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【关键词】电气控制;水位检测;加熱控制
国内外饮水机的电气控制系统按照机组的规模及功能要求，其控制方式主要有继电接触器和单片机控制两种方式，其中在小型饮水机上立足于功能多样化，主要采用上单片机控制方式，大型饮水机主要考虑到工作的稳定型，通常还是采用较为成熟的继电接触器控制方式，本文从实用性角度，具体介绍了回热型饮水站对电气控制系统的要求以及电气控制系统的设计过程。
一、回热型饮水站对电气控制系统的控制要求
（一）回热型饮水站的漏电保护措施
在人员集中的公共场所，回热型饮水站是提供温开饮用水的大型机组，机组中设置与自来水管路联通的供水箱、产生饮用水的温开水加热水箱和储存温开饮用水的饮用水箱;饮用水的加热方式主要是在温开水加热水箱中采用三根220V/2KW的U形不锈钢电加热管进行加热，为了提高效能，温开水加热水箱的容积设计较小，仅为4升左右，通常可在系统启动的6分钟以内，就能够生产出100度的沸开水。在冬季的环境气温较低，为了防止温开饮用水冷却太快，除添加保温措施外，在温开饮用水箱中还安装有一根220V/1KW的U形不锈钢电加热管进行保温加热（40度），加热水箱和饮用水储水箱均采用优质不锈钢簿板加工制造，由于产水量较大，在运行过程中一方面要满足众多人员的饮用水的卫生要求和用量要求，更重要的，就是确保机组运行过程中的安全可靠性要求，为此在控制系统中选择了漏电保护断路器，进行回热型饮水站电气系统的漏电保护。
（二）启动/停止方式及要求
在电源漏电保护断路器闭合后，回热型饮水站要求每次开、关机工作时，均采用钥匙开关K1、K2进行启动、停止控制，即：用钥匙开关接通和断开（启动/停止）继电器控制回路，由继电器控制交流接触器KM1、KM2、KM3的工作，来完成三组电加热管的电源的通断。
（三）进水控制
自来水通过电磁阀DF1接入自来水源水箱，源水箱内部设有浮球阀控制液面高度，同时设有液位检测开关SW1、SW2，液位低时SW2控制电磁阀DF1工作进水，当浮球阀出现故障造成液位过高时，SW2控制电磁阀DF1关闭;在由源水箱向温开水加热水箱的供水管路之间，安装有电磁阀DF2，在电源开关（K1）接通时，电磁阀DF2工作源水箱向加热水箱供水，直至两水箱中的水位液面高度相同，如果加热水箱液位过高，则由液位检测开关SW2控制关闭电磁阀DF1。
（四）饮水站工作运行过程中的缺水防干烧保护措施
为了防止饮水站在运行工作中由于自来水停水或者浮球阀、电磁阀等损坏，造成缺水，导致加热管干烧烧坏，通过设置液位检测开关SW1、SW3，检测最低工作液位，确保机组安全工作。
（五）饮水站的水位及产水量控制
温开饮用水箱设高、低饮用水位检测控制，当产水量达到高饮用水位时，温开水加热水箱中电加热管自动断电停止加热，当饮用水箱经过饮用水位到达最低储水位置时，温开水加热水箱中电加热管又自动通电加热生产饮用水，循环工作。
二、回热型饮水站的电气控制
（一）控制方式的确立
回热型饮水站由于属于大型工业机组、在运行工作中主要追求的是安全性和可靠性，其次就是节能，因而在选择电气控制方式时，考虑到回热型饮水站的电加热器总负荷功率较大，而继电器、接触器等器件适用于高电压、大电流，且工作寿命长，因此选择采用了成熟、可靠的继电接触器控制方式。
（二）回热型饮水站电气控制系统的工作电源
回热型饮水站用电负荷为主加热器（2R）三根/2KW电热管，辅助加热器（1R）（3R）为1KW电加热管，为了避免采用单相220V供电时，电流过大，造成电网电压不平衡，因此，在饮水站中电气控制系统中采用三相四线制380/220V电源供电，并且将功率较大的用电负载电加热管均分到三相电源上，从而确保了用电负荷的平衡。
（三）回热型饮水站电气控制系统原理分析与电路设计
饮水站电气控制系统有加热器供电的主回路和控制回路以及水位检测控制及保护回路。
