簡易水位控制器

1、University of South China電子技術(shù)課程設(shè)計說明書設(shè)計題目 簡易水位控制器專 業(yè)：電氣工程及其自動化年 級：08級學(xué)號：姓名：指導(dǎo)教師：2011年1月 13日南華大學(xué)電氣工程學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目：簡易水位控制器專 業(yè)：電氣工程及其自動化電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書課程設(shè)計的內(nèi)容和要求(包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等)：簡易水位控制器設(shè)計1、簡便水塔水位控制器具有四個水位檢測輸入，由低到高分別為H1、H2、H3、H4； 380V交流驅(qū)動功率為10KW的水泵電動機分別為M1、M2；控 制器根據(jù)水位狀態(tài)控制水泵工作。2、控制要求在各水位檢測點，應(yīng)能準(zhǔn)確可靠地檢測出水

2、位狀態(tài)，報選用的傳感器 要求不受長期水泡工作環(huán)境影響；當(dāng)水位低于H1時，M1與M2同時工作；當(dāng)水位高于H4時，M1與M2同時停機；當(dāng)水位由H1上升到H3時，關(guān)掉M1；當(dāng)水位由H4上升到H2時，打開M1；3、備用泵控制要求當(dāng)兩臺工作水泵任一臺發(fā)生故障時，應(yīng)能檢測出故障，并使備用水泵投 入工作，備用水泵投入后，對故障水泵有相應(yīng)指示。4、主電路及控制電路設(shè)計對課程設(shè)計成果的要求包括圖表、實物等硬件要求：設(shè)計電路(主電路及控制電路)，安裝調(diào)試或仿真，分析實驗結(jié)果，并寫出 設(shè)計說明書，語言流暢簡潔，文字不得少于3500字。要求圖紙布局合理，符 合工程要求，使用Protel軟件繪出原理圖(SCH)和印制電

3、路板(PCB),器件 的選擇要有計算依據(jù)。主要參考文獻：1謝自美。電子線路設(shè)計、實驗、測試M華中理工大學(xué)，2001彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)M.北京：高等教育出版社，19973康華光，數(shù)字電子技術(shù)，北京：高等教育出版社，19984陳明義.電工電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)M.長沙：中南大學(xué)出版社，20025電機拖動目 錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 引言1 HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 1系統(tǒng)概述1 HYPERLINK l bookmark38 o Current

4、Document 1.1任務(wù)分析與設(shè)計方案確定1 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 1.2功能模塊的劃分及其實現(xiàn)方法2 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 1.3整體方框圖及工作原理2 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 2單元電路設(shè)計4 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 2.1降壓整流電路設(shè)計4 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 工作原理4 HYPE

5、RLINK l bookmark65 o Current Document 主要元器件參數(shù)選擇5 HYPERLINK l bookmark71 o Current Document 2.2控制電路設(shè)計5 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 工作原理6主要元器件參數(shù)選擇9 HYPERLINK l bookmark135 o Current Document 工作原理10元件和設(shè)備參數(shù)選擇-10- HYPERLINK l bookmark132 o Current Document 2.4電機控制和保護電路設(shè)計-11-工作原理分析-11- HYPER

6、LINK l bookmark159 o Current Document 2.5整體元器件清單-14- HYPERLINK l bookmark162 o Current Document “弱電”部分元器件清單-14- HYPERLINK l bookmark165 o Current Document “強電”部分元器件清單-15- HYPERLINK l bookmark168 o Current Document 3設(shè)計總侖吉-15 -3.1結(jié)論錯誤！未定義書簽。 HYPERLINK l bookmark174 o Current Document 3.2本設(shè)計方案的優(yōu)缺點-15 -

7、 HYPERLINK l bookmark177 o Current Document 3.3心得體會-16 - HYPERLINK l bookmark180 o Current Document 參考文獻-17 - HYPERLINK l bookmark187 o Current Document 附錄18摘 要本課程設(shè)計的簡易水位控制器，是對過去理論知識學(xué)習(xí)的一個實踐檢測。基 于對555芯片的了解和低壓繼電器的學(xué)習(xí)，本設(shè)計采用NE555芯片結(jié)合繼電器和 接觸器及浮力開關(guān)來實現(xiàn)水位的檢測與對電機的自動控制和保護。設(shè)計中使用 Multisim軟件對芯片控制電路進行仿真，并附有仿真結(jié)果。本課

