【正文】 的控制，并詳細(xì)介紹了各功能塊的實(shí)現(xiàn)方式和原理，以及所用到的元器件等。 此處加入您的學(xué)校的 LOGO 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目 簡易水位控制器 學(xué)院名稱 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)老師 學(xué)生姓名 年 月 日 簡易水位控制器（二周） 一、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 簡便水塔水位控制器具有四個(gè)水位檢測輸入，由低到高分別為 HH H H4； 380V 交流驅(qū)動(dòng)功率為 10KW的電機(jī)電動(dòng)機(jī)分別為 M M2；控制器根據(jù)水位狀態(tài)控制電機(jī)工作。為了證明設(shè)計(jì)的可行性，本設(shè)計(jì)使用 Multisim 軟件對(duì)芯片控制電路進(jìn)行仿真，并在文中附上仿真結(jié)果。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，此系統(tǒng)采用強(qiáng)弱電結(jié)合。 表 11 水位與電機(jī)的開與關(guān)的關(guān)系 主電機(jī) 觸發(fā)水位 M1 M2 水位上升↑ 水位下降↓ 水位上升↑ 水位下降↓ H1 開 開 開 開 H2 開 開 開 關(guān) H3 關(guān) 關(guān) 開 關(guān) H4 關(guān) 關(guān) 關(guān) 關(guān) 由表可知，兩臺(tái)電機(jī)的開與關(guān)在 水位從 H2到 H3 的過程中 是不同的， 故本設(shè)計(jì)使用兩個(gè)芯片分別負(fù)責(zé)控制兩個(gè)電機(jī)。 功能塊的劃分與實(shí)現(xiàn)方式 現(xiàn) 根據(jù)前文的任務(wù)分析，對(duì)本設(shè)計(jì)的功能塊劃分和實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行具體的闡述。 （ 3） 水位檢測電路：采用市場上流行的浮力開關(guān)放置在水塔的指定水位處。 此外，還設(shè)置了手動(dòng)開關(guān)以便實(shí)現(xiàn)電機(jī) 啟停 的人 工 操作。 當(dāng)液面高于水位 H3 時(shí)， NE555 芯片的 6腳都呈高電位，輸出端電位立即變?yōu)?V，使得繼電器線圈兩端電壓為 0V，電機(jī)控制部分的常開觸點(diǎn)復(fù)原，使得與之串聯(lián)的交流接觸器（ KM1）的線圈無電流通過，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的常開觸點(diǎn)斷開，使得 M1 電機(jī)和電網(wǎng)斷開連接，電機(jī)停機(jī)。 T F 11 T O 1C32 20 u電容濾波電路1 N 4 0 02 ～ 12V ～ 220V 圖 21 降壓整流電路圖 工作原理 原理如圖 22 所示。 1） 根據(jù)控制電壓的最大工作負(fù)荷時(shí)所 需要的功率進(jìn)行選擇，以保證變壓器在長期工作時(shí)不至于超過允許溫升。 ① NE555 的特點(diǎn)有： 、電容器，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。 T R IG2Q3R45T H R6VCC8GND17IC 1N E 5 5 5 圖 24 NE555 功能 — 管腳圖（左： Protel 的元件庫中；右：實(shí)際芯片） 表 22 NE555 管腳配置說明 Pin 1 （接地） 地線 ， 通常被連接到電路共同接地。 第 8 頁 Pin 5 （控制） 這個(gè)接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。接通電源后，兩個(gè) NE555 芯片通過 8腳獲得電能，其 Vcc=12V。 2） 水位高于 H4 時(shí) 當(dāng)水位高于最高水位 H4時(shí)，所有的浮力開關(guān)都是閉合的，此時(shí)兩個(gè)芯片的管腳 2和管腳 6的電位都為 12V；當(dāng) H4的浮力開關(guān)閉合的時(shí)候，導(dǎo)致控制電路中的三極管 Q1的基 極從原來的負(fù)電位變?yōu)檎碾娢?，三極管導(dǎo)通，使得集電極由原來的 12V 變?yōu)?，同時(shí)，接在三極管集電極的管腳 4電位由高迅速變?yōu)榻咏?0V，根據(jù) 表 23可知，當(dāng)管腳 4（重置腳）為 0V 時(shí)（本系統(tǒng)仿真測得為 ，為三極管管壓降），無論管腳 6的電位如何，都會(huì)對(duì) 555 芯片強(qiáng)制復(fù)位，使得兩個(gè)芯片的輸出電壓都為0V。因此，從水位低于 H1 開始到 H4 的過程中， IC1 的管腳 2 的電位始終為 ： 12V（ 31 Vcc）；管腳 6 的電位為： 6V（ 32 Vcc），由 表 23 可知此時(shí) 555的輸出端 3 腳的電位保持原來狀態(tài)不變。輸出端輸出高電位（等于 Vcc）→中間繼電器的線圈得電→配置在電機(jī)控制電路的觸點(diǎn)閉合→相應(yīng)的控制回路導(dǎo)通→電機(jī)啟動(dòng)。 