1.加热器供电的主回路
有交流接触器KM1、KM2、KM3，分别控制温开水加热器1R、开水加热器2R、保温加热器3R。
2.加热器控制回路
有变压器TC输出36V交流电源，向交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4的线圈供电。
3.水位检测、加热控制及保护回路
（1）水位检测及保护
由变压器TC输出12V交流电源，经过桥式整流后向水位检测、控制及保护回路供电提供DC电源，水位检测开关SW1-SW6控制直流继电器J1-J9，其中SW1控制直流继电器J1进行缺水保护，SW2控制直流继电器J2进行超高水位保护。
（2）开水箱电加热器2R的控制
在电源开关K1闭合后，直流继电器J3控制电磁阀DF2向开水箱供水，当开水箱水位上升到低水位，水位检测开关SW3接通，直流继电器J4闭合，水温控制开关闭合接通直流继电器J6，接触器KM1线圈得电，开水箱电加热器2R工作，水位上升到高水位，水位检测开关SW4接通，直流继电器J5闭合，电磁阀DF2关闭向开水箱供水，水开后温控开关断开直流继电器J6，接触器KM1线圈失电，开水箱电加热器2R停止加热。
（3）温开水箱电加热器1R控制
在电源开关K2闭合后，直流继电器J7得电，接触器KM2线圈得电，温开水箱电加热器1R工作，开始加热生产开水，开水溢流后经过管道流向饮用水箱，并且和自来水管道逆向热交换降至40度左右温开水，进入饮用水箱，饮用水箱水位会逐渐上升到低水位，低水位检测开关SW5接通，直流继电器J8闭合，温控开关TC2控制接触器KM3线圈得电，饮用水箱电加热器3R进行保温加热，按照季节和环境外温度的要求，通常将温控开关TC2设定在40度，当饮用水温度达到设定的温度，温控开关TC2断开，接触器 KM3线圈失电，饮用水箱电加热器3R停止保温加热;当饮用水箱水位上升到高水位，水位检测开关SW6接通，直流继电器J9闭合并自锁，控制接触器 KM2线圈失电，温开水箱电加热器1R停止工作;当饮用水经过饮用水位降到低水位时，水位检测开关SW5断开，直流继电器J8断电，接触器 KM2线圈又得电，温开水箱电加热器1R重新工作生产开水，开水溢流经过管道流向饮用水箱，依次循环工作。 4.电气系统控制工作原理（逻辑表达式）
（1）温开水加热器1R，KM2=J1*J7*
J1=*SW1
J7=* SW2
J9=*K2*J8*（SW6+J9）
（2）开水加热器2R，KM1=J4*J6
J4=*K1*SW3
J6=*K1*J4*
（3）保温加热器3R，KM3=*J8
J8=*K2*SW5
（4）电磁阀控制及水位控制
DF1=*
DF2=
DF3= KM4
J2=* SW2
J3=* K1
J4=* K1*J4*SW4
表1
序号 元件名称 符号 型号 数量
1 漏电断路器 DLZ DZ47LE-25A 1
2 控制变压器 TC BK-50/220V/36、12V 1
3 交流接触器 KM1 CJX4-093/36V In=16A 1
4 交流接触器 KM2-KM4 CJX4-093/36V In=16A 3
5 电加热器 1R 2KW/220V 3
6 电加热器 2R 1KW/220V 2
7 电加热器 3R 1KW/220V 1
8 自来水进水电磁阀 DF1 FCD.3-178 1
9 开水箱进水电磁阀 DF2 FCD.3-178 1
10 排空电磁阀 DF3 FCD.3-178 1
11 开水温控
开关 TC1 100度—220V/5A 1
12 温开水保温控制开关 TC2 100度—220V/5A 1
13 整流全桥 KBU-5A/100V 1
14 水位检测
开关 SW1、SW2、SW5、SW6 LSAZ-85 4
15 水位检测
开关 SW3、SW4 LSAZ-100
（不锈钢） 2
16 直流继电器 J1—J9 JQX-14FF1
