专利名称：一种水塔液体自动控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于自动控制电子电器，具体地说是一种用来控制各种水塔、水池自动抽水的控制器。在工农业生产、养殖业、人们的生活中都离不开水，在实际应用中为了达到不间断地供水，大部分都备有水塔或水池，而且必须使水塔保持一定的水位，为了达到这个目的，这就需要不断地开启水泵给水塔供水，这就出现了对水泵的控制问题，对水泵的控制，除了人工控制以外，还有自动控制。现在市场上提供的控制器种类繁多，大部分都是采用以下几种形式①水塔的水位控制。②水塔的水压控制。③靠用水量控制。这几种控制在电压、水源、水泵、电动机控制器本身都正常的情况下，可以达到自动控制的目的，但在实际应用中并不是如此，经常会出现水井水源不足，水位检测电路失灵，水泵故障，电动机故障，电压不稳，断相等，这些不正常因素都会造成使控制器不能正常工作；例如，水井水位不足或被抽干使水塔达不到一定的水位或压力使水泵不能自动停止，正常的水位检测电路失灵使水泵不能自停，水泵故障不抽水时或水量不足使水塔达不到水位或压力造成电动机不能自停、电动机故障不能自停、电压不正常或断相造成电动机不能自停损坏电动机，以上控制器还有一个极大的缺点，即执行原件大部分采用交流接触器，这在电压不稳定的情况下无法工作。因以上控制器在上述不正常因素的影响下无法达到安全可靠的运行，影响了产品的推广和应用。任何设略安装自动控制的目的都是为了取代人工控制，减少人工干预，如果自动控制装置电路不完善，没有一定的防护保险措施和报警显示电路，电路一旦出了故障，轻者影响生活和生产，重者造成设备的损坏；据调查因大部分用户买不到安全可靠的水塔液体自动控制器，至今仍采用人工控制。
本实用新型的目的是为解决水塔供水自动控制问题，而且在水井水源不足，电压不稳使控制器仍能正常运行，尽量减少人工干预，使电路简单、安全、可靠，便于使用，在出现水位检测电路失灵、水泵故障、过流、断相、电动机故障时能够及时断电，并通过报警显示提醒工作人员，以便得到及时处理避免和减少损失。
本实用新型采用多种检测电路及保护电路达到了全自动控制的目的及故障报警显示功能。本控制器由电源稳压电路、井下水位检测电路、水塔水位检测电路、超水位故障检测电路、交流信号源、单稳态触发电路、自动触发延时电路、过流保护电路、执行原件、工作状态指示报警电路、壁挂式金属外壳等几部分组成；其特征在于(1)所说的电源稳压电路包括变压器、整流滤波电路、稳压电路、电源指示电路；(2)所说的井下水位检测电路由两个井下位探头、两个三极管、一个光电耦合器、一个发光二极管及辅助原件组成。井下水位信号通过一个电阻和一个二极管接第一个三极管的基极输入端，该三极管的集电极接有光电耦合元件及发光二极管，井下水位信号通过光电耦被传送到第二个三极管的基极输入端、该三板管控制后级单稳态触电路的工作状态；(3)所说的水塔水位检测电路包括三个水位探头、两个三极管、一个光电耦合器、一个发光二极管及辅助元件组成，水塔水位检测信号通过一个电阻和一个二极管接第一个三极管的基极输入端，该三极管的集电极接有光电耦合器，水塔水位信号通过光电耦器被传送到第二个三极管的基极输入端，该三极管控制后级单稳态触发电路的工作状态；(4)所说的超水位故障检测电路由一个探头、一个三极管、一个光耦合器、一个可控硅、一个继电器、一个发光二极管及辅助元件组成；超水位探头通过一个电阻和一个二极管接三极管的基极输入端，其集电极接光电耦合器，超水位信号通过光电耦合器触发单相可控硅，可控硅的正极接继电器的线圈；(5)所说的交流信号源由电源变压的一组绕组产生；(6)所说的单稳态触发电路由一个集成电路、两个三极管、两个继电器及辅助元件组成，集成电路的两个输入端分别与井下水位检测电路和水塔水位检测电路连接，集成电路的输出端分别通过电阻接两个三极管的基极输入端，两个三极管的集电极分别接有继电器的线圈，一个继电器触发自动延时触发电路，另一个继电器的常开触点接执行元件。