圖 25 浮力開關(guān)分布和與控制電路接線圖 元件和設(shè)備參數(shù)選擇 浮力開關(guān)又稱液位開關(guān)，常用的浮力開關(guān)有浮球式、靜壓 ( 或差壓 ) 式、電容式、超聲波式等。 工作原理分析 （ 1） 電源電路 由于設(shè)計(jì)任務(wù)要求采用 380V 交流供電的 10KW 電機(jī)，故本系統(tǒng)選用三相異步電機(jī)。具體電路圖如圖 26 所示。 第 14 頁 1. 過載、短路保護(hù) 在設(shè)計(jì)初期，是使用熱繼電器實(shí)現(xiàn)保護(hù)，但在檢索資料過程總得知熱繼電器不適合作重復(fù)短時(shí)工作制的籠型和繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的過載保護(hù)，故僅僅通過連接在電機(jī)和電網(wǎng)之間的帶電池脫扣器的斷路器 QF 以及三相熔斷絲來實(shí)現(xiàn)。 經(jīng)過計(jì)算可知 Ik 的值大約在 ~ 之間，故所選的交流接觸器參數(shù)如表 26所示。 表 29“弱電”部分元器件清單 序 號(hào) 元件名稱 型號(hào) /參數(shù) 數(shù)量 備注 1 開關(guān) AX16112 5 無回復(fù)旋鈕式 2 電阻 43K 5 3 帶極性電容 220uF 1 4 電容 2 5 NPN 型三極管 2N2222A 2 6 電阻 1K 歐 1 7 電阻 10K 歐 6 8 LED 燈 — 2 綠色 9 二極管 1N4002 2 10 555 定時(shí)器 NE555 2 11 中間繼電器 JRX13F1 2 “強(qiáng)電”部分元器件清單 其元器件清單如表 210所示。導(dǎo)致整體成本升高， 而且 電路圖過于復(fù)雜而不利于理解和 改進(jìn)。比如知道了斷路器一般都有脫扣器，可 以作為過流保護(hù) ； 繼電器和接觸器的原理，三相異步電機(jī)的保護(hù)等 。顯然此時(shí) M1 電機(jī)停機(jī)， M2 電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。 雖然我盡最大努力 讓 設(shè)計(jì)方案 盡量完善 ，但由于時(shí)間倉促未能充分對(duì)設(shè)計(jì)的可 行性進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。例如，是該采用什么元件作為電路的核心控制單元，如何實(shí)現(xiàn)弱點(diǎn)控制強(qiáng)電，如何確保水位監(jiān)測能夠準(zhǔn)確執(zhí)行，怎樣實(shí)現(xiàn)備用電機(jī)在主電機(jī)出現(xiàn)故障的時(shí)候啟動(dòng)，而電機(jī)出現(xiàn)故障具體會(huì)有什么體現(xiàn)，怎樣針對(duì)某種故障設(shè)置監(jiān)測電路并且與控制電路相接等等問題。同時(shí)，運(yùn)用繼電器來 防止水位下降時(shí)候由于放水和注水的速度相差不大導(dǎo)致的電機(jī)的頻繁啟停給電機(jī)和電網(wǎng)帶來的不利影響。 表 27 所選的熔斷器參數(shù) 型號(hào) 額定電壓 額定電流 熔體額定電流 RL160 交流 380V 60A 20， 25， 30， 40， 50， 60 （ 3） 斷路器參數(shù)選擇 本設(shè)計(jì)中的水泵額定功率為 10KW，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式： Iset,t =k 2Sn 式中： Iset,t—— 斷路器瞬時(shí)脫扣器整定， Sn—— 電動(dòng)機(jī)容量， k—— 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取~。 MM1三相異步電機(jī)MM2三相異步電機(jī)MM3三相異步電機(jī)（備用）K M 3過載保護(hù)降壓變壓器~ 3 8 0 V ~ 2 2 0 VK M 1 1 K M 2 1U1U2KA5電流繼電器KA6電流繼電器KA7電流繼電器QF1帶電池脫扣器的斷路器QF2帶電池脫扣器的斷路器QF3帶電池脫扣器的斷路器三相斷路器斷相保護(hù)短路保護(hù) 圖 29 電機(jī)拖動(dòng)部分電路圖 元件及設(shè)備參數(shù)選擇 （ 1）交流接觸器參數(shù)選擇 本設(shè)計(jì)的電機(jī)所帶的負(fù)載較輕，故選用 CJ10 系列。 這里使用延時(shí)繼電器是為了防止因主電機(jī)停止后立即投入備用電機(jī)而對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響。其原理是：接觸器的線圈是接于低壓設(shè)備的控制回路中，當(dāng)線圈兩端電壓達(dá)到額定值的 70%以上時(shí)，使鐵心磁飽和吸合銜鐵，同時(shí)帶動(dòng)其主觸點(diǎn)接通主電源至電氣設(shè)備，當(dāng)接觸器的線圈失電后銜鐵釋放，主觸點(diǎn)斷開切斷設(shè)備主電源。 圖 26 SCF 系列浮力開關(guān)實(shí)物外觀圖 第 12 頁 SCF系列浮力開關(guān)工作原理是：側(cè)裝浮球液位開關(guān)側(cè)裝式浮球開關(guān)是利用液體