水塔水位自動控制系統(tǒng)研究
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1設(shè)計(jì)分析：
“水塔水位自動控制系統(tǒng)”的控制對象為水泵，容器為水塔或儲液罐。水位高度正常情況下控制在C、D之間，如圖1（a）。當(dāng)水位在低于C點(diǎn)時(shí)，水泵開始進(jìn)水，如圖1（b）。當(dāng)水位高于D點(diǎn)時(shí)，水泵停止進(jìn)水，如圖1（c）。當(dāng)水位低于C點(diǎn)并到達(dá)B點(diǎn)時(shí)就報(bào)警，采取手動啟動水泵，如圖1（d）。當(dāng)水位超過D點(diǎn)并到達(dá)E點(diǎn)時(shí)上限報(bào)警，采取強(qiáng)制停止水泵，水位從溢流口流出，如圖1（e）。
圖1設(shè)計(jì)分析示意圖
為了精確的實(shí)現(xiàn)對水位的控制，必須建立閉環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)水塔中的進(jìn)、出水的水位可以自動控制水泵，使水位處于動態(tài)的平衡狀態(tài)。
2現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案的分析：
（1）555定時(shí)器組成的水位自動控制器。圖2可以看出，電路設(shè)計(jì)過于簡單化，沒有考慮異常情況的排除方法。例如：探頭發(fā)生故障，則此系統(tǒng)無法檢測，導(dǎo)致水位控制器操作異常;沒有設(shè)計(jì)報(bào)警電路，無法方便地讀取水位實(shí)際數(shù)值。
圖2水位自動控制系統(tǒng)
（2）用51單片機(jī)設(shè)計(jì)的水位自動控制系統(tǒng)。51單片機(jī)實(shí)際是個(gè)小的微型機(jī)，除了硬件電路的搭接外，還需要軟件的開發(fā)和應(yīng)用。這樣會使設(shè)計(jì)變得很繁瑣，同時(shí)從電磁兼容方面考慮，軟件設(shè)計(jì)存在系統(tǒng)地不穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中，為了滿足工廠的實(shí)際條件，大部分自動化控制裝置采用純硬件的電路設(shè)計(jì)。此外，該電路不能檢測液體的電導(dǎo)率，不適用水塔中液體性質(zhì)改變的情況。
圖3水塔水位控制電路
3最優(yōu)方案：
3.1系統(tǒng)框圖
控制系統(tǒng)主要分為模擬檢測和邏輯判斷兩大塊。如圖4所示，模擬檢測實(shí)際上測量的是B、C、D、E四個(gè)探頭相對于A點(diǎn)（即地）電位的高低，在水塔中清水里的四個(gè)探頭B、C、D、E各點(diǎn)和探頭A點(diǎn)之間實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)可變電阻。當(dāng)電阻值發(fā)生變化時(shí)，各點(diǎn)的電位值不同，通過邏輯判斷，就得到不同的輸出，即操作控制不同的動作。
圖4系統(tǒng)框圖
3.2原理圖
圖5為最優(yōu)方案的原理圖。如圖所示：水位正常情況下應(yīng)處于C、D之間，此時(shí)，BCDE四個(gè)探頭的邏輯電平為0011，即保持狀態(tài);當(dāng)水位低于C點(diǎn)，處于B、C之間時(shí)，BCDE四個(gè)探頭的邏輯電平為0111，即進(jìn)水狀態(tài);當(dāng)水位高于D點(diǎn)，處于D、E之間時(shí)，BCDE四個(gè)探頭的邏輯電平為0001，即停進(jìn)狀態(tài);當(dāng)水位低于B點(diǎn)或水位高于E點(diǎn)，此時(shí)，BCDE四個(gè)探頭的邏輯電平為1111或0000時(shí)，水塔水位的報(bào)警電路開始工作，產(chǎn)生下限報(bào)警或上限報(bào)警，即低報(bào)和高報(bào)。這時(shí)，需要工作人員進(jìn)行手動關(guān)閉報(bào)警設(shè)備才可以解除警報(bào)。
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