用電設(shè)備智能節(jié)電控制器的研制

李春輝 張洪軍 姜平

摘? 要： 待機(jī)不僅消耗能源、影響環(huán)境有害健康、待機(jī)還會(huì)加速電器老化縮短使用壽命，極易發(fā)生安全事故。本文從節(jié)電節(jié)能和保護(hù)用電設(shè)備的角度出發(fā)，研制開(kāi)發(fā)了用電設(shè)備智能節(jié)電控制器，從而解決了電器設(shè)備待機(jī)帶來(lái)的危害。

關(guān)鍵詞：節(jié)能 ;接線板 ; 智能節(jié)電控制器

1用電設(shè)備的現(xiàn)狀

企業(yè)的辦公區(qū)、家庭的用電設(shè)備及諸多用電場(chǎng)所經(jīng)常是多臺(tái)用電設(shè)備公用一個(gè)接線板。因此，該接線板是長(zhǎng)期處于通電狀態(tài)而所帶的電氣設(shè)備也處于待機(jī)狀態(tài)。待機(jī)是指電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)準(zhǔn)備完畢等待工作命令時(shí)的狀態(tài)。例如電腦 待機(jī)是系統(tǒng)將當(dāng)前狀態(tài)保存于內(nèi)存中然后退出系統(tǒng)此時(shí)電源消耗降低維持CPU、內(nèi)存和硬盤(pán)最低限度的運(yùn)行。按開(kāi)機(jī)鍵可以激活系統(tǒng)電腦迅速?gòu)膬?nèi)存中調(diào)入待機(jī)前狀態(tài)進(jìn)入系統(tǒng)這是重新開(kāi)機(jī)最快的方式但是系統(tǒng)并未真正關(guān)閉。本文目從節(jié)電節(jié)能和保護(hù)用電設(shè)備的角度出發(fā)，研制開(kāi)發(fā)了用電設(shè)備智能節(jié)電控制器，從而解決了電器設(shè)備待機(jī)帶來(lái)的危害。

2思路及方案實(shí)施

2.1研制思路

用電設(shè)備智能節(jié)電控制器用于控制電腦及其外部設(shè)備集中供電插排的通斷，使其能夠在電腦關(guān)機(jī)后10秒左右自動(dòng)斷電，從而避免待機(jī)耗電，延長(zhǎng)使用壽命，確保用電安全。

2.2、研制過(guò)程

利用現(xiàn)有導(dǎo)軌式接線板連接技術(shù)，并加裝了電子元器件組成的電路，通過(guò)數(shù)據(jù)線與電腦的USB插口鏈接。當(dāng)辦公結(jié)束或休息時(shí)通過(guò)系統(tǒng)關(guān)機(jī)程序關(guān)閉主機(jī)電源實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制接線板斷電，從切斷用電設(shè)備的電源確保用電設(shè)備安全。

2.3方案實(shí)施

在日常生產(chǎn)和檢修工作中，通過(guò)改裝用電設(shè)備智能節(jié)電控制器，證明了此裝置的實(shí)用性：使用方便，利用率高，安全可靠，杜絕了用電設(shè)備長(zhǎng)期待機(jī)造成的絕緣損壞，人身觸電、火災(zāi)等事故;操作簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛、使用壽命長(zhǎng)、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn);有效的防止用電設(shè)備長(zhǎng)期待機(jī)造成的不必要的用電損耗。

2.4工作原理

用電設(shè)備智能節(jié)電控制器，用于控制電腦及其外部設(shè)備集中供電接線板的通斷，使其能夠在電腦關(guān)機(jī)后10左右自動(dòng)斷電，從而避免待機(jī)耗電，延長(zhǎng)使用壽命，確保用電安全。

2.5主要元件及作用

2.5.1? L、N、PE分別接市電的火線、零線、地線;

