CN207301669U - 一种应用于小区、工业给水管网的自供电控制系统电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种应用于小区、工业给水管网的自供电控制系统电路。本实用新型中的驱动电路的输出信号经运算放大器处理后输出给比较器作为反馈信号，稳压器的输出电压作为给定信号，两者在方波变换电路的作用下生成占空比可变的方波信号输送给驱动电路；经驱动电路放大处理后输送给电磁阀；在所述水管内装有水轮发电机，电磁阀通过对液体流量的控制间接驱动水轮发电机进行工作，水轮发电机将产生的交流电信号经整流电路处理后得到直流电压信号，用作驱动电路供电。直流电压信号进一步输送给稳压电路，经压器稳压输出的电压信号可供给控制系统电路使用。当该系统达到动态平衡后，稳压电路输出即为该控制系统的理想供电电压。
Description
技术领域
本实用新型属于自动化控制领域，具体是一种基于超低功耗的电磁阀及水网自发电系统的应用于小区、工业给水管网的自供电控制及监测系统电路。
背景技术
电磁阀是液压、气动系统中应用最普通、最典型的控制元件。传统的电磁阀的控制方法是由继电器通断控制电阀的吸合和释放，其流过电磁阀线圈的电流示意如图1。在整个吸合过程中以额定电压加在电磁阀线圈上，此时通过线圈的电流较大且一直持续至电磁阀释放为止，如果吸合持续较长的时间会使电磁阀的温度上升较高，常会达到70-80℃。导致电磁阀使用寿命缩短，同时电能也有较大浪费。
电磁铁保持吸合状态所需电流远比吸合启动过程所需电流小，且吸合启动只需要一百至几百毫秒的时间。示意图如图2。如果能够在电磁铁吸合后将电流降低70-90％，电磁铁的发热量将会大幅度降低，同时节省了80%左右的电能。本实用新型采用PWM的方式既实现了控制电流大小的目的，同时降低了控制装置的制造成本。示意图如图3。
此外，传统的控制电路供电方法中，通常采用独立的电源给控制电路供电，例如线性电源(LDO)或者小功率的开关电源等。这些独立的电源通过将输入电压转换为控制电路所需要的电压实现供电，但通常成本较高并且效率低下。另一种方法是利用开关电源自身中的电磁元件，利用电磁耦合，通过辅助绕组，产生一个合适的输出给控制电路供电，这一方法相对效率较高、成本较低，但增加了制作工艺的复杂性，供电电压通常受输出电压和负载的影响较大，供电电路品质不高。
自供电技术是一种新型供电技术，它是将周围环境中的各种能量转化成电能，从而驱动低功耗电子设备运作。利用自供电技术，能够有效实现零电能消耗，节约安装和使用成本，保护环境。
应用于小区、工业给水管网的自供电控制系统电路即可充分利用水管网中液体的势能，通过水轮发电机将其转化为电能，进而实现控制电路自供电的目标。
发明内容
针对上述提到的控制电磁阀吸合时的电流大小，以及控制电路的自供电两大问题，本实用新型设计出了一种应用于小区、工业给水管网的自供电控制系统电路。
驱动电路的输出信号经运算放大器处理后输出给比较器作为反馈信号，供电电路中稳压器的输出电压作为给定信号，反馈信号与给定信号方波在变换电路的作用下生成占空比可变的方波信号输送给驱动电路；经驱动电路放大处理后输送给电磁阀实现对水管内液体流量的控制；在所述水管内装有水轮发电机，电磁阀通过对液体流量的控制间接驱动水轮发电机进行工作，水轮发电机将产生的交流电信号经整流电路处理后得到直流电压信号，用作驱动电路供电。直流电压信号进一步输送给稳压电路，经压器稳压输出的电压信号可供给控制系统电路使用。当该系统达到动态平衡后，稳压电路输出即为该控制系统的理想供电电压，从而实现自供电的目标。
本实用新型的有益效果：该系统充分利用水管网内水的势能，将其成功转换为原控制系统中供电电路所需的电能，大大节约了成本，同时提供了工作效率，也顺应了当下对工控设备节能环保的要求。
附图说明
图1 电磁阀传统控制方式示意图；
图2 理想控制电流示意图；
图3 利用PWM方式实现电流控制示意图；
图4 自供电控制系统框图；
图5 自供电控制系统的运算放大电路部分；
图6 自供电控制系统的方波变换电路部分；
图7 自供电控制系统的驱动电路部分；
图8 自供电控制系统的执行模块部分。
具体实施方式
下面结合附图4，对本实用新型的控制系统流程进行详细介绍。
本实用新型设计出了一种超低功耗的电磁阀及水网自发电系统的自供电控制及监测系统电路。主要包括运算放大电路，方波变换电路，驱动电路和执行模块四个部分。将稳压管LM7805输出的直流电压VCC作为比较器的给定信号，将驱动电路的输出经运算放大电路处理后的信号作为比较器的另一路输入（执行模块是通过驱动电路的输出信号来控制电磁阀的开度，故以此作为反馈信号），结合负反馈闭环自动控制系统的原理，上述运算放大电路进行PID运算处理，从而实现自动控制调节的目的，将比较结果经方波变换电路处理后生成占空比可调的方波信号，进而实现了控制后续IGBT驱动电路门级信号的通断。经驱动电路放大处理后输送给执行模块。