12V/5A 9
17 信号指示灯 红 12V 3
18 信号指示灯 黄 12V 2
19 信号指示灯 绿 12V 5
三、回热型饮水站电气控制系统的电器元件选择
（一）计算负荷的确定及交流接触器的选择
1.温开水加热器1R，2KW×3，负载特性纯电阻，连接方式——星型，额定工作电压Un=220V， 接触器KM2控制启动和停止，接触器的额定电流：
IKMN≥IN=PMN/（K*UMN）;
式中：
IKMN――接触器的额定电流;
IN――接触器KM2主触头的电流;
PMN――温开水加热器的额定功率;
K――经验系数，一般为1～1.4。
由于温开水加热器为纯电阻特性，K取中间值K=1.0
则有：
IKMN≥IN=PMN/（K*UMN）=2*103/（ K*UMN）=2000/（1.0*220）≈9.1 A
因此，选择接触器KM2主触头的额定电流IN≥9.1A即可，实际选用时，交流接触器额定电流值按CJX系列交流接触器最小额定电流16A进行选取，满足条件。
2.开水加热器2R，1KW×2，负载特性纯电阻，额定工作电压Un=220V，接在V相、W相和电源中性线之间，接触器KM1控制启动和停止，接触器的额定电流：
IKMN ≥ IN=PMN/（ K*UMN）;
K取中间值K=1.0
IKMN≥IN=PMN/（K*UMN）=1*103/（K*UMN）=1000/（1.0*220）≈4.54 A
因此，接触器KM1主触头的额定电流IN≥4.54 A即可，实际选用时，交流接触器额定电流值按CJX系列交流接触器最小额定电流16A进行选取，满足条件。
3.保温加热器3R，1KW，负载特性纯电阻，额定工作电压Un=220V， 额定工作电流In≤4.5A，接在U相和电源中性线之间;接触器KM3控制启动和停止，接触器的额定电流：
IKMN≥IN=PMN/（ K*UMN）;
K取中间值K=1.0。
IKMN≥IN=PMN/（K*UMN）=1*103/（K*UMN）=1000/（1.0*220）≈4.54A
因此，交流接触器KM3主触头的额定电流IN≥4.54A即可，实际选用时，交流接触器额定电流值按CJX系列交流接触器最小额定电流16A进行选取，满足条件。
4.进水、排水电磁阀及交流接触器KM4的选择装置在工作时采用进水电磁阀控制自来水进入，在工作一定时间后需要对水箱进行排空清洗，因此，设置进、排水电磁阀DF1、DF2，并且用交流接触器KM4控制其工作状态，选择进水、排水电磁阀时，采用常用的AC220V、FCD.3-178型电磁阀，交流接触器KM4同样选择CJX系列最小额定电流16A的。
5.漏电保护断路器的电磁脱扣器整定电流值确定：
I≥K*IST
式中：K为安全系数，通常K=1～7，IST为启动电流，由于负载均为纯电阻特性，因此，IST=IN，K取1。
（二）控制电源变压器选择及交流接触器、继电器吸引线圈额定电压的确定
1.控制电源变压器二次线圈負载分为两部分，其中交流部分为5只交流接触器的线圈，额定电压选择为36V，另一部分为12V经整流后，为9只直流继电器线圈以及10只低功耗LED信号指示灯供电，因此电源变压器容量选择为100V·A。
2.交流接触器、继电器吸引线圈的额定电压
为了保障装置运行以及今后维修工作的安全，交流接触器吸引线圈的额定电压选择为交流36V;
继电器吸引线圈的额定电压为直流12V。
（三）电器元件表（见表1）
参考文献
[1]网络文章：编辑：白燕.2006年中国饮用水市场研究与投资分析报告 2006-1-26. 饮用水http：//knology.chinaccm.com/phrase-2006031410265200437.html.
[2]著作：闫和平.《常用低压电器应用手册》机械工业出版社2006.4.
[3]著作：李振安.工厂电气控制技术 重庆大学出版社1993.11 P111-P136.
