水箱水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

1、水箱水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用（三）水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為了便于設(shè)計(jì)的實(shí)施和制作，計(jì)劃設(shè)計(jì)制作一個(gè)水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)模型。1、設(shè)計(jì)要求：（1）設(shè)計(jì)和制作一個(gè)水塔水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的模型。（2）能全真模擬水塔中水位的自動(dòng)控制。2、設(shè)計(jì)分析：（1）根據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)要求的分析，要求當(dāng)水塔水位達(dá)到高水位時(shí)要啟動(dòng)水泵供水，當(dāng)水塔水位低到水塔低水位時(shí)能自動(dòng)關(guān)閉水泵，因此必須對(duì)水位進(jìn)行檢測(cè)，并能反饋所測(cè)的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)這一控制需要采用閉環(huán)電子控制系統(tǒng)。（2）根據(jù)水塔水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)方框圖，設(shè)計(jì)出合適的輸入、控制器（處理）、執(zhí)行器、被控對(duì)象、檢測(cè)裝置的實(shí)用電路、電子元器件、設(shè)備等。A BCcba高水位

2、低水位水塔水塔中的水位探頭輸入（設(shè)定水位）控制器（集成電路）執(zhí)行器（水泵）控制對(duì)象（水塔）控制量(水流量）輸出(實(shí)際水位）檢測(cè)裝置(水位探頭)輸入由三根裸露的硬銅電線組成水位探頭，如右圖所示，其中A是零水位探頭，B是低水位探頭，用來(lái)探測(cè)水塔低水位，C是高水位探頭，用來(lái)探測(cè)水塔高水位。調(diào)整探頭位置，可以預(yù)置水塔中的高低水位位置。控制器（處理） 它由集成電路等組成，根據(jù)預(yù)置的高、低水位和水位傳感器反饋的水塔實(shí)際水位信號(hào)進(jìn)行比較，再經(jīng)判斷，發(fā)出向水塔送水或停止送水的指令。執(zhí)行器執(zhí)行器由電磁繼電器、水泵等組成，其中電磁繼電器控制水泵的開(kāi)和關(guān)，水泵將水池中的水送入水塔。被控對(duì)象被控對(duì)象是水塔及水塔中的水

3、位。檢測(cè)裝置三根水位探頭組成一個(gè)傳感器，對(duì)水塔水位隨時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，并把信號(hào)反饋至比較器。3、設(shè)計(jì)方案：水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)示意圖控制器水泵水塔進(jìn)水管放水管水位探頭水池（1）水塔水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)示意圖（2）水塔水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)工作過(guò)程接通整個(gè)系統(tǒng)的電源。當(dāng)水位傳感器中的低水位探頭B探測(cè)到水塔中的水位處于低水位狀態(tài)時(shí)，它立即把這個(gè)信號(hào)送入比較器，經(jīng)比較器比較后，產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)電壓，控制器受到觸發(fā)后，發(fā)出進(jìn)水的指令信號(hào)，指令經(jīng)輸出接口電路放大后推動(dòng)繼電器動(dòng)作，接通水泵電源，水泵開(kāi)始向水塔供水。注水后的水塔水位不斷升高，當(dāng)水位升高到c時(shí)，水面與水位傳感器的高水位探頭C接觸，立即產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，并把

4、信號(hào)反饋給比較器，比較器比較后產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)電壓，控制器發(fā)出停止進(jìn)水指令，電磁繼電器立即關(guān)閉電動(dòng)機(jī)的電源，水泵停止供水。當(dāng)水塔水位降到低水位b以下時(shí)，便重復(fù)的控制，這樣不斷循環(huán)，從而使水塔源源不斷地供水。（四）選擇、制作電子元件和器材液位繼電器完成設(shè)計(jì)后，就面臨著如何選擇電子元件和自制器材，這也是完成控制系統(tǒng)模型制作的重要環(huán)節(jié)。（1）控制器電子元件的選擇齒輪泵組成控制器控制系統(tǒng)的電路，可以有三種選擇，一是用晶體管組成控制系統(tǒng)電路（見(jiàn)附件1）；二是用集成電路組成控制系統(tǒng)的電路，如可用JN6201集成電路或CB7555集成電路（見(jiàn)附件2）；三是采用定型產(chǎn)品液位繼電器（右圖）。第一種是要用二極管三極管