执行模块由流量控制电磁阀，水轮发电机，整流电路和稳压电路构成。以PWM方式控制驱动电路的输出，进而实现电磁阀以可供电流的方式来调节开度的大小；当管道内水流经过水轮机时，将水能转换成机械能，水轮机的转轴又带动发电机的转子，将机械能转换成电能输出，后经整流电路和稳压管处理后得到我们期望的直流电，将其用作控制电路的供电电压使用，从而实现系统自供电功能。该实例中分别整定得到15V和5V两个电压信号
下面结合附图5-8，对该自供电控制系统电路图进行介绍。
在某一工作周期内，将图7中经变压器TA1处理后输出的交流电Uo分别输送给图5中电压跟随器U6A同相端和同相比例运算放大器U5B的同相端。其中由电压跟随器U6A和同相比例运放U5B共同构成了一个恒流处理器，即随着Uo的变化，电阻R30两端的电压差不发生改变。另一路信号经同相比例放大器U5B处理后输送给积分运算放大电路UA1（其中包括运算电路UA1A和电压跟随器UA1B）进行PI调节，这部分通过对电路UA1中电感L2，L3的调节来实现PID运算处理所对应的参数整定。该部分实现了将输出信号Uo经运算放大电路处理后生成一个反馈给方波变换电路的反馈信号Ui的任务。
如图6所示，运算放大电路的输出结果Ui作为方波变换电路U3的（包括积分运算电路U3A和比较器U3B）其中一路输入，另一路信号是图8中经LM7805稳压管处理后的电压信号Vcc。经方波变换电路U3处理输出占空比可变的方波信号，经放大电路处理后输出信号OUT1，OUT2给变压器T1。
如图7所示，经变压器T1作用，通过控制其二次侧电流来实现对驱动电路中G1，G2，NG1端口的控制，进而实现对场效应管Q1和Q6 的通断控制。经驱动芯片Q1（或Q6）放大处理后，将输出结果输送给变压器TA1，电磁阀通过获取变压器TA1二次侧电流来实现开闭动作，进而实现阀门开度大小的调节。
如图8所示，电磁阀通过改变管道内水流量的大小间接控制了水轮发电机水轮叶片的转动速度，发电机B1将水轮机的机械能转换为电能，经整流电路处理后得到电压信号KVCC，该电压可用于驱动电路Q1和Q6的供电使用。将产生的电能经滤波处理后输送给LM7815稳压管，以此得到控制电路供电所需的15V电压，再将输出结果输送给LM7805稳压管，得到电压量Vcc，将Vcc输送给方波变换电路U3作为控制系统的给定信号，方波变换电路U3的另一路由反馈信号Ui作为输入，如图6所示。如此往复循环，构成了闭环自动控制电路，当系统达到动态平衡后，由发电机产生并经整流处理后的电压KVCC可用于驱动电路供电，同时经LM7815稳压输出的15V电压也可用于控制电路的供电，而无需外加独立电源，从而成功实现了控制电路的自供电功能。
Claims (1)
1.一种应用于小区、工业给水管网的自供电控制系统电路，其特征在于：驱动电路的输出信号经运算放大器处理后输出给比较器作为反馈信号，供电电路中稳压器的输出电压作为给定信号，反馈信号与给定信号方波在变换电路的作用下生成占空比可变的方波信号输送给驱动电路；经驱动电路放大处理后输送给电磁阀实现对水管内液体流量的控制；在所述水管内装有水轮发电机，电磁阀通过对液体流量的控制间接驱动水轮发电机进行工作，水轮发电机将产生的交流电信号经整流电路处理后得到直流电压信号，用作驱动电路供电；直流电压信号进一步输送给稳压电路，经压器稳压输出的电压信号可供给控制系统电路使用；当该系统达到动态平衡后，稳压电路输出即为该控制系统的理想供电电压。
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| CN201721174984.0U CN207301669U (zh) | 2017-09-14 | 2017-09-14 | 一种应用于小区、工业给水管网的自供电控制系统电路 |
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| CN (1) | CN207301669U (zh) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN107463091A (zh) * | 2017-09-14 | 2017-12-12 | 杭州电子科技大学 | 应用于小区、工业给水管网的自供电控制系统电路 |
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