8、程設(shè)計說明書， 主要介紹了本設(shè)計是如何運用數(shù)字電子及其他相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)水位的控制，并詳細 介紹了各功能塊的實現(xiàn)方式和原理，以及所用到的元器件等。關(guān)鍵字：水位控制 NE555 繼電器浮力開關(guān)數(shù)字電子引言本課程設(shè)計使用數(shù)字電子技術(shù)和繼電器、接觸器等相關(guān)知識，實現(xiàn)對水位對 電機的控制。在設(shè)計中，由于考慮到設(shè)計周期等限制，以及任務(wù)的布置，僅僅設(shè) 計了一個原始系統(tǒng)來達到題目要求，在設(shè)計中使用Multisim仿真軟件對系統(tǒng)可 行性進行分析，并盡可能考慮到在實際運行中可能出現(xiàn)的問題，保證設(shè)計出的產(chǎn) 品能夠正常運行。但是由于知識和能力有限，其中有諸多不完善之處還需改善。1系統(tǒng)概述水位控制器是日常生活中常見的自動

9、化裝置。本課程要求運用數(shù)字電子技術(shù) 等知識設(shè)計一臺水位控制器。根據(jù)設(shè)計要求，此系統(tǒng)采用強弱電結(jié)合。弱電部分 由降壓整流電路、555觸發(fā)電路（NE555）、繼電器（KA）和浮力開關(guān)等組成。其 中降壓整流電路為整個控制電路提供直流電壓，觸發(fā)電路NE555根據(jù)其觸發(fā)特性 對水塔所處的水位進行檢測。強電部分由熔斷器、交流接觸器KM）和電機等設(shè) 備構(gòu)成。1.1任務(wù)分析與設(shè)計方案確定本課程設(shè)計的主題是設(shè)計一個簡易水位控制器。水位控制器是運用電力電子 相關(guān)技術(shù)完成水位的檢測和控制電機的啟動與關(guān)閉，以及故障電機的保護和備用 電機的投入等一系列自動化工作。從任務(wù)的控制要求來分析，設(shè)計的系統(tǒng)需要在 指定的水位實現(xiàn)

10、兩臺電機的啟動與關(guān)閉。水位（低到高H1H4）與電機的開與 關(guān)的具體關(guān)系如表1-1所示。水位與電機的開與關(guān)的關(guān)系表1-1觸發(fā)水位主電機M1M2水位上升f水位下降1水位上升f水位下降1H1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，兩臺電機在水位下降與上升時從H2到H3的開與關(guān)是不同的，所 以使用兩個芯片分別負責(zé)控制兩個電機。在眾多芯片中采用NE555芯片構(gòu)成RS 觸發(fā)器作為控制部分的核心。由于控制部分涉及芯片和小功率繼電器線圈，所以 必須使用小于24V的電壓源驅(qū)動，而電機電動機要求10KW的功率，必須采用三 相異步電機，故需要三相電源驅(qū)動。那么弱電部分可以從220V市電中采用降壓 變壓

11、器取得電能，強電的控制部分可以使用直接從與電機連接的三相電源中引出 兩相與降壓變壓器高壓端相連的方式獲得220V電壓。控制部分還必須對電機拖動部分進行控制，那么可以使用中間繼電器做強弱 電的橋梁來實現(xiàn)弱電對強電部分的控制。但對于電機故障和備用電機的投切問 題，可以在電機控制部分配置交流接觸器結(jié)合熔斷器來實現(xiàn)該要求。此外，在水位檢測輸入端口的設(shè)計上，為了保證了檢測端口不會受到長期水 泡的影響。故采用金屬不銹鋼等抗腐蝕材料，和利用浮力原理控制導(dǎo)線閉合的低 壓器件作為檢測端口。1.2功能模塊的劃分及其實現(xiàn)方法現(xiàn)根據(jù)前文的任務(wù)分析，對本設(shè)計的功能塊劃分和實現(xiàn)方式進行具體的闡述。 弱電部分劃分如下：（1

