基于GKZC—1型干燥空气自动充气机系统的设计

王兔翔 皇淼淼 吴亮

【摘要】干燥空气自动充气机是雷达站、微波站、卫星地面站等设施中不可缺少的配套设备。它主要用于为波导或同轴电缆馈线充入具有一定压力的洁净的干燥空气，以确保电磁波的传输质量。本文以GKZC-1型干燥空气自动充气机为例，详细地介绍了自动充气机的组成、设计原理，该系统具有操作简单、运行安全可靠、维修方便等优点。

【关键词】充气机;干燥剂;电磁阀

1.引言

GKZC-1型干燥空气自动充气机主要用于为波导或同轴电缆馈线充入具有一定压力的洁净的干燥空气，本设计采用自动加热排湿的再生系统，使之干燥箱中干燥剂长期处于干燥状态，减少了用户在使用过程中需要经常更换干燥剂的烦恼[1]。同时保证压缩机每次启动为空载启动，克服了压缩机带载启动产生堵转现象，防止了压缩机被烧坏。該充气机具有体积小、重量轻、操作简单、运行安全可靠、结构紧凑、外形美观大方等优点[2]。

2.系统概述

2.1 系统组成

GKZC-1型干燥空气自动充气机系统由空气压缩机、干燥箱含再生加热器、电磁阀、湿度指示器、工作压力表、报警压力表、储气箱、控制电路板、变压器、计时器、机箱等组成。其实物图如图1所示。

图1 GKZC-1型干燥空气自动充气机实物图

2.2 系统主要技术参数

该充气机设计完成之后，其使用条件和主要技术参数如表1所示。

3.设计原理

3.1 气路系统设计原理

整个气路系统分为再生状态和干燥充气状态两部分组成。再生状态加热排出干燥箱内湿气，为充入干燥空气作好准备;干燥充气状态是将吸入的空气经干燥箱脱水后的干燥空气充入波导中。具体工作过程是：当气压下降到工作压力表下限时，压缩机自动启动，同时干燥箱除潮加热器加热，向外排出湿气，约3min后再生过程结束;然后进行充气，直到气压达到工作压力表上限时整个过程结束。再生状态及充气状态气路流程框图如图2、3所示。

图2 再生状态气路流程框图

图3 充气状态气路流程框图

3.2 电路系统设计原理

电路设计如图4所示，当打开电源开关时（正常工作），“电源”指示灯亮，系统处于检测状态。此时，如果气压在工作压力下限以下时，下限触点接通，“工作”指示灯亮;继电器K1吸合，触点接通压缩机电源，压缩机工作;同时继电器K3吸合，触点接通干燥箱内除潮加热器电源，加热工作，“再生”指示灯亮;这时系统处于再生状态，向外排湿气。经过3min时间后，“再生”指示灯灭，继电器K3释放，除潮加热器停止工作，再生过程结束，为充入干燥空气作好了准备。进入充气阶段，继电器K2吸合，触点接通电磁阀，向波导充入干燥空气，当气压达到工作压力表上限时，充气结束。系统又处于检测状态，等待下次再工作。计时器会将每次充气时间累加记录下来。

图4 电路设计原理图

为了保证压缩机、电磁阀、除潮加热器的正常工作，采用交流220V电压进行控制实现三者之间互锁。只有在压缩机工作的情况下，才允许电磁阀或除潮加热器工作。电磁阀和除潮加热器之间也进行了互锁控制。

除此之外，系统还具有声光报警功能，其主要包括以下4个方面：

（1）过压报警，当某种原因气压达到报警压力表上限时，报警电路工作，切断压缩机电源，使压缩机停止工作，同时发出声、光报警。

（2）漏气报警，如输出未接入波导或皮管破裂等情况，将会造成压缩机工作不会停止。为了保护压缩机，设计了漏气报警电路。当出现漏气情况，电路会自动切断压缩机电源，使压缩机停止工作，同时发出声、光报警。

