[发明专利]应用于小区、工业给水管网的自供电控制系统电路

说明书

技术领域

本发明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。本发明采用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，本发明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。

本发明的有益效果：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，对本发明的控制系统流程进行详细介绍。