2.5.2 CZ為受控的集中供電插排，該插排用于為電腦及其外部設(shè)備供電，LED是其電源指示發(fā)光二極管;

2.5.3 無(wú)鎖按鈕SB僅用于集中供電插排CZ的啟動(dòng);

2.5.4 電容C1-C2、二極管D1-D4、穩(wěn)壓二極管DW，完成降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓，為該控制器提供穩(wěn)定的12V工作電源;

2.4.5 泄壓電阻R1，與C1并聯(lián)使用，用于斷電后泄放C1上的殘留電壓;

2.5.6 時(shí)基集成電路U1（NE555） 核心元件NE555及其外接阻容元件C3、R2：構(gòu)成約10秒延時(shí)的施密特倒相器，用于使12V繼電器的觸點(diǎn)KA按照功能要求接通與斷開(kāi)

2.5.7 光電耦合器U2（4N25）輸入端（1、2腳）經(jīng)電阻R4連至電腦USB口1、4兩腳輸出的5V電源，用于識(shí)別電腦處于開(kāi)機(jī)狀態(tài)還是關(guān)機(jī)狀態(tài);輸出端（6、5腳）經(jīng)電阻R3，并接于電容C3兩端，用于禁止或允許C3充電;

2.5.8 二極管D5用于抑制繼電器KA釋放時(shí)線圈產(chǎn)生的反向尖峰電壓，進(jìn)而保護(hù)U1的3腳內(nèi)部電路

2.6動(dòng)作詳解

按下啟動(dòng)按鈕SB后，10秒鐘之內(nèi)人為開(kāi)啟電腦，即為有效啟動(dòng)。接線板送電，同時(shí)U1得電工作，C3初始電壓為0，所以U1的2、6腳電位為高（約12V）、3腳電位為低（約0V）。于是繼電器KA線圈得電，其常開(kāi)點(diǎn)KA閉合，接替SB形成自鎖。此時(shí)即使松開(kāi)按鈕SB，仍可維持CZ送電。與此同時(shí)，C3開(kāi)始經(jīng)R2充電，使U1的2、6腳電位逐漸下降，但只要尚未達(dá)到U1的翻轉(zhuǎn)閾值（12V/3 = 4V），則KA就不會(huì)釋放。此間人為開(kāi)啟電腦后，電腦USB口輸出的5V電壓經(jīng)R4、LED驅(qū)動(dòng)光電耦合器U2，U2的5、6腳內(nèi)部開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，并由R3將C3上的已充電壓快速泄放至接近0V而且禁止C3重新充電，從而維持接線板送電。

3制作流程

3.1.確定結(jié)構(gòu)

本成果采用一體化結(jié)構(gòu)。選用帶漏電保護(hù)器的插排作為集中控制插排CZ，將該插排上的漏電保護(hù)器拆掉，利用騰出的空間，安裝本控制器，并配以適當(dāng)?shù)拿姘濉?/p>

3.2.裁板

根據(jù)所選插排中原漏電保護(hù)器空出空間，確定電路板形狀和具體尺寸，然后用密齒鋼鋸將洞洞板裁成合適大小，并砂光邊緣毛刺，打好安裝定位孔。

3.3.生成PCB板圖

因元件較少，無(wú)需借助軟件設(shè)計(jì)，可節(jié)省時(shí)間。具體方法是：根據(jù)和元器件的引腳分布和實(shí)物尺寸，在已裁好的洞洞板邊緣所限定的范圍內(nèi)，按照原理圖要求，在英制方格坐標(biāo)紙上布局、試連線。反復(fù)數(shù)次，直至滿(mǎn)意。與原理圖核對(duì)無(wú)誤后，作為正式的PCB板圖。

3.4.插件、焊腳

按PCB板圖，將元件插在洞洞板正面的相應(yīng)位置，并在背面焊牢該元件的一只引腳，對(duì)照PCB板圖確認(rèn)位置無(wú)誤后，再焊該元件的其它引腳。按此方法插、焊其它剩余元件。