(7)所说的自动触发延时电路有一个集成电路、一个触发按扭、两个三极管、一个继电器、两个发光二极管及辅助元件组成，集成电路的触发端和地端接有一个触发按扭和一个继电器的常开触点，集成电路的输出端一路通过一个电阻接发光二极管，另一路通过一个电阻接一个三极管的基极输入端，另一个三极管的集电极接继电器的线圈，该继电器常闭触点控制执行元件；(8)所说的过流断相保护电路由两个电流互感变压器、两个三极管、一个可控硅、三个继电器、一个发光二极管和一个报警器以及辅助元件组成；两个电流互感变压器的初级线圈分别串联在交流380V电源的AB两相线路中，两个变压器的次极分别通过两个电位器、两个二极管、两个反向击穿二极管分别接两个三极管的基极输入端，两个三极管的集电极分别接有继电器的线圈，整流滤波输出的24V直流电压通过一个电阻、两个继电器的常开触点接可控硅的触发极，可控硅的负极接有继电器的线圈，该继电器的常闭触点的一端接整流滤波输出的24V直流电源，另一端接用电电路。(9)所说的执行元件是一个继电路，该继电器的常开触点的一端接交流电源，另一端接电动机；(10)所说的工作状态指示报警电路由八个发光二极管、一个报警器及辅助元件组成；(11)所说的壁挂式金属外壳采用标准金属外壳。也可以用铁板加工而成。
本实用新型由于采用了井下水位检测电路和水塔水位检测电路相结合达到了双向控制，并具备多种控制功能和保护措施，当井下水源不足时靠井下水位检测电路实现自动控制，当井下水源充足时靠水塔水位检测电路自动控制，正常水位检测失灵由超水位检测电路自动将水泵停止并显示报警，当水位控制电路出现故障造成不能停机时由延时电路自动停机并显示报警，当水泵或电动机出现故障时，由过流保护电路自动停机并显示报警；执行元件由于采用了大功率高灵敏度直流继电器，在电压大幅度变化的情况下仍能正常工作，水位检测信号由于采用了纯交流微电流信号，大大减少了对水位探头的电解作用。整个电路设计合理，考虑周到，确保安全可靠性，调整方便直观，使整机成本降低。该控制器如果将执行元件换成三个触点可直接控制三相电动机水泵，也可以用三个单触点大功率直流继电器并联使用。
以下结合附图及实施例详细描述本实用新型；
图1．为本实用新型的原理图；图2．为本实用新型的整体外观示意图。
交流220V电压通过输入端IN、开关K1、保险FU1、变压器B，在变压器B的次级线圈上得到22V的交流电压，该电压经整流滤波后，一路供给执行电路和保护电路使用，一路经稳压集成块IC3稳压得的9V直流电压供集成电路IC1、IC2和水位检测电路使用。井下水位探头T1、探头T2、三极管V1、光电耦合器DV1、三极管V2以及输助元件构成井下水位检测电路，探头T2通过电阻R1和二极管D2接三极管V1的基极输入端，其集电极接有光电耦合器DV1和发光二极管LED1，光电耦合器DV1的输出端通过电阻R4接三极管V2的基极输入端，其集电极接集成电路IC1的2脚。探头T3、探头T4、探头T5、三极管V3、光电耦合器DV2三极管V4以及辅助元件构成水塔水位检测电路，探头T4通过J2-1、电阻R6，探头T5通过R6、二极管D4接三极管V3的基极输入端，其集电极接有光电耦合器DV2和发光二极管LED2，光电耦合器DV2的输出端接三极管V4的基极输入端，其集电极接集成电路IC1的4脚。