国内外饮水机的电气控制系统按照机组的规模及功能要求，其控制方式主要有继电接触器和单片机控制两种方式，其中在小型饮水机上立足于功能多样化，主要采用上单片机控制方式，大型饮水机主要考虑到工作的稳定型，通常还是采用较为成熟的继电接触器控制方式，本文从实用性角度，具体介绍了回热型饮水站对电气控制系统的要求以及电气控制系统的设计过程。
一、回热型饮水站对电气控制系统的控制要求
（一）回热型饮水站的漏电保护措施
在人员集中的公共场所，回热型饮水站是提供温开饮用水的大型机组，机组中设置与自来水管路联通的供水箱、产生饮用水的温开水加热水箱和储存温开饮用水的饮用水箱;饮用水的加热方式主要是在温开水加热水箱中采用三根220V/2KW的U形不锈钢电加热管进行加热，为了提高效能，温开水加热水箱的容积设计较小，仅为4升左右，通常可在系统启动的6分钟以内，就能够生产出100度的沸开水。在冬季的环境气温较低，为了防止温开饮用水冷却太快，除添加保温措施外，在温开饮用水箱中还安装有一根220V/1KW的U形不锈钢电加热管进行保温加热（40度），加热水箱和饮用水储水箱均采用优质不锈钢簿板加工制造，由于产水量较大，在运行过程中一方面要满足众多人员的饮用水的卫生要求和用量要求，更重要的，就是确保机组运行过程中的安全可靠性要求，为此在控制系统中选择了漏电保护断路器，进行回热型饮水站电气系统的漏电保护。
（二）启动/停止方式及要求
在电源漏电保护断路器闭合后，回热型饮水站要求每次开、关机工作时，均采用钥匙开关K1、K2进行启动、停止控制，即：用钥匙开关接通和断开（启动/停止）继电器控制回路，由继电器控制交流接触器KM1、KM2、KM3的工作，来完成三组电加热管的电源的通断。
（三）进水控制
自来水通过电磁阀DF1接入自来水源水箱，源水箱内部设有浮球阀控制液面高度，同时设有液位检测开关SW1、SW2，液位低时SW2控制电磁阀DF1工作进水，当浮球阀出现故障造成液位过高时，SW2控制电磁阀DF1关闭;在由源水箱向温开水加热水箱的供水管路之间，安装有电磁阀DF2，在电源开关（K1）接通时，电磁阀DF2工作源水箱向加热水箱供水，直至两水箱中的水位液面高度相同，如果加热水箱液位过高，则由液位检测开关SW2控制关闭电磁阀DF1。
（四）饮水站工作运行过程中的缺水防干烧保护措施
为了防止饮水站在运行工作中由于自来水停水或者浮球阀、电磁阀等损坏，造成缺水，导致加热管干烧烧坏，通过设置液位检测开关SW1、SW3，检测最低工作液位，确保机组安全工作。
（五）饮水站的水位及产水量控制
温开饮用水箱设高、低饮用水位检测控制，当产水量达到高饮用水位时，温开水加热水箱中电加热管自动断电停止加热，当饮用水箱经过饮用水位到达最低储水位置时，温开水加热水箱中电加热管又自动通电加热生产饮用水，循环工作。
二、回热型饮水站的电气控制
（一）控制方式的确立
回热型饮水站由于属于大型工业机组、在运行工作中主要追求的是安全性和可靠性，其次就是节能，因而在选择电气控制方式时，考虑到回热型饮水站的电加热器总负荷功率较大，而继电器、接触器等器件适用于高电压、大电流，且工作寿命长，因此选择采用了成熟、可靠的继电接触器控制方式。
（二）回热型饮水站电气控制系统的工作电源
回热型饮水站用电负荷为主加热器（2R）三根/2KW电热管，辅助加热器（1R）（3R）为1KW电加热管，为了避免采用单相220V供电时，电流过大，造成电网电压不平衡，因此，在饮水站中电气控制系统中采用三相四线制380/220V电源供电，并且将功率较大的用电负载电加热管均分到三相电源上，从而确保了用电负荷的平衡。
（三）回热型饮水站电气控制系统原理分析与电路设计
饮水站电气控制系统有加热器供电的主回路和控制回路以及水位检测控制及保护回路。
1.加热器供电的主回路
