基于GKZC—1型干燥空氣自動(dòng)充氣機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王兔翔 皇淼淼 吳亮

【摘要】干燥空氣自動(dòng)充氣機(jī)是雷達(dá)站、微波站、衛(wèi)星地面站等設(shè)施中不可缺少的配套設(shè)備。它主要用于為波導(dǎo)或同軸電纜饋線充入具有一定壓力的潔凈的干燥空氣，以確保電磁波的傳輸質(zhì)量。本文以GKZC-1型干燥空氣自動(dòng)充氣機(jī)為例，詳細(xì)地介紹了自動(dòng)充氣機(jī)的組成、設(shè)計(jì)原理，該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行安全可靠、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】充氣機(jī);干燥劑;電磁閥

1.引言

GKZC-1型干燥空氣自動(dòng)充氣機(jī)主要用于為波導(dǎo)或同軸電纜饋線充入具有一定壓力的潔凈的干燥空氣，本設(shè)計(jì)采用自動(dòng)加熱排濕的再生系統(tǒng)，使之干燥箱中干燥劑長(zhǎng)期處于干燥狀態(tài)，減少了用戶在使用過(guò)程中需要經(jīng)常更換干燥劑的煩惱[1]。同時(shí)保證壓縮機(jī)每次啟動(dòng)為空載啟動(dòng)，克服了壓縮機(jī)帶載啟動(dòng)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，防止了壓縮機(jī)被燒壞。該充氣機(jī)具有體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行安全可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀大方等優(yōu)點(diǎn)[2]。

2.系統(tǒng)概述

2.1 系統(tǒng)組成

GKZC-1型干燥空氣自動(dòng)充氣機(jī)系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)、干燥箱含再生加熱器、電磁閥、濕度指示器、工作壓力表、報(bào)警壓力表、儲(chǔ)氣箱、控制電路板、變壓器、計(jì)時(shí)器、機(jī)箱等組成。其實(shí)物圖如圖1所示。

圖1 GKZC-1型干燥空氣自動(dòng)充氣機(jī)實(shí)物圖

2.2 系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

該充氣機(jī)設(shè)計(jì)完成之后，其使用條件和主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

3.設(shè)計(jì)原理

3.1 氣路系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

整個(gè)氣路系統(tǒng)分為再生狀態(tài)和干燥充氣狀態(tài)兩部分組成。再生狀態(tài)加熱排出干燥箱內(nèi)濕氣，為充入干燥空氣作好準(zhǔn)備;干燥充氣狀態(tài)是將吸入的空氣經(jīng)干燥箱脫水后的干燥空氣充入波導(dǎo)中。具體工作過(guò)程是：當(dāng)氣壓下降到工作壓力表下限時(shí)，壓縮機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，同時(shí)干燥箱除潮加熱器加熱，向外排出濕氣，約3min后再生過(guò)程結(jié)束;然后進(jìn)行充氣，直到氣壓達(dá)到工作壓力表上限時(shí)整個(gè)過(guò)程結(jié)束。再生狀態(tài)及充氣狀態(tài)氣路流程框圖如圖2、3所示。

圖2 再生狀態(tài)氣路流程框圖

圖3 充氣狀態(tài)氣路流程框圖

3.2 電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

電路設(shè)計(jì)如圖4所示，當(dāng)打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)時(shí)（正常工作），“電源”指示燈亮，系統(tǒng)處于檢測(cè)狀態(tài)。此時(shí)，如果氣壓在工作壓力下限以下時(shí)，下限觸點(diǎn)接通，“工作”指示燈亮;繼電器K1吸合，觸點(diǎn)接通壓縮機(jī)電源，壓縮機(jī)工作;同時(shí)繼電器K3吸合，觸點(diǎn)接通干燥箱內(nèi)除潮加熱器電源，加熱工作，“再生”指示燈亮;這時(shí)系統(tǒng)處于再生狀態(tài)，向外排濕氣。經(jīng)過(guò)3min時(shí)間后，“再生”指示燈滅，繼電器K3釋放，除潮加熱器停止工作，再生過(guò)程結(jié)束，為充入干燥空氣作好了準(zhǔn)備。進(jìn)入充氣階段，繼電器K2吸合，觸點(diǎn)接通電磁閥，向波導(dǎo)充入干燥空氣，當(dāng)氣壓達(dá)到工作壓力表上限時(shí)，充氣結(jié)束。系統(tǒng)又處于檢測(cè)狀態(tài)，等待下次再工作。計(jì)時(shí)器會(huì)將每次充氣時(shí)間累加記錄下來(lái)。