探头T6、三极管V5、光电耦合器DV3、单相可控硅SRK1、继电器J6以及辅助元件构成超水位故障检测电路，探头T6通过电阻R10、二极管D6接三极管V5的基极输入端，其集电极接有光电耦合器，光电耦合器的输出端接单相可控硅SRK1的触发极，可控硅SRK1的正极接有继电器J6的线圈。集成块IC1、三极管V6、三极管V7继电器J1、继电器J2以及辅助元件构成单稳态触发电路，集成块IC1的输出端3脚一路通过电阻R20接三极管V6的基极输入端，该三极管的集电极接有继电器J1的线圈，该继电器的两组常开触点触发自动延时路IC2；另一路通过电阻R19、电阻R21接三极管V7的基极输入端，该三极管的集电极接有继电器J2的线圈，该继电器的常开触点接执行元件。按扭S、集成块IC2、继电器J1的常开触点J1-1、J1-2、三极管V8三极管V9、继电器J4以及辅助元件构成了自动触发延时电路，集成块的输出端3脚通过一个电阻R30接三极管V8的基极输入端，其集电极接三极管V9的基极输入端，三极管V9的集电极接继电器J4的线圈，该继电器的常闭触点与继电器J2的线圈相串联。电流互感器HB1、HB2，电位器W1、W2，三极管V10、V11，继电器J7、J8、，可控硅SRK2，继电器J5以及辅助元件构成了过流断相保护电路，电流互感器HB1的次级线圈通过电位器W1的中心接点、二极管D12反向击穿二极管DW1接三极管V10的基极输入端，其集电极接有继电器J7的线圈；电流互感器HB2的次级线圈通过电位器W2的中心接点、二极管D13、反向击穿二极管DW2接三极管V11的基极输入端，其集电极接有继电器J8的线圈，继电器J7、J8的常开触点并联后接可控硅SRK2的触发极，可控硅SRK2的负极接继电器J5的线圈，继电器J5的常闭触点串联在直流电源供电电路中。继电器J3是执行元件。发光二极管LED1、发光二极管LED2、发光二极管LED3、发光二极管LED4、发光二极管LED5、发光二极管LED6、发光二极管LED7、发光二极管LED8、报警器BY以及辅助元件构成工作状态指示报警电路。
假设井下水源充足，井下水位探测信号通过探头T1、水液、探头T2、电阻R1、二极管D2使三极管V1导通发光二极管LED1亮，光电耦合器DV1导通，电流通过R3、光电耦合器DV1、电阻R4使三极管V2导通，三极管V2的集电极变为低电位，因此集成电路IC1的2脚为低电位。当水塔水位低于探头T4时，三极管V3因没有水位检测信号而截止，光电耦合器不通，三极管V4截止，三极管V3的集电极为高电位，因此，集成电路IC1的4脚为高电位，集成电路IC1的3脚变为高电位，输出约8V的电压，此电压一路首先通过电阻R20使三极管V6导通，电流通过电容C7使继电器J1吸合，集成电路IC2的2脚通过继电器J1的常开触点J1-1接地，延时电容C12上的电压通过电阻R31、继电器J1的常开触点J1-2放掉，当电容C7被充足电时，继电器J1释放，其常开触点J1-1、J1-2断开，延时电容C12重新开始充电，开始延时，同时集成电路IC2的3脚变为高电位，输出约8V的电压，此电压通过电阻R30使三极管V8导通，三极管V9截止，继电器J4的释放，其常闭触点导通；另一路随后通过电阻R19、电容C8延时后、通过电阻R21使三极管V7导通，电流通过继电器J4的常闭触点使继电器J2吸合，继电器J2的常闭触点J2-1将探头T4断开，常开触点J2-2闭合，电流通过继电器J6的常闭触点、继电器J2的常开触点J2-2使继电器J3吸合，220V交流电源通过继电器J3的常开触点J3-1、J3-2使电动机水泵工作开始抽水，水塔开始上水，当水位接触到探头T4时，此时因J2-1断开不起作用，当水位接触到探头T5时，水位探测信号通过探头T3、水液、探头T5、电阻R6、二极管D4使三极管V3导通，光电耦合器DV2导通，发光二极管LED2亮，电流通过电阻R9、光电耦合器使三极管V4导通，三极管V4的集电极变为低电位，集成电路IC1的4脚也变为低电位，其3脚变为低电位，三极管V7截止，继电器T2释放，继电器J2的常开触点J2-2断开，其常闭触点后闭合，继电器J3释放，其常开触点J3-1、J3-2断开，电动机水泵停止工作，抽水结束。