有交流接触器KM1、KM2、KM3，分别控制温开水加热器1R、开水加热器2R、保温加热器3R。
2.加热器控制回路
有变压器TC输出36V交流电源，向交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4的线圈供电。
3.水位检测、加热控制及保护回路
（1）水位检测及保护
由变压器TC输出12V交流电源，经过桥式整流后向水位检测、控制及保护回路供电提供DC电源，水位检测开关SW1-SW6控制直流继电器J1-J9，其中SW1控制直流继电器J1进行缺水保护，SW2控制直流继电器J2进行超高水位保护。
（2）开水箱电加热器2R的控制
在电源开关K1闭合后，直流继电器J3控制电磁阀DF2向开水箱供水，当开水箱水位上升到低水位，水位检测开关SW3接通，直流继电器J4闭合，水温控制开关闭合接通直流继电器J6，接触器KM1线圈得电，开水箱电加热器2R工作，水位上升到高水位，水位检测开关SW4接通，直流继电器J5闭合，电磁阀DF2关闭向开水箱供水，水开后温控开关断开直流继电器J6，接触器KM1线圈失电，开水箱电加热器2R停止加热。
（3）温开水箱电加热器1R控制
在电源开关K2闭合后，直流继电器J7得电，接触器KM2线圈得电，温开水箱电加热器1R工作，开始加热生产开水，开水溢流后经过管道流向饮用水箱，并且和自来水管道逆向热交换降至40度左右温开水，进入饮用水箱，饮用水箱水位会逐渐上升到低水位，低水位检测开关SW5接通，直流继电器J8闭合，温控开关TC2控制接触器KM3线圈得电，饮用水箱电加热器3R进行保温加热，按照季节和环境外温度的要求，通常将温控开关TC2设定在40度，当饮用水温度达到设定的温度，温控开关TC2断开，接触器 KM3线圈失电，饮用水箱电加热器3R停止保温加热;当饮用水箱水位上升到高水位，水位检测开关SW6接通，直流继电器J9闭合并自锁，控制接触器 KM2线圈失电，温开水箱电加热器1R停止工作;当饮用水经过饮用水位降到低水位时，水位检测开关SW5断开，直流继电器J8断电，接触器 KM2线圈又得电，温开水箱电加热器1R重新工作生产开水，开水溢流经过管道流向饮用水箱，依次循环工作。 4.电气系统控制工作原理（逻辑表达式）
（1）温开水加热器1R，KM2=J1*J7*
J1=*SW1
J7=* SW2
J9=*K2*J8*（SW6+J9）
（2）开水加热器2R，KM1=J4*J6
J4=*K1*SW3
J6=*K1*J4*
（3）保温加热器3R，KM3=*J8
J8=*K2*SW5
（4）电磁阀控制及水位控制
DF1=*
DF2=
DF3= KM4
J2=* SW2
J3=* K1
J4=* K1*J4*SW4
表1
序号 元件名称 符号 型号 数量
1 漏电断路器 DLZ DZ47LE-25A 1
2 控制变压器 TC BK-50/220V/36、12V 1
3 交流接触器 KM1 CJX4-093/36V In=16A 1
4 交流接触器 KM2-KM4 CJX4-093/36V In=16A 3
5 电加热器 1R 2KW/220V 3
6 电加热器 2R 1KW/220V 2
7 电加热器 3R 1KW/220V 1
8 自来水进水电磁阀 DF1 FCD.3-178 1
9 开水箱进水电磁阀 DF2 FCD.3-178 1
10 排空电磁阀 DF3 FCD.3-178 1
11 开水温控
开关 TC1 100度—220V/5A 1
12 温开水保温控制开关 TC2 100度—220V/5A 1
13 整流全桥 KBU-5A/100V 1
14 水位检测
开关 SW1、SW2、SW5、SW6 LSAZ-85 4
15 水位检测
开关 SW3、SW4 LSAZ-100
（不锈钢） 2
16 直流继电器 J1—J9 JQX-14FF1
12V/5A 9