12、）降壓整流電路：直接總電網(wǎng)供電，通過變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓 電路將電網(wǎng)中的220V交流電轉(zhuǎn)換成+12V的直流電壓。（2）控制電路：采用兩個NE555芯片分別構(gòu)成RS觸發(fā)器作為核心控制部分。輸入 端與檢測水位的浮力開關(guān)相連，輸出端與繼電器相連。而中間繼電器的作用 正是在回路中實現(xiàn)用小電流、低電壓來控制大電流、高電壓設(shè)備。所以采用 小功率中間繼電器作為兩者的紐帶。（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。開關(guān) 兩端分別與電源正極和555芯片管腳連接強電部分劃分如下：（1）電源電路：課程任務(wù)的要求是使用3臺10KW水泵電動機，由于電機功率 較大，必須采用三相異步電

13、機與電網(wǎng)相連。電機控制電路則直接從高壓端 與電網(wǎng)中的兩相連的降壓變壓器獲取220V電壓。在每個部分電路與電源 直接相接處串聯(lián)保險絲以保護設(shè)備。（2）電機保護電路：電機有三臺，兩臺為主電機，一臺為備用電機。為了起到 保護電機的作用，該電路采用帶脫扣器的斷路器做過載和短路保護，使用 與每相相連的電流互感器與電流繼電器并聯(lián)的方法做斷相保護。（3）電機控制電路：此部分電路中配置熔斷器開關(guān)和交流接觸器線圈來實現(xiàn)相 應(yīng)其他電路對所控制電機的啟動與停機以及備用電機的啟動。此外，還設(shè) 置了手動開關(guān)以便實現(xiàn)電機啟停的人工操作。在每個部分電路與電源直接 相接處串聯(lián)保險絲以保護設(shè)備（4）電機故障檢測與備用電機啟動電

14、路：此部分并結(jié)合幾個繼電器和延時繼電 器的互相配合實現(xiàn)備用電機的投入和故障電機的指示。同樣，在每個部分 電路與電源直接相接處串聯(lián)保險絲以保護設(shè)備。1.3整體方框圖及工作原理（1）本設(shè)計的原理方框圖如圖1-1所示簡易水位控制器原理方框圖圖1-1（2）總體工作原理介紹水位監(jiān)測與控制原理：這里僅對M1電機啟停控制進行簡要分析，M2電機的控制同理可得。為了敘述方便，以下2、6腳呈高電位是指輸入電壓呈1 Vcc 工23和2 Vcc。3當(dāng)液面低于最低水位H1時，所有的浮力開關(guān)都斷開，此時NE555芯片的2、 6腳都呈低電位，則輸出為高電位，此時，兩端分別接在NE555芯片輸出管腳和 地線的繼電器（KA1）

15、線圈得電，并帶動安裝在兩臺主電機控制部分的常開觸點 閉合，使得與之串聯(lián)的交流接觸器（KM1）的線圈得電，同時帶動其對應(yīng)的常開 觸點閉合，使得M1電機和電網(wǎng)相連，電機得以啟動。當(dāng)水位達到H2后（即浮力 開關(guān)1、2閉合），NE555芯片的2腳呈高電位，6腳呈低電位，此時輸出端狀態(tài) 保持，仍呈高電位，電機保持運轉(zhuǎn)。當(dāng)液面高于水位H3時，NE555芯片的2、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，電機控制部分的常開觸點復(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)致對應(yīng)的常開觸點斷開， 使得M1電機和電網(wǎng)斷開連接，電機停機。但液面高于最高水位H4時，浮力

16、開關(guān)4閉合，NE555芯片的復(fù)位端電位從 Vcc立即降為接近0V，使得芯片復(fù)位，輸出電壓為0V，同理可知電機停機。電機故障檢測與備用電機的投入原理：正常運行的電機出現(xiàn)故障一般是三相短路、過載、缺相。本設(shè)計使用帶電磁 脫扣器的斷路器QF做過載和短路保護，使用電流互感器和電流繼電器并聯(lián)做斷 相保護。當(dāng)任何一個電流繼電器得電，使得串聯(lián)在電機控制電路的常開觸點斷開; 串聯(lián)在備用電機啟動電路的常閉觸點閉合（原來線圈帶電時是斷開的），導(dǎo)致同樣在一條支路的繼電器（KM）線圈失電，導(dǎo)致與電機與電網(wǎng)相連的繼電器觸點斷 開，故障電機停止運轉(zhuǎn)，同時實現(xiàn)了故障的指示和備用電機的啟動功能。2單元電路設(shè)計2.1降壓整流電

