中央热水器的电气自动化设计与改造

孙鹏

摘要：利用电气自动化技术改进和改造各种设施设备，可以改变原有低性能、低效率、高资源的方式，响应节能减排号召，从而实现成本削减、经济效益提升的需求。现以实际项目为例，基于改进目的和要求，重点针对RSJ-380/S-820中央热水器提出电气自动化改造方案，并对此进行了详细探讨，以实现节能降本的目标。

关键词：电气自动化;液位继电器;时控开

0    引言

2017年6月，中铁十八局集团第五工程有限公司渝黔高速项目部进场临建，由于工程款项未能按时拨付，前期资金压力较大。为有效利用现有资金，控制临建成本，故项目部的日常办公和生活选址在当地原有闲置公寓。经现场考察发现，一台闲置的型号为RSJ-380/S-820的中央热水器具有很高的利用价值，但由于此设备陈旧，除两个冷、热储水罐和主机无损坏外，其余控制部分损毁严重，因此提出使用电气自动化设计对原有控制系统进行改造，让控制系统更满足公司的使用需求。

1    改进目的及要求

1.1    改进目的

为节约成本、响应节能减排政策，充分利用现有闲置的旧设备，同时也为了提高项目部职工的生活水平，对闲置的中央热水器进行电气自动化改造是完美的措施[1]。当今社会，科学技术发展的目的之一就是将人工成本、材料成本等降到最低，从而更多地提高产能。“节能降本”是大到国家、小到公司集体控制经济效益核心的手段，因此节约成本是一个项目完成的重中之重。

1.2    电气自动化改进要求

（1）实现自动上水控制。利用现场旧有不锈钢冷水储水罐，重新设计改造电气化自动控制系统，自动存放自来水，以满足职工生活用水需求。（2）实现用水高峰期自动控制增压。考虑到用热水高峰期，热水箱内压力降低，水流变小，满足不了多人同时使用的要求，需对中央热水器热水出口进行定时增压控制，以保证用水高峰期间的用水量。

2    电气自动化改进方案

2.1    方案设计

本次改造方案示意图如图1所示。（1）自动上水控制系统由液位继电器、交流继电器和电磁阀3个部分构成。工作原理是随着水位降低，触发液位继电器启动，继而電磁阀打开，水流可以自动进入储水罐;待水位到达极值触发液位继电器而终止工作，电磁阀随之关闭，阻止水流进入储水罐，形成完整的自动上水闭环，实现自动化控制。（2）高峰用水增压系统由时控开关、交流接触器和增压泵3个部分组成。根据设置时间，时控开关自动定时开关，交流继电器跟随工作，完成定时自动增压。

2.2    电气元件选型

根据改造设计，考察电气元件的性能和型号。此次改造所需的主要材料型号如下：（1）500 mm×600 mm室外配电箱1个。（2）AC220 V液位继电器1个，此元件可以实现储水罐上水自动控制，随时保持水箱的水位在最高位。最终选定型号为德力西JYB-714，此元件主要由电压变换器、整流稳压器、比较放大器、电子开关、执行继电部件和外壳、插头等部件组成。本产品体积小，安装方便，性能可靠，抗干扰性能强，控制距离长。（3）微电脑时控开关1个，此元件型号为德力西KG361T，其主要优势在于：1）工作电压220 V/50 Hz;2）消耗功率1 W;3）不受停电影响，内部自动充电;4）最高可以达到一天20次开关设置;5）手/自动两用。（4）交流接触器2个，要求型号为CJX2-1810，此元件优势在于拥有1 000万次的机械寿命和100万次电寿命，可以完全满足使用要求。（5）AC220 V不锈钢外壳增压泵1台。（6）2×2.5电缆300 m。（7）电磁阀1个、空气开关3个以及其他材料。

3    改造方法及元件安装

3.1    增压泵安装

在原有热水器出水口切开管道，安装并固定增压泵，引出增压泵电机电源线并穿管引至配电箱。增压泵必须按照“安装方式”中标明的水平或垂直方向安装，不能反方向安装，看标明指示箭头方向是否与泵体和水流方向保持一致，而且不能安装在最顶端，应安装在水位最低点。需要注意的是，为了方便日后维修，应在泵进口管路显眼位置安装一个控制阀门，以调节水流流速。首次使用时要先将泵蓄满水，将螺塞使劲旋紧，确保管路之间连接处无缝隙、紧嵌，一旦出现漏气情况，必将使泵的扬程不够而完成不了抽水工作。而且泵腔内未进水前，应避免电器连轴转对泵体内密封系统造成损坏。增压泵电机线圈内必须配有安全保护器，从而在泵体发生故障或抽水工作不顺利造成温度过高时能保护机器自动断路，待温度降到安全规定值内方可恢复正常运作。

