中央熱水器的電氣自動化設(shè)計與改造

孫鵬

摘要：利用電氣自動化技術(shù)改進(jìn)和改造各種設(shè)施設(shè)備，可以改變原有低性能、低效率、高資源的方式，響應(yīng)節(jié)能減排號召，從而實現(xiàn)成本削減、經(jīng)濟(jì)效益提升的需求。現(xiàn)以實際項目為例，基于改進(jìn)目的和要求，重點(diǎn)針對RSJ-380/S-820中央熱水器提出電氣自動化改造方案，并對此進(jìn)行了詳細(xì)探討，以實現(xiàn)節(jié)能降本的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：電氣自動化;液位繼電器;時控開

0? ? 引言

2017年6月，中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司渝黔高速項目部進(jìn)場臨建，由于工程款項未能按時撥付，前期資金壓力較大。為有效利用現(xiàn)有資金，控制臨建成本，故項目部的日常辦公和生活選址在當(dāng)?shù)卦虚e置公寓。經(jīng)現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)，一臺閑置的型號為RSJ-380/S-820的中央熱水器具有很高的利用價值，但由于此設(shè)備陳舊，除兩個冷、熱儲水罐和主機(jī)無損壞外，其余控制部分損毀嚴(yán)重，因此提出使用電氣自動化設(shè)計對原有控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，讓控制系統(tǒng)更滿足公司的使用需求。

1? ? 改進(jìn)目的及要求

1.1? ? 改進(jìn)目的

為節(jié)約成本、響應(yīng)節(jié)能減排政策，充分利用現(xiàn)有閑置的舊設(shè)備，同時也為了提高項目部職工的生活水平，對閑置的中央熱水器進(jìn)行電氣自動化改造是完美的措施[1]。當(dāng)今社會，科學(xué)技術(shù)發(fā)展的目的之一就是將人工成本、材料成本等降到最低，從而更多地提高產(chǎn)能。“節(jié)能降本”是大到國家、小到公司集體控制經(jīng)濟(jì)效益核心的手段，因此節(jié)約成本是一個項目完成的重中之重。

1.2? ? 電氣自動化改進(jìn)要求

（1）實現(xiàn)自動上水控制。利用現(xiàn)場舊有不銹鋼冷水儲水罐，重新設(shè)計改造電氣化自動控制系統(tǒng)，自動存放自來水，以滿足職工生活用水需求。（2）實現(xiàn)用水高峰期自動控制增壓。考慮到用熱水高峰期，熱水箱內(nèi)壓力降低，水流變小，滿足不了多人同時使用的要求，需對中央熱水器熱水出口進(jìn)行定時增壓控制，以保證用水高峰期間的用水量。

2? ? 電氣自動化改進(jìn)方案

2.1? ? 方案設(shè)計

本次改造方案示意圖如圖1所示。（1）自動上水控制系統(tǒng)由液位繼電器、交流繼電器和電磁閥3個部分構(gòu)成。工作原理是隨著水位降低，觸發(fā)液位繼電器啟動，繼而電磁閥打開，水流可以自動進(jìn)入儲水罐;待水位到達(dá)極值觸發(fā)液位繼電器而終止工作，電磁閥隨之關(guān)閉，阻止水流進(jìn)入儲水罐，形成完整的自動上水閉環(huán)，實現(xiàn)自動化控制。（2）高峰用水增壓系統(tǒng)由時控開關(guān)、交流接觸器和增壓泵3個部分組成。根據(jù)設(shè)置時間，時控開關(guān)自動定時開關(guān)，交流繼電器跟隨工作，完成定時自動增壓。