圖4 電路設(shè)計(jì)原理圖

為了保證壓縮機(jī)、電磁閥、除潮加熱器的正常工作，采用交流220V電壓進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)三者之間互鎖。只有在壓縮機(jī)工作的情況下，才允許電磁閥或除潮加熱器工作。電磁閥和除潮加熱器之間也進(jìn)行了互鎖控制。

除此之外，系統(tǒng)還具有聲光報(bào)警功能，其主要包括以下4個(gè)方面：

（1）過(guò)壓報(bào)警，當(dāng)某種原因氣壓達(dá)到報(bào)警壓力表上限時(shí)，報(bào)警電路工作，切斷壓縮機(jī)電源，使壓縮機(jī)停止工作，同時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警。

（2）漏氣報(bào)警，如輸出未接入波導(dǎo)或皮管破裂等情況，將會(huì)造成壓縮機(jī)工作不會(huì)停止。為了保護(hù)壓縮機(jī)，設(shè)計(jì)了漏氣報(bào)警電路。當(dāng)出現(xiàn)漏氣情況，電路會(huì)自動(dòng)切斷壓縮機(jī)電源，使壓縮機(jī)停止工作，同時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警。

（3）保險(xiǎn)絲（1.5A）熔斷，會(huì)發(fā)出聲、光報(bào)警。

（4）電磁閥、繼電器K1或K2等損壞后，會(huì)發(fā)出聲、光報(bào)警。

3.3 低溫工作設(shè)計(jì)原理

充氣機(jī)要求在環(huán)境溫度-40℃～+50℃內(nèi)正常工作。而壓縮機(jī)本身最多在-30℃時(shí)勉強(qiáng)啟動(dòng)，所以設(shè)計(jì)了低溫工作電路。

電源開(kāi)關(guān)正常應(yīng)該置于“正常工作”狀態(tài)，當(dāng)環(huán)境溫度低于-10℃時(shí)，才將電源開(kāi)關(guān)置于“低溫工作”狀態(tài)。當(dāng)電源開(kāi)關(guān)置于“低溫工作”狀態(tài)時(shí)，分以下兩種情況：

（1）當(dāng)環(huán)境溫度低于-10℃時(shí)

當(dāng)充氣機(jī)是第一次加電工作時(shí)，首先PTC加熱器開(kāi)始加熱工作（溫控器中Com燈熄滅），當(dāng)充氣機(jī)內(nèi)溫度加熱到-6℃（溫度高低是溫度控器設(shè)定所決定的）時(shí)再工作一分鐘（溫控器中Com燈閃爍）后，PTC加熱器停止加熱（溫控器中Com燈恒亮），并自動(dòng)打開(kāi)充氣機(jī)電源（目的是保護(hù)壓縮機(jī)，溫度太低不利于壓縮機(jī)啟動(dòng)），面板“電源”指示燈亮。如果此時(shí)氣壓低于工作壓力表的下限時(shí)，壓縮機(jī)啟動(dòng);否則充氣機(jī)處于保氣狀態(tài)。當(dāng)充氣機(jī)內(nèi)溫度下降到-10℃（溫度高低是溫度控器設(shè)定所決定的）時(shí)，PTC加熱器又一次加熱工作。這樣使充氣機(jī)內(nèi)部溫度始終保持在-6℃至-10℃之間。當(dāng)溫控器中Com燈剛恒亮?xí)r，PTC加熱器已經(jīng)停止加熱，此時(shí)溫度還會(huì)繼續(xù)往上升，這是PTC加熱器中散熱器上余熱在起作用。

（2）當(dāng)環(huán)境溫度高于-10℃時(shí)

當(dāng)環(huán)境溫度高于-10℃情況下，將電源開(kāi)關(guān)置于“低溫工作”狀態(tài)時(shí)，不管環(huán)境溫度有多高，PTC加熱器總是要先加熱1分鐘后，才能打開(kāi)充氣機(jī)電源。這是正?，F(xiàn)象，是由溫度控制器所決定的。因此，在環(huán)境溫

度高于-10℃時(shí)，不要把電源開(kāi)關(guān)置于“低溫工作”狀態(tài)，而是應(yīng)該置于“正常工作”狀態(tài)。

3.4 LED燈號(hào)及故障/報(bào)警代碼設(shè)計(jì)原理

（1）LED燈顯示

Com：PTC加熱器停止時(shí)恒亮，PTC加熱器工作時(shí)熄滅，在PTC加熱器工作延遲時(shí)閃爍;

Def：在除霜時(shí)閃爍。充氣機(jī)中無(wú)除霜裝置;

Ala：在故障或報(bào)警時(shí)閃爍;

