

ES：代表庫內感溫器故障（檢查感溫器是否接好或更換感溫器）;

EE：代表參數記憶體故障（重新送電，依原廠參數值運轉）;

（3）報警代碼：（以下功能需庫內溫度第一次達到設定溫度時才啟動）

tH：代表庫內溫度已經超過溫度上限;

tL：代表庫內溫度已經低于溫度下限。

（4）報警輸出

當告警延遲時間到達時，告警輸出ON，使用者可以按任意鍵暫時關閉告警輸出，若再次按任意鍵時，則告警輸出OFF。

3.5 溫度控制器參數設定

（1）設定模式

開機后持續按住S鍵3秒進入設定模式，顯示“ts”且Set燈閃爍;

在此設定模式下可按▲鍵或▼鍵，切換參數代碼依次為“ts、td、HS、LS、Ad、AC、ot、dF、dt、cr、cs、ou”;

選擇參數代碼后，按S鍵顯示參數值;

再按▲鍵或▼鍵，調整參數到適當的值之后，需再按下S鍵儲存參數值，并且回到參數代碼顯示;

選擇“OU”參數后，再按S鍵儲存參數值之后離開，并且回到正常模式運轉。

在設定模式下如果10秒內無任何一鍵按下，即中止設定模式，儲存參數值，回到正常運轉模式顯示目前溫度。

（2）鎖定參數

同時按S+▼兩鍵3秒后，顯示“LC”3秒表示參數已經鎖定，但快速設定模式不受此條件限制;

欲解除鎖定同時按S+▼兩鍵，顯示“UL”3秒表示已經解除鎖定。

（3）恢復原溫控器廠設定值

送電前按住S+L兩鍵后再送電即可以恢復原溫控器廠設定值（顯示“rs”），等待2秒后自動重新開機。

4.結束語

GKZC-1型干燥空氣自動充氣機系統設計是一項系統性的工程設計，需要從多方面綜合考慮，其中不僅包括正常工作時的原理設計，還有誤操作、器件損壞等帶來的故障如何避免和處理[3]。目前此系統已經批量生產，其成功設計能夠保證雷達站、微波站、衛星地面站等設施的可靠運行，大大提高了系統的穩定性。

參考文獻

[1]周偉.基于Small RTOS51的充氣機控制部件[J].計算機工程應用技術，2011，7（18）：4481-4483.

[2]楊龍，等.充氣機控制系統抗干擾措施[J].電測與儀表， 1998，35（395）：42-44.

[3]王雷，等.通信電纜自動充氣機遙測遙控系統[J].測控技術，1999，18（4）：45-46.

作者簡介：

王兔翔（1955—），男，工程師，現供職于安徽博微長安電子有限公司，主要從事雷達機電伺服系統總體設計工作。

皇淼淼（1988—），女，碩士，工程師，現供職于安徽博微長安電子有限公司，主要從事雷達機電伺服系統電訊設計工作。

吳亮（1989—），男，安徽工業大學在校研究生，安徽博微長安電子有限公司實習生，主要從事雷達機電伺服系統電訊設計工作及液壓系統設計。