（3）保险丝（1.5A）熔断，会发出声、光报警。

（4）电磁阀、继电器K1或K2等损坏后，会发出声、光报警。

3.3 低温工作设计原理

充气机要求在环境温度-40℃～+50℃内正常工作。而压缩机本身最多在-30℃时勉强启动，所以设计了低温工作电路。

电源开关正常应该置于“正常工作”状态，当环境温度低于-10℃时，才将电源开关置于“低温工作”状态。当电源开关置于“低温工作”状态时，分以下两种情况：

（1）当环境温度低于-10℃时

当充气机是第一次加电工作时，首先PTC加热器开始加热工作（温控器中Com灯熄灭），当充气机内温度加热到-6℃（温度高低是温度控器设定所决定的）时再工作一分钟（温控器中Com灯闪烁）后，PTC加热器停止加热（温控器中Com灯恒亮），并自动打开充气机电源（目的是保护压缩机，温度太低不利于压缩机启动），面板“电源”指示灯亮。如果此时气压低于工作压力表的下限时，压缩机启动;否则充气机处于保气状态。当充气机内温度下降到-10℃（温度高低是温度控器设定所决定的）时，PTC加热器又一次加热工作。这样使充气机内部温度始终保持在-6℃至-10℃之间。当温控器中Com灯刚恒亮时，PTC加热器已经停止加热，此时温度还会继续往上升，这是PTC加热器中散热器上余热在起作用。

（2）当环境温度高于-10℃时

当环境温度高于-10℃情况下，将电源开关置于“低温工作”状态时，不管环境温度有多高，PTC加热器总是要先加热1分钟后，才能打开充气机电源。这是正常现象，是由温度控制器所决定的。因此，在环境温

度高于-10℃时，不要把电源开关置于“低温工作”状态，而是应该置于“正常工作”状态。

3.4 LED灯号及故障/报警代码设计原理

（1）LED灯显示

Com：PTC加热器停止时恒亮，PTC加热器工作时熄灭，在PTC加热器工作延迟时闪烁;

Def：在除霜时闪烁。充气机中无除霜装置;

Ala：在故障或报警时闪烁;

Set：在设定模式时闪烁。

（2）故障代码：（在发生下列情形时，压缩机依（Cr）及（Cs）时间强制运转与停机）

ES：代表库内感温器故障（检查感温器是否接好或更换感温器）;

EE：代表参数记忆体故障（重新送电，依原厂参数值运转）;

（3）报警代码：（以下功能需库内温度第一次达到设定温度时才启动）

tH：代表库内温度已经超过温度上限;

tL：代表库内温度已经低于温度下限。

（4）报警输出

当告警延迟时间到达时，告警输出ON，使用者可以按任意键暂时关闭告警输出，若再次按任意键时，则告警输出OFF。

3.5 温度控制器参数设定

（1）设定模式

开机后持续按住S键3秒进入设定模式，显示“ts”且Set灯闪烁;

在此设定模式下可按▲键或▼键，切换参数代码依次为“ts、td、HS、LS、Ad、AC、ot、dF、dt、cr、cs、ou”;

选择参数代码后，按S键显示参数值;

再按▲键或▼键，调整参数到适当的值之后，需再按下S键储存参数值，并且回到参数代码显示;

选择“OU”参数后，再按S键储存参数值之后离开，并且回到正常模式运转。

在设定模式下如果10秒内无任何一键按下，即中止设定模式，储存参数值，回到正常运转模式显示目前温度。

（2）锁定参数

同时按S+▼两键3秒后，显示“LC”3秒表示参数已经锁定，但快速设定模式不受此条件限制;

欲解除锁定同时按S+▼两键，显示“UL”3秒表示已经解除锁定。

（3）恢复原温控器厂设定值

送电前按住S+L两键后再送电即可以恢复原温控器厂设定值（显示“rs”），等待2秒后自动重新开机。

4.结束语

GKZC-1型干燥空气自动充气机系统设计是一项系统性的工程设计，需要从多方面综合考虑，其中不仅包括正常工作时的原理设计，还有误操作、器件损坏等带来的故障如何避免和处理[3]。目前此系统已经批量生产，其成功设计能够保证雷达站、微波站、卫星地面站等设施的可靠运行，大大提高了系统的稳定性。

参考文献

[1]周伟.基于Small RTOS51的充气机控制部件[J].计算机工程应用技术，2011，7（18）：4481-4483.

[2]杨龙，等.充气机控制系统抗干扰措施[J].電测与仪表， 1998，35（395）：42-44.

[3]王雷，等.通信电缆自动充气机遥测遥控系统[J].测控技术，1999，18（4）：45-46.

作者简介：

王兔翔（1955—），男，工程师，现供职于安徽博微长安电子有限公司，主要从事雷达机电伺服系统总体设计工作。

皇淼淼（1988—），女，硕士，工程师，现供职于安徽博微长安电子有限公司，主要从事雷达机电伺服系统电讯设计工作。

吴亮（1989—），男，安徽工业大学在校研究生，安徽博微长安电子有限公司实习生，主要从事雷达机电伺服系统电讯设计工作及液压系统设计。