17、路設(shè)計該部分由降壓一個變壓器TF1、四個1N4002型的二極管構(gòu)成橋式整流電路、 一個電容C3組成。其作用是為弱電部分的控制電路提供直流穩(wěn)壓電源。電路圖 如圖2-1所示。C3220u電容濾波電路1TO1降壓整流電路圖圖2-1工作原理原理如圖2-2所示。接通電源后，交流電流經(jīng)降壓整流部分，當(dāng)輸入交流電 壓為正半周時，對D1、D3加正方向電壓，使得Dl、D3導(dǎo)通；對D2、D4加反方 向電壓，D2、D4截止。電路中構(gòu)成Es、Dl、U1、D3通電回路，在U1，上形成 上正下負的半波整流電壓。Es為負半周時，對D2、D4加正向電壓，D2、D4導(dǎo)通; 對D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構(gòu)成Es

18、、D2、U2 、D4通電回路， 同樣在U2上形成上正下負的另外半波的整流電壓。由于整流后的直流實際是脈動的，也就是直流的波形不是平直的，因此使用 大容量電容并聯(lián)在電路中，在電壓的波峰時儲能，在波谷時放能，使脈動的直流 電壓波形接近平直。降壓整流電路原理圖圖2-2主要元器件參數(shù)選擇（1）降壓變壓器TF1的選擇控制變壓器一般用于降低控制部分電路電壓，以保證控制電路的安全可靠。 本設(shè)計根據(jù)以下兩個原則選用變壓器容量。1）根據(jù)控制電壓的最大工作負荷時所需要的功率進行選擇，以保證變壓器 在長期工作時不至于超過允許溫升。2）變壓器的容量應(yīng)能保證部分吸合的電器，在啟動其他電器時，仍能可靠 吸合，同時又能保證

19、將要啟動的電器也能啟動吸合。根據(jù)以上原則選擇的變壓器參數(shù)如表2-1所示所選變壓器參數(shù)表2-1型號輸入電壓輸出電壓輸出電流TF66X32110V/220V12V3A（2）濾波電容C3的選擇濾波電容的選擇適合恰當(dāng)直接影響到弱電部分電路能否正常運行。常用的濾 波電容為瓷介質(zhì)電容，這里選擇型號為X7R （穩(wěn)定型）瓷介質(zhì)電容，其大小為 220 。2.2控制電路設(shè)計本設(shè)計的控制電路由兩塊NE555芯片、兩個電容、四個NPN型三極管、兩 個1N4002型的二極管、兩個發(fā)光二極管LED、四個接觸器和14個電阻構(gòu)成。 電路圖如圖23示。R6D1卬1ILIC2D3 、rKA3滯開）KA4停開）控制電路原理圖23工

20、作原理NE555芯片是整個控制電路的核心，所以在闡述原理前，先簡單介紹NE555 系列芯片。（1）NE555系列芯片簡介NE555是屬于555系列的計時IC的其中的一種型號，555系列IC的接腳功 能及運用都是相容的，只是型號不同的因其價格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的 振蕩頻率也不大相同；而555是一個用途很廣且相當(dāng)普遍的計時IC，只需少數(shù) 的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈沖信號。NE555的特點有：只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延時范圍 極廣，可由幾微秒至幾小時之久。它的操作電源電壓范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯電路配合，也就是它 的輸出準(zhǔn)

21、位及輸入觸發(fā)準(zhǔn)位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負載。它的計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。NE555引腳圖和功能表NE555芯片管腳圖如圖2-4所示。各管腳的配置說明如表2-2所示。功能表 如表2-3所示。C一 cTHRVQTRIGDNGR08IC162-513NE555GroundTriggerOutputResetVccDischargeThresholdControlVoltageNE555功能一管腳圖（左：Protel的元件庫中；右：實際芯片）圖2-4NE555管腳配置說明 表2-2Pin 1（接地）地線，通常被連接到電路共同接