2.2? ? 電氣元件選型

根據(jù)改造設(shè)計，考察電氣元件的性能和型號。此次改造所需的主要材料型號如下：（1）500 mm×600 mm室外配電箱1個。（2）AC220 V液位繼電器1個，此元件可以實現(xiàn)儲水罐上水自動控制，隨時保持水箱的水位在最高位。最終選定型號為德力西JYB-714，此元件主要由電壓變換器、整流穩(wěn)壓器、比較放大器、電子開關(guān)、執(zhí)行繼電部件和外殼、插頭等部件組成。本產(chǎn)品體積小，安裝方便，性能可靠，抗干擾性能強(qiáng)，控制距離長。（3）微電腦時控開關(guān)1個，此元件型號為德力西KG361T，其主要優(yōu)勢在于：1）工作電壓220 V/50 Hz;2）消耗功率1 W;3）不受停電影響，內(nèi)部自動充電;4）最高可以達(dá)到一天20次開關(guān)設(shè)置;5）手/自動兩用。（4）交流接觸器2個，要求型號為CJX2-1810，此元件優(yōu)勢在于擁有1 000萬次的機(jī)械壽命和100萬次電壽命，可以完全滿足使用要求。（5）AC220 V不銹鋼外殼增壓泵1臺。（6）2×2.5電纜300 m。（7）電磁閥1個、空氣開關(guān)3個以及其他材料。

3? ? 改造方法及元件安裝

3.1? ? 增壓泵安裝

在原有熱水器出水口切開管道，安裝并固定增壓泵，引出增壓泵電機(jī)電源線并穿管引至配電箱。增壓泵必須按照“安裝方式”中標(biāo)明的水平或垂直方向安裝，不能反方向安裝，看標(biāo)明指示箭頭方向是否與泵體和水流方向保持一致，而且不能安裝在最頂端，應(yīng)安裝在水位最低點(diǎn)。需要注意的是，為了方便日后維修，應(yīng)在泵進(jìn)口管路顯眼位置安裝一個控制閥門，以調(diào)節(jié)水流流速。首次使用時要先將泵蓄滿水，將螺塞使勁旋緊，確保管路之間連接處無縫隙、緊嵌，一旦出現(xiàn)漏氣情況，必將使泵的揚(yáng)程不夠而完成不了抽水工作。而且泵腔內(nèi)未進(jìn)水前，應(yīng)避免電器連軸轉(zhuǎn)對泵體內(nèi)密封系統(tǒng)造成損壞。增壓泵電機(jī)線圈內(nèi)必須配有安全保護(hù)器，從而在泵體發(fā)生故障或抽水工作不順利造成溫度過高時能保護(hù)機(jī)器自動斷路，待溫度降到安全規(guī)定值內(nèi)方可恢復(fù)正常運(yùn)作。

3.2? ? 液位繼電器安裝

液位繼電器就是控制液面的繼電器，主要工作原理是借助液體的導(dǎo)電性能來控制繼電器在安全閾值內(nèi)的工作狀態(tài)，超出安全閾值則相應(yīng)做出中斷電源的保護(hù)動作。其中的核心元件傳感器由銅片制成，銅片分高、中、低三線，高線是水位最高點(diǎn)，蓄水水位到此自動停止;中線設(shè)為常觸點(diǎn);低線是自動進(jìn)水提示點(diǎn)，水位降至此線將開啟進(jìn)水設(shè)置。所有液體中水屬于導(dǎo)電性較差的液體之一，不能完成直接觸動繼電器的工作，相應(yīng)地，要想用水推動繼電器工作，必須將電流值調(diào)大，水才能觸發(fā)繼電器。

根據(jù)液位繼電器的原理和使用說明，在水箱中裝低、中、高3個銅片，分別接好線路，穿管引出到配電箱，在配電箱中安裝好液位繼電器底座，根據(jù)接線圖接好線路。

3.3? ? KG361T微電腦時控開關(guān)安裝

微電腦時控開關(guān)主要是以微電腦處理器為中樞，支配其余電子電路完成開關(guān)控制，最高可設(shè)置成每天或一周內(nèi)20次不同時間的開/關(guān)控制。型號為KG361T的微電腦時控開關(guān)優(yōu)勢在于配置的備用電池區(qū)別于普通的電池，是用充電鎳氫電池作為備用電源，如若出現(xiàn)大范圍供電中斷，可以記憶存儲9個月以上的各項數(shù)據(jù)，并且計時顯示不會出現(xiàn)斷檔。

（1）微電腦時控開關(guān)安裝。安裝工作要按使用說明指示逐步進(jìn)行，首先要在配電箱安裝并固定KG361T微電腦時控開關(guān)，再看安裝說明中的微電腦時控開關(guān)原理和接線圖接好線路，將增壓泵電機(jī)電源線安裝至交流接觸器。