3.2    液位继电器安装

液位继电器就是控制液面的继电器，主要工作原理是借助液体的导电性能来控制继电器在安全阈值内的工作状态，超出安全阈值则相应做出中断电源的保护动作。其中的核心元件传感器由铜片制成，铜片分高、中、低三线，高线是水位最高点，蓄水水位到此自动停止;中线设为常触点;低线是自动进水提示点，水位降至此线将开启进水设置。所有液体中水属于导电性较差的液体之一，不能完成直接触动继电器的工作，相应地，要想用水推动继电器工作，必须将电流值调大，水才能触发继电器。

根据液位继电器的原理和使用说明，在水箱中装低、中、高3个铜片，分别接好线路，穿管引出到配电箱，在配电箱中安装好液位继电器底座，根据接线图接好线路。

3.3    KG361T微电脑时控开关安装

微电脑时控开关主要是以微电脑处理器为中枢，支配其余电子电路完成开关控制，最高可设置成每天或一周内20次不同时间的开/关控制。型号为KG361T的微电脑时控开关优势在于配置的备用电池区别于普通的电池，是用充电镍氢电池作为备用电源，如若出现大范围供电中断，可以记忆存储9个月以上的各项数据，并且计时显示不会出现断档。

（1）微电脑时控开关安装。安装工作要按使用说明指示逐步进行，首先要在配电箱安装并固定KG361T微电脑时控开关，再看安装说明中的微电脑时控开关原理和接线图接好线路，将增压泵电机电源线安装至交流接触器。

（2）微电脑时控开关设置。根据KG361T微电脑时控开关说明书设置自动控制时间。根据渝黔项目部作息时间和实际用水情况，本次改进设置时间为每天06：00—07：00、12：00—13：00、18：00—22：00。

3.4    交流接触器安装

交流接触器的工作原理是根据线圈通入电源，促使静铁芯产生电磁吸力，并将动铁芯吸合，实现触头系统与动铁芯联动工作，使动铁芯带动3条动触片同时出现触动指示，接触主触点关闭，主触点机械相连的辅助常闭触点则断开，辅助常开触点打开，从而接通电源;辅助常开触点断开，从而切断电源。（1）交流接触器安装。根据改进方案设计要求，安装好液位继电器和时控开关后，安装配套的交流接触器，然后按照接线图摆清电子线路位置，最后将继电器安装固定在配电箱中。（2）配电箱制作。配电箱内合理布置、固定电气元件，要做到布置有序、接线方便。

3.5    整体安装及调试

（1）必须遵循设计方案、符合改进目标，严格按照建筑电气施工规范的要求，安装部署整体规划排线[2]。（2）根据施工规范和要求安装好配电箱并固定。（3）安装其他配套的电气元件，接好线路。（4）接通所有线路后仔细检查线路，做到不能出现任何问题。（5）详细检查完系统后方可接入主电源进行调试工作。（6）调试完成后对所有线路进行整理并编号。

4    电气安装规范与要求

（1）电缆（线）敷设前要进行规范铺设，要仔细检查外观及导电通暢情况，再用直流500 V兆欧表测量绝缘电阻状况是否合格，要求电阻值>5 MΩ。（2）电气线路敷设需美观合理，线路电极方向一致，不错乱敷设。（3）电气线路敷设首先要考虑环境干燥、安全且没有腐蚀性介质排放、没有强磁场和强静电场干扰的规范区域。如果区域选取受其他条件干扰，要相应配备适当保护措施。（4）所有线路敷设工作完成后，必须进行规范校线及编号。（5）切勿以通电状态进行电气线路绝缘测试，要断开所有设备。（6）敷设电缆勿交叉乱放;避免电缆线之间或和其他硬物体的摩擦，保持相对距离;安装固定时松紧合理。（7）相同回路电线应穿于相同管路内，但管路内总根数应<8根，而且电线总截面积（包括绝缘外皮）不能超过管内截面积的40%。（8）安装完毕后，电源箱内端子板两端的线路要按线路属性对应编号。（9）要对导线与接线端子板、仪表、电气设备等通电连接时保留规范要求的距离。

5    结语

经过对此中央热水器的电气自动化改进，实现了自动上水控制和热水循环定时自动控制，达到了使用要求和目的。电气自动化也可以节约有限的资源，降低成本费用。如何合理发挥电气自动化的优势是企业需重点考虑的课题，电气自动化必将稳步推广应用，因此掌握其效益核心势在必行。

[参考文献]

[1] 童文.电气工程及自动化智能化技术在建筑电气中的应用[J].中国设备工程，2021（4）：183-184.

[2] 仲小荣.建筑电气工程中电气自动化的应用[J].中国建筑金属结构，2021（1）：120-121.