[實用新型]一種應用于小區、工業給水管網的自供電控制系統電路

有效

• 申請號: 201721174984.0
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN207301669U
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 李俊逸;陳張平;常昊;汪友明;徐剛
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司33272
• 代理人: 王佳健

技術領域

本實用新型屬于自動化控制領域，具體是一種基于超低功耗的電磁閥及水網自發電系統的應用于小區、工業給水管網的自供電控制及監測系統電路。

背景技術

電磁閥是液壓、氣動系統中應用最普通、最典型的控制元件。傳統的電磁閥的控制方法是由繼電器通斷控制電閥的吸合和釋放，其流過電磁閥線圈的電流示意如圖1。在整個吸合過程中以額定電壓加在電磁閥線圈上，此時通過線圈的電流較大且一直持續至電磁閥釋放為止，如果吸合持續較長的時間會使電磁閥的溫度上升較高，常會達到70-80℃。導致電磁閥使用壽命縮短，同時電能也有較大浪費。

電磁鐵保持吸合狀態所需電流遠比吸合啟動過程所需電流小，且吸合啟動只需要一百至幾百毫秒的時間。示意圖如圖2。如果能夠在電磁鐵吸合后將電流降低70-90％，電磁鐵的發熱量將會大幅度降低，同時節省了80%左右的電能。本實用新型采用PWM的方式既實現了控制電流大小的目的，同時降低了控制裝置的制造成本。示意圖如圖3。

此外，傳統的控制電路供電方法中，通常采用獨立的電源給控制電路供電，例如線性電源(LDO)或者小功率的開關電源等。這些獨立的電源通過將輸入電壓轉換為控制電路所需要的電壓實現供電，但通常成本較高并且效率低下。另一種方法是利用開關電源自身中的電磁元件，利用電磁耦合，通過輔助繞組，產生一個合適的輸出給控制電路供電，這一方法相對效率較高、成本較低，但增加了制作工藝的復雜性，供電電壓通常受輸出電壓和負載的影響較大，供電電路品質不高。

自供電技術是一種新型供電技術，它是將周圍環境中的各種能量轉化成電能，從而驅動低功耗電子設備運作。利用自供電技術，能夠有效實現零電能消耗，節約安裝和使用成本，保護環境。

應用于小區、工業給水管網的自供電控制系統電路即可充分利用水管網中液體的勢能，通過水輪發電機將其轉化為電能，進而實現控制電路自供電的目標。

發明內容

針對上述提到的控制電磁閥吸合時的電流大小，以及控制電路的自供電兩大問題，本實用新型設計出了一種應用于小區、工業給水管網的自供電控制系統電路。

驅動電路的輸出信號經運算放大器處理后輸出給比較器作為反饋信號，供電電路中穩壓器的輸出電壓作為給定信號，反饋信號與給定信號方波在變換電路的作用下生成占空比可變的方波信號輸送給驅動電路；經驅動電路放大處理后輸送給電磁閥實現對水管內液體流量的控制；在所述水管內裝有水輪發電機，電磁閥通過對液體流量的控制間接驅動水輪發電機進行工作，水輪發電機將產生的交流電信號經整流電路處理后得到直流電壓信號，用作驅動電路供電。直流電壓信號進一步輸送給穩壓電路，經壓器穩壓輸出的電壓信號可供給控制系統電路使用。當該系統達到動態平衡后，穩壓電路輸出即為該控制系統的理想供電電壓，從而實現自供電的目標。

本實用新型的有益效果：該系統充分利用水管網內水的勢能，將其成功轉換為原控制系統中供電電路所需的電能，大大節約了成本，同時提供了工作效率，也順應了當下對工控設備節能環保的要求。

附圖說明

圖1 電磁閥傳統控制方式示意圖；

圖2 理想控制電流示意圖；

圖3 利用PWM方式實現電流控制示意圖；

圖4 自供電控制系統框圖；

圖5 自供電控制系統的運算放大電路部分；

圖6 自供電控制系統的方波變換電路部分；

圖7 自供電控制系統的驅動電路部分；

圖8 自供電控制系統的執行模塊部分。

具體實施方式

下面結合附圖4，對本實用新型的控制系統流程進行詳細介紹。

本實用新型設計出了一種超低功耗的電磁閥及水網自發電系統的自供電控制及監測系統電路。主要包括運算放大電路，方波變換電路，驅動電路和執行模塊四個部分。將穩壓管LM7805輸出的直流電壓VCC作為比較器的給定信號，將驅動電路的輸出經運算放大電路處理后的信號作為比較器的另一路輸入（執行模塊是通過驅動電路的輸出信號來控制電磁閥的開度，故以此作為反饋信號），結合負反饋閉環自動控制系統的原理，上述運算放大電路進行PID運算處理，從而實現自動控制調節的目的，將比較結果經方波變換電路處理后生成占空比可調的方波信號，進而實現了控制后續IGBT驅動電路門級信號的通斷。經驅動電路放大處理后輸送給執行模塊。