（2）微電腦時控開關(guān)設(shè)置。根據(jù)KG361T微電腦時控開關(guān)說明書設(shè)置自動控制時間。根據(jù)渝黔項目部作息時間和實際用水情況，本次改進(jìn)設(shè)置時間為每天06：00—07：00、12：00—13：00、18：00—22：00。

3.4? ? 交流接觸器安裝

交流接觸器的工作原理是根據(jù)線圈通入電源，促使靜鐵芯產(chǎn)生電磁吸力，并將動鐵芯吸合，實現(xiàn)觸頭系統(tǒng)與動鐵芯聯(lián)動工作，使動鐵芯帶動3條動觸片同時出現(xiàn)觸動指示，接觸主觸點(diǎn)關(guān)閉，主觸點(diǎn)機(jī)械相連的輔助常閉觸點(diǎn)則斷開，輔助常開觸點(diǎn)打開，從而接通電源;輔助常開觸點(diǎn)斷開，從而切斷電源。（1）交流接觸器安裝。根據(jù)改進(jìn)方案設(shè)計要求，安裝好液位繼電器和時控開關(guān)后，安裝配套的交流接觸器，然后按照接線圖擺清電子線路位置，最后將繼電器安裝固定在配電箱中。（2）配電箱制作。配電箱內(nèi)合理布置、固定電氣元件，要做到布置有序、接線方便。

3.5? ? 整體安裝及調(diào)試

（1）必須遵循設(shè)計方案、符合改進(jìn)目標(biāo)，嚴(yán)格按照建筑電氣施工規(guī)范的要求，安裝部署整體規(guī)劃排線[2]。（2）根據(jù)施工規(guī)范和要求安裝好配電箱并固定。（3）安裝其他配套的電氣元件，接好線路。（4）接通所有線路后仔細(xì)檢查線路，做到不能出現(xiàn)任何問題。（5）詳細(xì)檢查完系統(tǒng)后方可接入主電源進(jìn)行調(diào)試工作。（6）調(diào)試完成后對所有線路進(jìn)行整理并編號。

4? ? 電氣安裝規(guī)范與要求

（1）電纜（線）敷設(shè)前要進(jìn)行規(guī)范鋪設(shè)，要仔細(xì)檢查外觀及導(dǎo)電通暢情況，再用直流500 V兆歐表測量絕緣電阻狀況是否合格，要求電阻值>5 MΩ。（2）電氣線路敷設(shè)需美觀合理，線路電極方向一致，不錯亂敷設(shè)。（3）電氣線路敷設(shè)首先要考慮環(huán)境干燥、安全且沒有腐蝕性介質(zhì)排放、沒有強(qiáng)磁場和強(qiáng)靜電場干擾的規(guī)范區(qū)域。如果區(qū)域選取受其他條件干擾，要相應(yīng)配備適當(dāng)保護(hù)措施。（4）所有線路敷設(shè)工作完成后，必須進(jìn)行規(guī)范校線及編號。（5）切勿以通電狀態(tài)進(jìn)行電氣線路絕緣測試，要斷開所有設(shè)備。（6）敷設(shè)電纜勿交叉亂放;避免電纜線之間或和其他硬物體的摩擦，保持相對距離;安裝固定時松緊合理。（7）相同回路電線應(yīng)穿于相同管路內(nèi)，但管路內(nèi)總根數(shù)應(yīng)<8根，而且電線總截面積（包括絕緣外皮）不能超過管內(nèi)截面積的40%。（8）安裝完畢后，電源箱內(nèi)端子板兩端的線路要按線路屬性對應(yīng)編號。（9）要對導(dǎo)線與接線端子板、儀表、電氣設(shè)備等通電連接時保留規(guī)范要求的距離。

5? ? 結(jié)語

經(jīng)過對此中央熱水器的電氣自動化改進(jìn)，實現(xiàn)了自動上水控制和熱水循環(huán)定時自動控制，達(dá)到了使用要求和目的。電氣自動化也可以節(jié)約有限的資源，降低成本費(fèi)用。如何合理發(fā)揮電氣自動化的優(yōu)勢是企業(yè)需重點(diǎn)考慮的課題，電氣自動化必將穩(wěn)步推廣應(yīng)用，因此掌握其效益核心勢在必行。

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