杭州天创TCHS-RO/40L纯水机控制电路工作原理及改进

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杭州天创TCHS-RO/40L纯水机控制电路工作原理及改进

           湖南常宁水口山有色金属公司职工医院  王学文

      天创TCHS-RO纯水机市场拥有量比较大，我们的一台全自动生化分析仪配套的纯水机就是其中的一款TCHS-RO/40L超纯水机。该机控制电路大量使用220V市电直接控制，存在一定的安全隐患，有待改进；另外，使用3只电磁继电器控制相关电路也不利于成本控制，可以简化电路以降低成本。现根据实物描绘其电路原理图并简述之：

   图1为天创TCHS-RO/40L超纯水机控制电路原理图，为了述说方便，分别就自动和手动状态工作原理分而述之：
   图1-a为手动状态控制电路工作原理图，在图1-a中，合上SK1，按下总电源开关SK2，其常开触点1、2接通，U0经SK1到1号节点，V0到V1节点，电源指示灯ZD1得电发光指示；此时，因为自动/手动开关SK3未按下，其常开触点2、3未能接通，其常闭触点2、4保持接通状态，由于节点3处于电气断开状态，而继电器KP2、KP3皆受控于节点3，故，继电器KP2、KP3皆不能工作，此时继电器KP3的常闭触点KP3-2保持接通状态，电阻表、继电器KP1得电工作，继电器KP1工作将其常开触点闭合短路2、4节点（继电器KP1此时工作是多余的）。电阻表得电工作显示出水电阻值；此时，如果高压检测开关检测高压在允许范围，则K1常闭触点处于闭合状态，高压泵电源接通使高压泵得电工作对反渗膜加压供水。完成制水工作。电路有一只220V市电控制的进水电磁阀本电路未画出，该电磁阀亦容易损坏。

    图1-b为自动状态工作原理图，在图1-b中，在按下总电源开关后，再按下自动开关SK3，其常开触点闭合将节点2、3接通，状态指示灯ZD2得电发光指示电路处于自动控制状态，常闭触点断开节点2、4；因节点2、3接通KP2，KP3都处于可控状态，K1为高压检测开关，静态为常闭状态；K2为低水位检测开关，静态常闭状态；K3为高水位检测开关，静态为常开状态；KP1-1为继电器KP1的常开触点；KP2-1为继电器KP2的常开触点；KP3-2为继电器KP3的常闭触点。当水位低于低水位时，低水位检测开关K2闭合继电器KP2得电工作，其常开触点KP2-1闭合将节点2、4短路；另外，因为高水位检测开关此时为静态，其常闭触点处于闭合状态，此时因为节点2、4已经接通使继电器KP1得电工作，其常开触点KP1-1闭合将2、4节点短路；随着制水的进行，水箱水位不断升高，当水位升到低水位检测开关时，触动低水位检测开关，使其由静态常闭转为断开状态，此时，K2断开，继电器KP2失电，其常开触点KP2-1断开，由于此时继电器KP1仍然处于得电工作状态，2、4节点仍然处于短路状态，制水仍然得以进行，随着制水的继续，水位不断上升，当水位达到高水位检测位置时，触动高水位检测开关，使高水位检测开关K3由静态常开转化为闭合状态，此时，继电器KP3得电工作，其常闭触点KP3-2由闭合变为断开状态，此时，由于KP3-2断开，节点5与节点4断开，电阻表电源断开不再显示出水电阻，泵电源断开停止制水；继电器KP1失电停止工作，释放其常开触点，由于此前继电器KP2失电停止工作，其常开触点KP2-1亦断开，故，节点2、4失去电气联接。完成自动控制。随着设备用水的进行，水箱水位开始下降，当水位低于高水位时，高水位开关复位使K3断开，继电器KP3失电停止工作，其常闭触点KP3-2闭合将节点5与节点4接通，此时，因水位仍然高于低水位，故K2处于断开状态，继电器KP2不工作，节点2、4未能接通，电阻表，泵电源，继电器KP1皆不能得到所需电源而不能工作。当用水不断进行使水箱水位不断下降到低于低水位时，K2闭合将继电器KP2的电源接通使KP2工作将节点2、4接通完成另一轮制水进程。
    从电路原理图中我们不难看出高压检测开关，水位检测开关皆工作在市电环境中，而纯水机是工作在高湿度环境中，这样容易造成漏电从而存在触电的安全隐患。泵电源使用两只220V/48V电源变压器为两只高压泵提供工作电源，电源变压器亦工作在高湿度环境中容易造成线圈受潮漏电甚至烧毁电源变压器的可能。电磁阀亦使用220V市电直接控制的交流电磁阀，在高湿度环境中容易烧毁。电路使用了3只220V工作电压的交流继电器成本和安全都不理想。鉴于此，本人对其控制电路进行改造。电路使用了一只低成本常用的时基电路NE555和24V直流电磁阀（直流电阻为152Ω），另外，由于原48V电压的高压泵漏水，购置费用比较贵而改用24V泵，泵电源也改用24V10A的开关电源与24V直流电磁阀共用。现简述改进后的电路工作原理：