22、地。Pin 2 （觸發(fā)點）這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上 緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC。Pin 3 （輸出）當(dāng)時間周期開始555的輸出腳位。周期的結(jié)束輸出回到0伏 左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約200 mA。Pin 4（重置）一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到 一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。Pin 5（控制）這個接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計時器經(jīng) 營在穩(wěn)定或振蕩的運作方式下，這輸入能用來改變或調(diào)整輸 出頻率。Pin 6（鎖定）當(dāng)這個接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時

23、 啟動這個動作。Pin 7 （放電）這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出 為ON時為LOW，對地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時為HIGH， 對地為高阻抗。Pin 8(V +)這是555個計時器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是 +4.5伏特（最小值）至+16伏特（最大值）。555系列芯片功能表 表2-3輸 A輸 出Rd異TH)UI2 (TR)4T狀態(tài)0XX低i.j導(dǎo)道IA 2 Kzc31 ycc3低i.j導(dǎo)通I 礦cc3不變不變不變I cc3- Vcc)；管腳6的電位為:6V (-Vcc)；管腳6的電位為：6V (-Vcc)；管腳6的電位為：3,212V (- Vcc);可知此時

24、555的輸出瑞3腳的電位為0V。3水位由H4下降到H2的過程此過程與水位H2上升到H4時IC1芯片的管腳電位情況一致，M1電機的狀 態(tài)也相同。而M2則由于實現(xiàn)了復(fù)位腳電位的鎖定而處在關(guān)機狀態(tài)，直到水位低 于H1后才解鎖，重新啟動。以上只分析了水位對兩個NE555的輸出腳電位的影響規(guī)律，接下來介紹輸出 腳電位怎樣控制電機啟停。在輸出端和地線之間配置一個小功率中間繼電器(KA1、KA2)。輸出端輸出 高電位(等于Vcc) 中間繼電器的線圈得電一配置在電機控制電路的觸點閉合 一相應(yīng)的控制回路導(dǎo)通一電機啟動。當(dāng)輸出為低電位(0V)同理可得，具體可參 看電機控制部分原理說明。主要元器件參數(shù)選擇NE555

25、芯片參數(shù)功能特性：供應(yīng)電壓4.5-18V供應(yīng)電流3-6 mA輸出電流225mA (max)上升/下降時間100 ns中間繼電器參數(shù)選擇為了滿足控制電路的要求，本設(shè)計在綜合考慮了控制電路的電壓等級、觸點 數(shù)量、種類等因素后，選擇封閉式小功率小型繼電器，具體型號參數(shù)如表2-2 所示。中間繼電器參數(shù)表 表2-4型號線圈電源線圈功率觸點額定電流觸點額定電壓JRX-13F-16-110V0.5W5A250V2.3水位開關(guān)設(shè)計工作原理為了能在相應(yīng)水位觸發(fā)控制電路的NE555芯片，浮力開關(guān)被安裝在要求水位稍微 低一些的水塔壁上，為了確保長期浸泡不會影響正常工作，設(shè)計中將與之相連接 的導(dǎo)線外層包裹了抗腐蝕的樹

26、脂膜。浮力開關(guān)的原理是：水位淹沒浮力開關(guān)一浮 球上翹一帶動內(nèi)部連桿使得導(dǎo)線閉合一電路接通。浮力開關(guān)兩端與NE555芯片的2或6引腳和電源正極相連，當(dāng)電路接通后，將給 芯片的引腳輸入數(shù)值為Vcc的電壓信號。如圖2-5.。接電源正極IC1的15腳IC1KJ2 腳經(jīng)三敝封IC2的4腳I浮中知接IC2的：腳和繼電器KA4厚力開關(guān)厚力開關(guān)H1圖2-5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。本課程設(shè)計要求開關(guān)能夠長期浸泡不影響正常工作。此外， 水塔中的水一般化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，水壓不大，而且測量精度不高，故這里選擇浮球 式浮力開關(guān)。具體型號是上海質(zhì)諾