17 信号指示灯 红 12V 3
18 信号指示灯 黄 12V 2
19 信号指示灯 绿 12V 5
三、回热型饮水站电气控制系统的电器元件选择
（一）计算负荷的确定及交流接触器的选择
1.温开水加热器1R，2KW×3，负载特性纯电阻，连接方式——星型，额定工作电压Un=220V， 接触器KM2控制启动和停止，接触器的额定电流：
IKMN≥IN=PMN/（K*UMN）;
式中：
IKMN――接触器的额定电流;
IN――接触器KM2主触头的电流;
PMN――温开水加热器的额定功率;
K――经验系数，一般为1～1.4。
由于温开水加热器为纯电阻特性，K取中间值K=1.0
则有：
IKMN≥IN=PMN/（K*UMN）=2*103/（ K*UMN）=2000/（1.0*220）≈9.1 A
因此，选择接触器KM2主触头的额定电流IN≥9.1A即可，实际选用时，交流接触器额定电流值按CJX系列交流接触器最小额定电流16A进行选取，满足条件。
2.开水加热器2R，1KW×2，负载特性纯电阻，额定工作电压Un=220V，接在V相、W相和电源中性线之间，接触器KM1控制启动和停止，接触器的额定电流：
IKMN ≥ IN=PMN/（ K*UMN）;
K取中间值K=1.0
IKMN≥IN=PMN/（K*UMN）=1*103/（K*UMN）=1000/（1.0*220）≈4.54 A
因此，接触器KM1主触头的额定电流IN≥4.54 A即可，实际选用时，交流接触器额定电流值按CJX系列交流接触器最小额定电流16A进行选取，满足条件。
3.保温加热器3R，1KW，负载特性纯电阻，额定工作电压Un=220V， 额定工作电流In≤4.5A，接在U相和电源中性线之间;接触器KM3控制启动和停止，接触器的额定电流：
IKMN≥IN=PMN/（ K*UMN）;
K取中间值K=1.0。
IKMN≥IN=PMN/（K*UMN）=1*103/（K*UMN）=1000/（1.0*220）≈4.54A
因此，交流接触器KM3主触头的额定电流IN≥4.54A即可，实际选用时，交流接触器额定电流值按CJX系列交流接触器最小额定电流16A进行选取，满足条件。
4.进水、排水电磁阀及交流接触器KM4的选择装置在工作时采用进水电磁阀控制自来水进入，在工作一定时间后需要对水箱进行排空清洗，因此，设置进、排水电磁阀DF1、DF2，并且用交流接触器KM4控制其工作状态，选择进水、排水电磁阀时，采用常用的AC220V、FCD.3-178型电磁阀，交流接触器KM4同样选择CJX系列最小额定电流16A的。
5.漏电保护断路器的电磁脱扣器整定电流值确定：
I≥K*IST
式中：K为安全系数，通常K=1～7，IST为启动电流，由于负载均为纯电阻特性，因此，IST=IN，K取1。
（二）控制电源变压器选择及交流接触器、继电器吸引线圈额定电压的确定
1.控制电源变压器二次线圈負载分为两部分，其中交流部分为5只交流接触器的线圈，额定电压选择为36V，另一部分为12V经整流后，为9只直流继电器线圈以及10只低功耗LED信号指示灯供电，因此电源变压器容量选择为100V·A。
2.交流接触器、继电器吸引线圈的额定电压
为了保障装置运行以及今后维修工作的安全，交流接触器吸引线圈的额定电压选择为交流36V;
继电器吸引线圈的额定电压为直流12V。
（三）电器元件表（见表1）
参考文献
[1]网络文章：编辑：白燕.2006年中国饮用水市场研究与投资分析报告 2006-1-26. 饮用水http：//knology.chinaccm.com/phrase-2006031410265200437.html.
[2]著作：闫和平.《常用低压电器应用手册》机械工业出版社2006.4.
[3]著作：李振安.工厂电气控制技术 重庆大学出版社1993.11 P111-P136.