当水塔水位低于探头T5时，探测信号通过探头T4继电器J2的常闭触点J2-1使三极管V3保持导通，三极管V4截止，集成电路IC1的4脚保持高电位；当水塔水位再次低于探头T4时，又重复上述抽水过程。在水泵抽水期间，当井下水位不足低于探头T2时，因三极管V1的基极失去水位信号使三极管V1截止，发光二极管LED1息灭，光电耦合器DV1截止，通过电容C1延时后三极管V2截止，其集电极、集成电路IC1的2脚同时变为低电位，3脚也变为低电位，三极管V7截止，继电器J2释放，继电器J3释放，电动机水泵停止抽水，当井下水位达到或超过探头T3、T4时，又开始抽水，因此当井下水源不足时，电动机水泵的工作与停止主要靠井下水位检测电路进行。
当井下水位检测电路或水塔水位检测电路万一出现故障失灵造成电动机水泵不能停止时，使水塔水位超过探头T5，当水位接触到超水位探头T6时，水位信号通过探头T6、电阻R10、二极管D6接三极管V5的基极，三极管V5导通，光电耦合器DV3导通，电流通过电阻R13、光电耦合器DV3使可控硅RK1触发导通，继电器J6吸合，继电器J6的常闭触点断开使继电器J3释放，电动机水泵停止工作，同时，继电器J6的常开触点闭合，电流通过继电器J6的常开触点使报警器BY发出报警，以便告警管理人员及时处理。当电动机水泵出现故障或断相造成超过额定工作电流时，电流互感器HB1或HB2的次级线圈的感应电压通过电位器W1或W2的滑动接点，二极管D12或二极管D13使反向击穿二极管DW1或DW2击穿导通，使三极管V10或V11导通，继电器J7或J8吸合，电流通过电阻R24继电器J7或J8的常开触点使可控硅SRK2触发导通，继电器J5吸合，其常闭触点断开，水位检测电路、稳态触发电路、自动延时电路、执行电路停止供电，同时电流通过D7使报警器BY发出报警以便告警管理人员及时处理。
设置自动触发延时电路的目的是为了当电路出现故障使电动机水泵不能自停时，本电路将按固定的延时时间自动停止，延时时间决定于电阻R28和电容C12的时间常数，延时时间应超过水塔一次性抽满水的时间。每次抽水三极管V6提前导通一次，继电器J1吸合一次，集成电路IC2的2脚通过电阻R31、继电器J1的常开触点J1-2放电，集成电路IC2的3脚输出约8V电压，此电压通过电阻R30、三极管V8的基极使三极管V8导通，三极管V9截止，使继电器J4为释放状态，由于电容C7的充电作用，继电器J1很快恢复释放状态，自动触发延时电路开始延时，集成电路IC的3脚每输出一次，延时电路重复上述过程。假设因某种原因水泵不能自动停止时，延时电路达到设定的延时时间后，集成电路IC2的3脚变为低电位，三极管V8截止，其集电极变为高电位，三极管V9导通，继电器J4吸合，其常闭触点断开，继电器J2失电释放，水泵停止抽水。同时，继电器J4的常开触点闭合，电流通过继电器J4常开触点使报警器BY发出报警。发光二极管LED1组成了井下水位指示电路，串联在三极管V1的集电极电路中；发光二极管LED2组成了水塔有水指示电路，串联在三极管V3的集电极电路中；发光二极管LED3和电阻R14组成了超水位指示电路，二者串联后跨接在继电器J6的线圈两端；发光二极管LED4和电阻R22组成水泵工作指示电路，二者串联后跨接在继电器J3的线圈两端；发光二极管LED5和电阻R25、二极管D17和报警器BY组成了故障指示报警电路；发光二极管LED6和电阻R26组成了电源指示电路，二者串联后并联在电容C10两端；发光二极管LED7和电阻R29组成了延时工作指示路，二者串联后与LC2的3脚相连；发光二极管LED8和电阻R33组成了延时停止指示电路，二者串联后跨接在继电器J4的线圈两端；开关K2为手动自动开关，断开为自动状态，闭合为手动开泵。
