電纜溝集水井水位自動控制裝置的設計

祁茂濤 王立偉

摘 要：本文針對電纜溝積水問題設計了一種低成本，高精度，結構簡單，安全可靠的水位自動控制裝置，其控制核心部分為LM358和555定時器。其電源部分采用了簡單可靠的單向全波整流，并用L7809穩壓。

關鍵詞：低成本；水位控制

很多工廠地面電纜溝分布范圍廣，因地勢較低，地面施工工程較多，管網遭破壞現象時有發生。一旦發生漏水，勢必流向地勢較低的電纜溝內，造成電纜溝積水。如遇雨天，積水則更加嚴重。電纜溝內多為高壓電纜，，泡在水中，非常危險，如果電纜絕緣遭到破壞，后果不堪設想。積水嚴重時更有可能倒灌入變電所內，造成更大的事故。所以，在電纜溝地勢較低的位置，都設計建造了集水井，便于安裝水泵排水。如果這些水泵都用人工來控制，將會耗費大量的人力和精力，很不現實，如果使用水位控制器來實現自動控制，可以實現無人監視，達到節約成本的效果。

水位控制器有浮球式、電極式等很多種，使用效果也有很大區別。

傳統的浮球式水位控制器控制電壓為220V，不安全，并且浮球容易被水中雜物卡住，燒壞水泵，其控制精度也較低。而低電壓控制的成品水位控制器又價格不菲。為此，我們經過自行設計、試驗，制造了一個結構簡單，價格便宜的電極式水泵自動排水控制器。

此控制器采用探針式采集水位信息，探針電壓低于5V，非常安全。控制器結構緊湊，體積很小，可安裝于多處水泵的控制。電路板可用試驗板自行設計、焊制。

1 控制器基本工作原理

如圖1所示，從N接地、A上限、B下限分別引出一個探針（可用帶絕緣的銅線末端拴個螺母代替），N放入水池底部，B固定于水中需要停泵的水位處，A固定于水中需要開泵的水位處。從控制器內的繼電器KA引出一組無源常開點與控制水泵的交流接觸器的線圈串聯。水位控制器通過控制交流接觸器控制水泵的開停。當水位到達A時，A與N以水為導體接通，通過LM358（雙集成運放）和555定時器的控制，繼電器KA吸合，交流接觸器吸合，水泵得電運行。當水位低于A而高于B時，KA保持，水泵狀態不變，仍保持吸水。當水位低于B時，KA失電，水泵停止運行。

2 電路板具體設計

2.1 電源部分的設計 輸入的AC220V通過變壓器變為U1=AC12V，U1通過單向全波整流并濾波后得

U2（如圖2）=1.2x12=14.4V

U2為直流，在本設計中僅用于驅動DC12V繼電器。

U2高于11V，則通過三端穩壓器L7809CV，輸出穩定的DC9V，記為U3，U3為電路板大部分元器件的工作電壓。

2.2 執行部分工作原理 水位達到上限時，A與N接通，LM358的5管腳電壓低于6管腳，則LM358中的集成運算放大器通過管腳7輸出低電平，555芯片的TR管腳接收到低電平后，555低觸發有效。與此同時，因B探針在水中，B與N一直接通，LM358的3管腳電壓低于2管腳，LM358中的另一集成運放輸出低電平，555的TH管腳接收到低電平，因為這個管腳是高觸發管腳，所以在低電平的作用下，觸發無效。此時，555的管腳3輸出高電平，使三極管T1導通，繼電器KM的線圈通過T1的集電極與發射極與大地形成回路，KM吸合，通過交流接觸器控制水泵吸水。與此同時，555的管腳3輸出的高電平使發光二極管D6導通，顯示水泵正在運行。

水泵吸水使水位下降，當水位低于A而高于B時，A與N斷開，A回到高電平，LM358的管腳5的電平高于管腳6，LM324的集成運放輸出高電平，555的TR管腳接受到高電平時，觸發無效，而B與N仍接通，555的TH管腳的觸發也無效，因此555保持原狀態不變，水泵保持運行狀態不變。

當水位下降到低于B時，LM358的管腳3置高電平，高于管腳2，LM358的管腳1輸出高電平，555的TH管腳接收到高電平時，555觸發有效。此時A與N仍斷開，TR為高電平，因此低觸發無效。在TH 觸發下，555管腳3輸出輸出低電平，三極管T1截止，KA線圈不能構成回路，KA釋放，常開點打開，交流接觸器斷開，水泵失電停止。與此同時，發光二極管D6熄滅，D7導通發光，顯示水泵在停止狀態。只有水位再次超過A時水泵才重新啟動。

3 總結

本設計的控制器結構簡單，安全可靠，其所用電子元件在市場均可買到，成本很低，便于大規模應用。

參考文獻：

[1]王鴻明編.電工技術與電子技術[M].北京：清華大學出版社，2000.