27、電子科技有限公司生產(chǎn)的SC-F系列浮力開關(guān)SC-F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 液體浮力原理，當(dāng)浮球因浮力作用而上下運動時，接線盒內(nèi)的磁簧開關(guān)（或微動開關(guān)）受到臂端磁鐵影響，而作“NC”接點與“NO”接點之互換。具體元件參數(shù)的選擇見表2-5本設(shè)計所選浮力開關(guān)參數(shù)表2-5型號材質(zhì)安裝方式牙口規(guī)格最高耐壓接線殼保護等級SC-F75PVDF、 PP側(cè)裝、上裝1-1/2、 BSP50kg/cmIP-652.4電機控制和保護電路設(shè)計電機控制電路屬于強電，主要作用是對兩臺主電機的啟停控制和故障檢測以 及備用電機的啟動。其主要由無回復(fù)開關(guān)（旋鈕開關(guān)）、中間繼電器觸點、交流 接

28、觸器、電流互感器、電流繼電器、熔斷絲、降壓變壓器、斷路器、三相異步電 機等構(gòu)成。工作原理分析（1）電源電路由于設(shè)計任務(wù)要求采用380V交流供電的10KW電機，故本系統(tǒng)選用三相異步 電機。而控制電路接在220V電壓下，故通過交流接觸器進行控制，并通過降壓 變壓器從電網(wǎng)中的兩相獲得電能。（2）M1、M2、M3電機控制電路M1、M2電機為水塔的主電機，擔(dān)負著整個系統(tǒng)的運行重任。為了實現(xiàn)對380V 電機拖動電路的控制，本設(shè)計采用交流接觸器（KM）。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 到額定值的70%以上時，使鐵心磁飽和吸合銜鐵，同時帶動其主觸點接通主電源 至電氣設(shè)備，當(dāng)

29、接觸器的線圈失電后銜鐵釋放，主觸點斷開切斷設(shè)備主電源。利 用交流接觸器的原理，本設(shè)計將其線圈串聯(lián)在控制電路中，對應(yīng)觸點兩端分別接 電網(wǎng)和電機。工作原理如下：當(dāng)弱電控制部分的中間繼電器得電電機控制部分 的繼電器觸頭（KA1、2、3）閉合一與之串聯(lián)的交流接觸器線圈（KM1、2、3）得 電能f對應(yīng)的主觸頭（KM1-1、KM2-1、KM3）閉合一對應(yīng)的回路得電，電機啟動； 同時停機指示燈熄滅。M1電機控制電路如圖2-6； M2電機控制電路如圖2-7。M3電機控制電路如 圖2-8所示。交流接觸器KM1線圈KA5Ml電機控制部分常閉開關(guān)圖2-6圖2-7KA7交流接觸器KM3線圈 常閉觸點K孕-2M3備用空

30、機稅制部分備用電機控制電路2-8故障檢測、保護電路隨著電機的投入使用時間增長，可能出現(xiàn)各種影響其正常運行的故障，在本 課程設(shè)計中，我們只考慮有限的幾個可能的出現(xiàn)典型問題，例如過載問題，短路 現(xiàn)象，斷相情況。主電機故障檢測電路如圖2-8所示。電機拖動部分電路如圖2-9所示。現(xiàn)配 合圖2-8圖2-9對以上三種情況的控制分述如下：過載、短路保護在設(shè)計初期，是使用熱繼電器實現(xiàn)保護，但在檢索資料過程中得知熱繼 電器不適合作重復(fù)短時工作制的籠型和繞線轉(zhuǎn)子異步電機的過載保護，故僅 僅通過連接在電機和電網(wǎng)之間的帶脫扣器的斷路器QF以及三相熔斷絲來實現(xiàn)。斷相保護通過3個互感器并聯(lián)與一個電流繼電器KA5、KA6、