所有元件均安装在标准金属机箱内，电源输入IN、输出OUT采用绝缘耐高温接线端子。水位探头T1-T6采用接杈件或接线端子与主机相连。
所有阻容元件可采用如下数值R1、R6、R10、R15、R16、R34、R35为30K，R2、R5、R7、R11、R14、R18、R19、R21、R22、R25、R26为10K，R3、R8、R12、R13、R24、R29、R33为3K，R4为15K，R9、R20、R30、R32为20K，R17为1M，R23为100Ω；R27为100K，R28为10M，R31为51Ω；电容C1～C14分别为1000、4．70、4．70、0．1、470、100、220、1000、4．70、470、0．1、470、220、220VμF，W1、W2的数值为6．8K，DW1、DW2的击穿电压为3～5V。
使用时，将输入端IN连接在电源总开关上，将电动机接在输出端OUT上，连接好井下水位、水塔水位和超水位检测探头，合上开关K1即可投入使用。
单相水泵执行元件可使用双触点大功率高灵敏直流继电器，三相水泵把执行元件换成三触点即可，也可以用单触点大功率高灵敏直流继电器并联使用。
权利要求1.一种水塔液位自动控制器，由电源稳压电路、井下水位检测电路、水塔水位检测电路、超水位检测电路、交流信号源、单稳态触发电路、自动触发延时电路、过流保护电路、执行元件、工作状态指示报警电路和壁挂式金属外壳等部分组成；其特征在于(1)所说的电源稳压电路由变压器(B)、稳压集成电路(IC3)，(2)所说的井下水位检测电路包括水位探头(T1、T2)、两个三极管(V1、V2)、一个光电耦合器(DV1)及辅助元件组成，井下水位信号通过光电耦合器(DV1)接三极管(V2)的基极输入端，(3)所说的水塔水位检测电路包括水位探头(T3、T4、T5)、两个三极管(V3、V4)一个光电耦合器(DV2)及辅助元件组成，水塔水位信号通过光电耦合器(DV2)接三极管(V4)的基极输入端，(4)所说的超水位检测电路包括超水位探头(T6)、一个三极管(V5)、一个光电耦合器(DV3)、一个可控硅(SRK1)、一个继电器(J6)及辅助元件组成，超水位信号通过光电耦合器(DV3)接可控硅(SRK1)的触发极，其正极接继电器(J6)的线圈；(5)所说的交流信号源有变压器(B)的一组次级线圈产生；(6)所说的单稳触发电路由一个集成电路(IC1)、两个三极管(V6、V7)、两个继电器(J1、J2)及辅助元件组成，集成电路(IC1)的输入端(2脚、4脚)分别与井下水位检测电路和水塔水位检测电路的输出端相连，集成电路的输出端(3脚)分别接三极管(V6、V7)的基极输入端，其集电极接有继电器(J1、J2)的线圈，继电器(J1)的两组触点(J1-1、J1-2)触发自动延时电路，继电器(J2)的常开触点接执行元件。(7)所说的自动触发延时电路包括一个集成电路(IC2)一个按扭(S)、两个三极管(V8、V9)、一个继电器(J4)及辅助元件，集成电路(IC2)的触发端2脚接有按扭(S)和继电器(J1)的常开触点(J1-1)，电容(C12)通过电阻R13和继电器(J1)的常开触点(J1-2)自动放电，集成电路(IC2)的输出端3脚通过电阻(R30)接三极管(V8)的基极输入端，其集电极接三极管(V9)的基极输入端，该三极管的集电极接继电器(J4)的线圈，该继电器的常闭触点与继电器J2的线圈相串联。