5、等晶體管材料自已組裝成電路，第二種是購(gòu)買(mǎi)現(xiàn)成的集成電路板，第三種液位繼電器是定型產(chǎn)品，質(zhì)量可靠，已經(jīng)把集成電路和繼電器做在一起，可以直接控制小功率電器。從電路的穩(wěn)定性、便于安裝考慮，我們選擇了第三種液位繼電器作為控制電路。（2）執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器主要由電機(jī)和水泵組成，水泵的種類(lèi)有很多，如；離心泵、活塞泵、齒輪泵、潛水泵、管道泵等（見(jiàn)附件3）。因離心泵要加自動(dòng)引水裝置（小區(qū)、單位等供水量大的一般都用離心泵，而且目前自動(dòng)加引水裝置技術(shù)也已成熟，有各種不同的類(lèi)型和原理，見(jiàn)附件4、5），潛水泵不便安裝，經(jīng)考慮我們選擇了不用加引水，而且效率較高且體積較小的齒輪泵。水塔水位探頭（3）被控對(duì)象水塔的選擇水塔

6、選用了透明的又便于安裝傳感器的塑料瓶代替（右圖）。水塔下的閥門(mén)用小球閥（要注意和出水管徑相一至），水池用一個(gè)長(zhǎng)方形的塑料盆代替（見(jiàn)附件8）。（4）檢測(cè)裝置的選擇目前實(shí)際中使用的有用三根導(dǎo)線作探頭的也有用干簧管的，干簧管一般用于大型水塔（原理圖見(jiàn)附件6），我們選擇成本較低的三根硬銅線作探頭，用比較粗的銅心護(hù)套線中導(dǎo)線來(lái)制作，既實(shí)用又經(jīng)濟(jì)。（五）安裝和調(diào)試在準(zhǔn)備了以上元器件后，便進(jìn)入安裝調(diào)試階段，為了少走彎路，分了以下幾個(gè)步驟。（1）連通電路：簡(jiǎn)單地把控制系統(tǒng)電路連接起來(lái)（見(jiàn)附件7）。安裝（2）將探頭放入水杯中，水泵進(jìn)水管放入有水的盆中，接通電源，此時(shí)水泵工作，將水打入有探頭的杯中，當(dāng)水位到達(dá)高水

7、位時(shí)，水泵能自動(dòng)停止工作。這時(shí)減少杯中的水到低水位時(shí)，水泵又開(kāi)始工作，試驗(yàn)成功。（3）在初步成功后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，并按示意圖進(jìn)行組裝，不但要考慮安裝的正確，還要考慮布局的美觀，最后我們終于設(shè)計(jì)和制作成功（下圖）。（六）供水控制系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展前景和趨勢(shì)隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，一種新的高科技的供水控制系統(tǒng)模式，已在一些高檔樓盤(pán)投入使用，這種被稱(chēng)為“二次加壓”的新模式，已取消了水塔供二次加壓新模式水的二次供水模式，而采用了二次加壓，水廠的水供到用戶(hù)水池，由水泵直接向各家各戶(hù)供水，這種技術(shù)的核心是，水泵用的是變頻水泵（和變頻空調(diào)同一原理），當(dāng)用戶(hù)用水量大時(shí)，管道內(nèi)壓力降低，水泵轉(zhuǎn)速加快，以保證