3.5連線

洞洞板上各元件引腳之間的連接線，選用0.5mm電話跳線的芯線。其優(yōu)點(diǎn)是線徑適中、易成型、好上錫、取材方便。

3.6.連接外引導(dǎo)線

本控制器進(jìn)線、出線選用4mm2多股軟線，火線為棕色、零線為藍(lán)色、地線為黃綠雙色。

3.7.插排上原有的電源開(kāi)關(guān)改制成無(wú)鎖按鈕

在原電源開(kāi)關(guān)的頸部，套上長(zhǎng)短、粗細(xì)合適的硬質(zhì)塑料套管，以便限制原開(kāi)關(guān)下壓行程，并保證下壓時(shí)接觸良好，松手后彈回原位。

3.8檢查、試電

3.8.1 對(duì)照PCB板圖及原理圖，反復(fù)仔細(xì)檢查焊好的電路板有無(wú)錯(cuò)焊、漏焊、虛焊。

3.8.2確認(rèn)無(wú)誤后，開(kāi)機(jī)試電。依次檢查無(wú)效啟動(dòng)、有效啟動(dòng)、關(guān)機(jī)10秒自動(dòng)斷電功能。

3.9整體組裝

確認(rèn)功能正常后，正式連線，將電路板安裝在插排內(nèi)既定位置，最后上好插排外部螺絲。再次試電，無(wú)誤后即可正式使用。

4應(yīng)用效果

當(dāng)無(wú)人值守的變配電所、檢修現(xiàn)場(chǎng)、辦公區(qū)、車(chē)間等用電場(chǎng)所工作結(jié)束后或休息時(shí)通過(guò)系統(tǒng)關(guān)機(jī)程序關(guān)閉主機(jī)電源實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制接線板斷電，從切斷用電設(shè)備的電源確保用電設(shè)備安全。從而解決了電器設(shè)備待機(jī)帶來(lái)的危害。

3.1社會(huì)效益：我們辦公用電設(shè)備、試驗(yàn)用的儀器、儀表在長(zhǎng)期待機(jī)通電的情況下產(chǎn)生的熱量是促使設(shè)備絕緣老化的主要原因，每年絕緣老化而導(dǎo)致設(shè)備返廠維修率很高。

3.2經(jīng)濟(jì)效益：以前設(shè)備損壞，每年儀器維修費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)、人工費(fèi)大約是3-5萬(wàn)元，使用用電設(shè)備智能節(jié)電控制器后大大提高了用電設(shè)備的使用壽命。現(xiàn)在每年可節(jié)省3-5萬(wàn)元維修費(fèi)用。

5結(jié)束語(yǔ)

本成果除用于辦公室電腦及其外部設(shè)備的節(jié)能和安全用電，同樣也適用于家用電腦。對(duì)于電視、音響等，只要合理設(shè)計(jì)其開(kāi)機(jī)狀態(tài)傳感電路，本成果也可移植應(yīng)用。改裝用電設(shè)備智能節(jié)電控制器后的導(dǎo)軌式接線端子憑借壽命長(zhǎng)使用方便等優(yōu)勢(shì)在自動(dòng)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用

參考文獻(xiàn)

1、閻石主編《數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)》（第五版第十章），高等教育出版社。

作者簡(jiǎn)介：

李春輝，大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠培訓(xùn)中心，變電檢修高級(jí)技師，從事變電所運(yùn)行維護(hù)、維修工作。

張洪軍，大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠第四油礦朝六聯(lián)合站，維修電工高級(jí)技師，專(zhuān)長(zhǎng)可編程控制器、觸摸屏、組態(tài)軟件、單片機(jī)編程，電子電路設(shè)計(jì)、自動(dòng)化儀表維修維護(hù)，變頻器維修。

姜平，大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠第二油礦生產(chǎn)準(zhǔn)備隊(duì)，維修電工高級(jí)技師，從事電機(jī)控制、節(jié)能方面的工作。