(8)所说的过流断相保护电路由两个电流互感变压器(HB1、HB2)、两个三极管(V10、V11)、一个可控硅(SRK2)、三个继电器(J7、J8、J5)以及辅助元件组成，两个电流互感器的初级线圈分别串联在电源电路中或交流380V电源的AB两相线路中，两个变压器的次级分别通过电位器(W1、W2)、二极管(D12、D13)反向击穿二极管(DW1、DW2)接三极管(V10、V11)的基极，两个三极管(V10、V11)的集电极分别接继电器(J7、J8)的线圈，继电器(T7、T8)的常开触点并联后接可控硅(SRK2)的触发极，可控硅(SRK2)的负极接继电器(T5)的线圈，整流滤波输出的直流24V电源通过继电器(T5)的常闭触点接用电电路。(9)所说的执行元件是一个继电器(J3)，该继器(J3)的常开触点的一端接交流电源输入端，另一端接水泵电动机。(10)所说的工作状态指示报警电路由八个发光二极管(LED1、～LED8)、报警器(BY)及辅助元件组成。
2.根据权利要求1所述的的一种水塔液位自动控制器，其特征所说的是它采用了井下水位检测电路，而且井下水位信号通过光电耦合器(DV1)进行隔离。
3.根据权利要求1所述的一种水塔液位自动控制器，其特征所说的是它采用了光电耦合器(DV2)对水塔交流水位信号进行了隔离。
4.根据权利要求1所述的一种水塔液位自动控制器，其特征所说的是它采用了超水位检测电路，超水位信号通过光电耦合器(DV3)进行了隔离。还包括有可控硅(SRK1)组成的信号保持控制电路。
5.根据权利要求1所述的一种水塔液位自动控制器，其特征所说的是它采用了交流信号源做为水位信号，该信号有电源变压器(B)的次级线圈(1、2)端产生。
6.根据权利要求1所述的一种水塔液位自动控制器，其特征所说的是它采用了集成电路(IC1)、三极管(V6、V7)、继电器(J1、J2)构成的单稳态触发电路。
7.根据权利要求1所述的一种水塔液位自动控制器，其特征所说的是它采用了集成电路(IC2)、三极管(V8、V9)、继电器(J1)构成的自动触发延时电路，自动触发靠继电器(J1)的常开触点(J1-1、J1-2)来自动完成，并设有手动触发按扭(S)。
8.根据权利要求1所述的一种水塔液位自动控制器，其特征所说的是它采用了电流互感器(HB1、HB2)、三极管(V10、V11)、继电器(J7、J8)构成的过流断相保护电路。
9.根据权种要求1所述的一种水塔液位自动控制器，其特征所说的是继电器(J3)采用了大功率高灵敏直流继电器；当使用三相电动机，继电器(T3)采用了单触点的大功率高灵敏直流继电器的线圈并联连接方式。
10.根据权利要求1所述的一种水塔液位自动控制器，其特征所说的是它采用了由发光二极管(LED1～LED8)、报警器(BY)构成的工作状态指示报警电路。
专利摘要本实用新型公开了一种水塔液位自动控制器,由电源电路、井下水位和水塔水位检测电路、超水位检测电路、交流信号源、单稳态和自动触发延时电路,过流断相保护电路、执行元件、工作状态指示报警电路等几部分组成;包括集成块、三极管、继电器、电流互感器和其它阻容元件,水位信号采取光耦隔离,水源不足仍能自动控制,检测电路失灵、过流、断相、水泵、电动机等故障时能及时停机,并能报警显示,采用了大功率高灵敏直流继电器,不受电压波动影响,电路简单可靠。
文档编号G05D9/12GK2427831SQ9921868
公开日2001年4月25日 申请日期1999年9月24日 优先权日1999年9月24日
发明者肖鑫峰 申请人:肖鑫峰