8、管道內(nèi)的壓力，當(dāng)用戶(hù)用水量減少時(shí)，管道內(nèi)壓力增高，水泵轉(zhuǎn)速減慢，能始終保持管道內(nèi)的壓力，從而保證各戶(hù)的正常用水。這種供水模式的優(yōu)點(diǎn)是不用水塔，減少了水的二次污染的可能，目前長(zhǎng)興“國(guó)際花園”等高檔樓盤(pán)已用上了這種供水模式。缺點(diǎn)是一次性投資較大，設(shè)備的技術(shù)維護(hù)費(fèi)用增加，但這是一種發(fā)展趨勢(shì)。但目前水箱水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)在用水量不大的單位、農(nóng)村，礦井地下水的排泄等場(chǎng)所仍有廣闊的空間，在若干年內(nèi)兩種模式將共存發(fā)展，相信會(huì)有更現(xiàn)代化的供水模式產(chǎn)生，因?yàn)榭茖W(xué)和技術(shù)的發(fā)展是無(wú)限的。四、水箱水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)使用說(shuō)明書(shū)1、通過(guò)注水口向水池（方盆）中注入半池水。2、關(guān)閉水塔下閥門(mén)。3、接通電源后打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)。

9、4、水泵開(kāi)始供水，當(dāng)水位到達(dá)高水位時(shí)水泵自動(dòng)關(guān)閉，停止供水。5、打開(kāi)水塔下的閥門(mén)。6、水塔開(kāi)始放水，到達(dá)低水位時(shí)，水泵自動(dòng)啟動(dòng)，向水塔供水。7、把水塔下閥門(mén)適當(dāng)關(guān)小（放水速度小于供水速度）。8、此后便進(jìn)入自動(dòng)循環(huán)狀態(tài)，到高水位時(shí)水泵停止工作，低水位時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)水泵。五、設(shè)計(jì)感言經(jīng)過(guò)這次設(shè)計(jì)，我們深深地感到綜合實(shí)踐活動(dòng)的重要性，我們經(jīng)歷了調(diào)查、了解、收集資料、分析問(wèn)題、研究問(wèn)題、解決問(wèn)題、通過(guò)交流展示各自的研究成果等全過(guò)程。培養(yǎng)了我們的問(wèn)題意識(shí)，培養(yǎng)了我們的收集、處理信息的能力，培養(yǎng)了我們的動(dòng)手實(shí)踐能力，培養(yǎng)了我們的合作意識(shí)，培養(yǎng)了我們的社會(huì)責(zé)任感。所有的這一切將使我們終身受益。在設(shè)計(jì)中我們遇到了

10、不少的困難，明顯感覺(jué)到自己的知識(shí)很匱乏，增強(qiáng)了我們學(xué)習(xí)的動(dòng)力，明確了學(xué)習(xí)的目的性。我們希望綜合實(shí)踐活動(dòng)開(kāi)展的越來(lái)越好，我們將動(dòng)員更多的同學(xué)加入到這個(gè)活動(dòng)中來(lái)。參考文獻(xiàn)：1顧建軍，電子控制技術(shù)，江蘇教育出版社，2004年12月第1版2顧建軍，技術(shù)與設(shè)計(jì)，江蘇教育出版社，2004年8月第1版附件1：晶體管組成的水箱閉環(huán)控制系統(tǒng)電路圖 附件2-1：JN6201集成電路組成的水箱閉環(huán)控制系統(tǒng)電路圖附件2-2：CB7555集成電路組成的水箱閉環(huán)控制系統(tǒng)電路圖附件3：各式水泵1、潛水泵：2、離心泵：附件4：真空引水裝置圖（實(shí)現(xiàn)從真空引水到水泵啟動(dòng)過(guò)程全自動(dòng)控制 ）附件5：離心式水泵自動(dòng)引水裝置原理真空引水罐水泵供水 補(bǔ)水水池上水管說(shuō)明：當(dāng)水泵工作時(shí)，先抽走真空引水罐中的水，使真空引水罐中形成真空區(qū)，迫使水池中的水進(jìn)入真空引水罐，從而有效的解決了水泵的抽空問(wèn)題。這種離心式水泵自動(dòng)引水裝置在實(shí)際中廣泛應(yīng)用。附件6：干簧式水（液）位自動(dòng)控制器原理圖繼電器磁性傳感器（干簧管）（常閉觸點(diǎn)）磁性傳感器（