Set：在設(shè)定模式時(shí)閃爍。

（2）故障代碼：（在發(fā)生下列情形時(shí)，壓縮機(jī)依（Cr）及（Cs）時(shí)間強(qiáng)制運(yùn)轉(zhuǎn)與停機(jī)）

ES：代表庫(kù)內(nèi)感溫器故障（檢查感溫器是否接好或更換感溫器）;

EE：代表參數(shù)記憶體故障（重新送電，依原廠參數(shù)值運(yùn)轉(zhuǎn)）;

（3）報(bào)警代碼：（以下功能需庫(kù)內(nèi)溫度第一次達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)才啟動(dòng)）

tH：代表庫(kù)內(nèi)溫度已經(jīng)超過(guò)溫度上限;

tL：代表庫(kù)內(nèi)溫度已經(jīng)低于溫度下限。

（4）報(bào)警輸出

當(dāng)告警延遲時(shí)間到達(dá)時(shí)，告警輸出ON，使用者可以按任意鍵暫時(shí)關(guān)閉告警輸出，若再次按任意鍵時(shí)，則告警輸出OFF。

3.5 溫度控制器參數(shù)設(shè)定

（1）設(shè)定模式

開(kāi)機(jī)后持續(xù)按住S鍵3秒進(jìn)入設(shè)定模式，顯示“ts”且Set燈閃爍;

在此設(shè)定模式下可按▲鍵或▼鍵，切換參數(shù)代碼依次為“ts、td、HS、LS、Ad、AC、ot、dF、dt、cr、cs、ou”;

選擇參數(shù)代碼后，按S鍵顯示參數(shù)值;

再按▲鍵或▼鍵，調(diào)整參數(shù)到適當(dāng)?shù)闹抵螅柙侔聪耂鍵儲(chǔ)存參數(shù)值，并且回到參數(shù)代碼顯示;

選擇“OU”參數(shù)后，再按S鍵儲(chǔ)存參數(shù)值之后離開(kāi)，并且回到正常模式運(yùn)轉(zhuǎn)。

在設(shè)定模式下如果10秒內(nèi)無(wú)任何一鍵按下，即中止設(shè)定模式，儲(chǔ)存參數(shù)值，回到正常運(yùn)轉(zhuǎn)模式顯示目前溫度。

（2）鎖定參數(shù)

同時(shí)按S+▼兩鍵3秒后，顯示“LC”3秒表示參數(shù)已經(jīng)鎖定，但快速設(shè)定模式不受此條件限制;

欲解除鎖定同時(shí)按S+▼兩鍵，顯示“UL”3秒表示已經(jīng)解除鎖定。

（3）恢復(fù)原溫控器廠設(shè)定值

送電前按住S+L兩鍵后再送電即可以恢復(fù)原溫控器廠設(shè)定值（顯示“rs”），等待2秒后自動(dòng)重新開(kāi)機(jī)。

4.結(jié)束語(yǔ)

GKZC-1型干燥空氣自動(dòng)充氣機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工程設(shè)計(jì)，需要從多方面綜合考慮，其中不僅包括正常工作時(shí)的原理設(shè)計(jì)，還有誤操作、器件損壞等帶來(lái)的故障如何避免和處理[3]。目前此系統(tǒng)已經(jīng)批量生產(chǎn)，其成功設(shè)計(jì)能夠保證雷達(dá)站、微波站、衛(wèi)星地面站等設(shè)施的可靠運(yùn)行，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]周偉.基于Small RTOS51的充氣機(jī)控制部件[J].計(jì)算機(jī)工程應(yīng)用技術(shù)，2011，7（18）：4481-4483.

[2]楊龍，等.充氣機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾措施[J].電測(cè)與儀表， 1998，35（395）：42-44.

[3]王雷，等.通信電纜自動(dòng)充氣機(jī)遙測(cè)遙控系統(tǒng)[J].測(cè)控技術(shù)，1999，18（4）：45-46.

作者簡(jiǎn)介：

王兔翔（1955—），男，工程師，現(xiàn)供職于安徽博微長(zhǎng)安電子有限公司，主要從事雷達(dá)機(jī)電伺服系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)工作。

皇淼淼（1988—），女，碩士，工程師，現(xiàn)供職于安徽博微長(zhǎng)安電子有限公司，主要從事雷達(dá)機(jī)電伺服系統(tǒng)電訊設(shè)計(jì)工作。

吳亮（1989—），男，安徽工業(yè)大學(xué)在校研究生，安徽博微長(zhǎng)安電子有限公司實(shí)習(xí)生，主要從事雷達(dá)機(jī)電伺服系統(tǒng)電訊設(shè)計(jì)工作及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。