    改进后的控制电路原理图见图1-a，在图1-a中，以时基电路NE555为核心，K2为低水位检测开关；K3为高水位检测开关;K1为高压检测开关。其状态与图2电路相同。KP0为双常开触点直流继电器。当水位低于低水位时，低水位检测开关K2闭合将R3并入电路与R2并联后与R1、R8串联后分压的结果使时基电路2脚电位低于1/3VCC，时基电路3脚输出高电平经R4一路为发光二极管提供工作电源发光指示电路工作状态；一路经R5为三极管VT1提供基极电流使VT1导通驱动继电器KP0工作，其常开触点闭合接通市电为开关电源供电。   开关电源得电工作产生24V或者48V直流电压分别为两只高压泵提供工作电源使高压泵得电工作进行泵水工作，另外进水电磁阀得电开启，将自来水接入水路。
   由于电磁阀长时间工作容易发热从而容易损坏，根据电磁阀的工作特点（启动时需要比较高的电压而一旦成功吸合只需要比较小的维持电压，通常只要大于1/3额定工作电压就可以可靠维持吸合状态。）    本电路设计由R9、C3来解决电磁阀的启动吸合与维持吸合的工作电压分配问题，上电时，由于C3端电压不能突变相当于短路状态，电磁阀得到全压24V或者48V的工作电压而可靠吸合，随着C3充电的进行，其端电压不断上升，直到充满电荷而相当于开路状态，此时，C3不再提供电流通路，电磁阀由R9通路提供工作电流，由于R9与电磁阀的线圈直流电阻相当，故电磁阀线圈得到的仅仅相当于其额定工作电压的1/2电压，此时其线圈发热大为减少。可以长时间工作不发热。从而大大延长了电磁阀的使用寿命。
   电阻R9的阻值和功率可以根据电磁阀工作电流与额定工作电压决定，一般取电磁阀线圈直流电阻相近阻值的电阻，功率1W到2W即可。如果开关电源输出电压高于电磁阀额定工作电压，可以在回路中串联电阻或者二次降压来解决。
   制水机开始制水，随着制水的进行，水箱水位开始升高，当水位高于低水位时，低水位检测开关K2断开，使并联的电阻R3断开，此时仅仅由R2接入电路与串联的R1、R8串联进行分压，此时2脚电位因R1、R8的存在而仍然小于1/3VCC，而6脚的电位则小于2/3VCC，电路维持输出状态不变。
    随着制水的继续，水位不断上升，当水位达到高水位时，高水位检测开关动作，K3闭合将R1短路，此时，6脚电位为VCC而大于2/3VCC,2脚电位大于1/3VCC,时基电路3脚输出状态跳变为低电平状态，VT1失去基极电流而截至，继电器失电停止工作，切断开关电源输入电源，高压泵失去工作电源而停止泵水，电磁阀失电关断进水。
    随着用水的进行，水箱水位开始降低，当水位低于高水位时，高水位检测开关K3断开，此时，6脚电位低于2/3VCC，2脚电位高于1/3VCC，时基电路输出端3脚维持低电平输出不变，当用水不断进行，水箱水位不断下降到低于低水位时，低水位检测开关K2闭合将R3再次接入电路使2脚电位低于1/3VCC而使时基电路输出端3脚跳变为高电平，开始新一轮制水进程。
    循环以完成自动控制制水进程。SB为手动制水开关，按一下SB后R6接入电路，使时基电路2脚得到一个小于1/3VCC的低电平输入，时基电路的输出端立即输出高电平，其作用相当于自动控制状态的K2的闭合；松开SB后，由于时基电路的2脚电位如日本小于1/2VCC，而其6脚电位仍然小于2/3VCC，故电路维持原输出状态（高电平）不变，其他与自动控制状态原理相似，直到水位高于高水位检测位置使K3闭合使6脚电位高于2/3VCC才停止制水。
    原电路手动制水状态完全不受控制，可能导致水位过高而溢出，改进后电路手动控制制水只是在水位高于低水位而低于高水位时应急补充制水，而一旦水位达到高水位时自动停止制水，没有因失控而导致溢出现象！
    改进后的控制电路水位检测开关与高压检测开关以及进水电磁阀都工作中安全电压范围内从而消除了安全隐患。