31、KA7連接實現(xiàn)斷相保護。 正常時，三相的電流之和為零，無電流流過電流繼電器，電流繼電器在電機 控制電路中的常閉觸點保持閉合狀態(tài)，當(dāng)三相缺相時，不平衡的電流流經(jīng)電 流繼電器，使得常閉觸點斷開，電機停機，從而防止電機缺相運行。圖 2-10當(dāng)電機出現(xiàn)斷相，即三相電流之和不為零的時候，將自動啟用備用電機。例如 M1出現(xiàn)斷相故障后，備用電機啟動的整個過程為：M1出現(xiàn)斷相一KA5啟動一常 開開關(guān)KA5-2關(guān)閉（M1停機指示燈亮一同時M1停機）一時間繼電器KT工作一 KT延遲閉合一繼電器K3通電工作一KM3通電工作一備用電機M3投入運行。2.5整體元器件清單2.5.1 “弱電”部分元器件清單“弱電”部分元器

32、件清單 表2-6序號元件名稱型號/參數(shù)數(shù)量備注1帶極性電容220uF12NPN型三極管2N2222A23電阻1K歐14電阻10K歐75電阻50K歐66LED燈2紅色7二極管1N400228555定時器NE55529中間繼電器JRX-13F-122.5.2 “強電”部分元器件清單“強電”部分元器件清單 表2-7序號元件名稱型號參數(shù)數(shù)量備注1三相異步電機型連接32開關(guān)AX16-11233三相斷路器EA9AN1小型繼電器4降壓變壓器380V/220V15熔斷絲RL1-60126交流接觸器CJ10-2037電流繼電器JTX-30F33設(shè)計總結(jié)3.1結(jié)論經(jīng)過理論分析和Multisim軟件仿真的驗證，本課

33、程設(shè)計的結(jié)果基本實現(xiàn)了 任務(wù)書的要求。3.2本設(shè)計方案的優(yōu)缺點本設(shè)計采用NE555芯片對水位的高低進行檢測，并通過中間繼電器對電機進 行控制，通過Multisim軟件仿真通過。穩(wěn)定性高，對電機的短路、過載、斷相 都采取了保護。同時，運用繼電器來防止水位下降時候由于放水和注水的速度相 差不大導(dǎo)致的電機的頻繁啟停給電機和電網(wǎng)帶來的不利影響。目前市面上有許多功能完善的水位控制器，各自有各自的特點，但是其中利 用NE555芯片來實現(xiàn)的占大多數(shù)，選用NE555來實現(xiàn)的控制電路的穩(wěn)定性都比較 高，成本也較低，所以在市場上的競爭力也比較強。以上所設(shè)計的電路能夠基本實現(xiàn)設(shè)計要求，水位低則加水，水位高則自動停

34、止。電路安全系數(shù)較高，但是實用性欠佳，沒有嚴(yán)格考慮制作成本，為了達到任 務(wù)要求，本系統(tǒng)設(shè)計時候采用的繼電器過多。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。故我認為此類電子廠品采用使用PLC電路實現(xiàn)較為 經(jīng)濟。3.3心得體會本課程設(shè)計從分析設(shè)計要求到一個設(shè)計方案說明書的形成，一共進過了十幾 次修改，歷時周的時間。設(shè)計期初在方案確定時發(fā)覺該任務(wù)是比較容易實現(xiàn)的， 但是隨著設(shè)計的深入，問題不斷出現(xiàn)。例如，是該采用什么元件作為電路的核心 控制單元，如何實現(xiàn)弱點控制強電，如何確保水位監(jiān)測能夠準(zhǔn)確執(zhí)行，怎樣實現(xiàn) 備用電機在主電機出現(xiàn)故障的時候啟動，而電機出現(xiàn)故障具體會有什么體現(xiàn)，怎 樣針對某種故障設(shè)置監(jiān)測電路并且與控制電路相接等等問題。當(dāng)然，隨著自學(xué)的 資料的增加，思路越來越開闊，設(shè)計過程中遇到的各種問題也迎刃而解。而在深 入思考和提出解決方案的同時，自己所學(xué)的知識也得到進一步的深化，比如555 芯片構(gòu)成觸發(fā)器的工作過程。而對于沒學(xué)過但卻是方案需要的知識，也通過自學(xué) 和老師的指導(dǎo)下，有所掌握。比如知道了斷路器一般都有脫扣器，可以作為過流 保護；繼電器和接觸器的原理，三相異步電機的保護等。同時在制作電路圖和仿 真的過程中也使得