摘 要：本文闡述了自動(dòng)化裝置在水塔水位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。通過分析幾種水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的弊端，提出改進(jìn)的設(shè)計(jì)思路，并經(jīng)過硬件設(shè)計(jì)、調(diào)試，完成了水塔水位控制器的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制系統(tǒng) 水塔水位 Abstract：The thesis simply discusses the application research on water tower water level auto control system. It analyzes the limitation on the pre-designation of water tower water level auto control system, and devises the advanced plan. To be proved in the practice, the water tower water level auto control system is compatible for all kinds of liquids, and can throw into the effective production. Keywords：Auto Control System, Water Level Water Tower 　　現(xiàn)今社會(huì)，自動(dòng)化裝置無所不在，在控制技術(shù)需求的推動(dòng)下，控制理論本身也取得了顯著的進(jìn)步。水塔水位的監(jiān)測(cè)和控制，再也不需要人工進(jìn)行操作。實(shí)踐證明，自動(dòng)化操作，具有不可替代的應(yīng)用價(jià)值。水塔水位自動(dòng)控制器，具有適應(yīng)各種液體液位的檢測(cè)和控制的功能，設(shè)計(jì)中分析了利弊，考慮了各種液體的阻值大小，是可以投入實(shí)際生產(chǎn)的產(chǎn)品。 1 設(shè)計(jì)分析： 　　“水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)”的控制對(duì)象為水泵，容器為水塔或儲(chǔ)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(dòng)啟動(dòng)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）。 [align=center] 圖1 設(shè)計(jì)分析示意圖[/align] 　　為了精確的實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)控制水泵，使水位處于動(dòng)態(tài)的平衡狀態(tài)。 2 現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案的分析： 　?。?） 555定時(shí)器組成的水位自動(dòng)控制器。圖2可以看出，電路設(shè)計(jì)過于簡(jiǎn)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(cè)，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。 [align=center] 圖2 水位自動(dòng)控制系統(tǒng)[/align] 　?。?） 用51單片機(jī)設(shè)計(jì)的水位自動(dòng)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(huì)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(dòng)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(cè)液體的電導(dǎo)率，不適用水塔中液體性質(zhì)改變的情況。 [align=center] 圖3 水塔水位控制電路[/align] 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(cè)和邏輯判斷兩大塊。如圖4所示，模擬檢測(cè)實(shí)際上測(cè)量的是B、C、D、E四個(gè)探頭相對(duì)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(dòng)作。 [align=center] 圖4 系統(tǒng)框圖[/align] 　　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(dòng)關(guān)閉報(bào)警設(shè)備才可以解除警報(bào)。 [align=center] 圖5 水塔供水系統(tǒng)的最終連線圖[/align] 　　3.3系統(tǒng)優(yōu)化 　　從圖5中可以看出，B、C、D、E四個(gè)探頭每個(gè)都接有一個(gè)運(yùn)算放大器。實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)某個(gè)探頭出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)可以及時(shí)檢測(cè)到，不會(huì)造成誤動(dòng)作的產(chǎn)生。同時(shí)，新增了報(bào)警確認(rèn)電路。這樣，當(dāng)誤動(dòng)作產(chǎn)生以及水塔內(nèi)水位的過低或者過高，都會(huì)啟動(dòng)報(bào)警裝置。一旦系統(tǒng)發(fā)生報(bào)警，就可以及時(shí)去處理問題。問題處理完畢之后，工作人員可以手動(dòng)關(guān)閉報(bào)警裝置。因此，優(yōu)化的方案增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和實(shí)用性。 4 水塔水位控制器的可行性試驗(yàn) 　　4.1可行性試驗(yàn) 　　圖6為水塔水位控制器的外觀正視圖，由電源指示燈、報(bào)警確認(rèn)燈、水位指示燈以及報(bào)警確認(rèn)開關(guān)組成。接通電源時(shí)，電源指示燈亮，當(dāng)水塔中水深處于不同位置時(shí)，水位指示燈B、C、D、E情況不同。 [align=center] 圖6 水塔水位控制器外觀圖[/align] 　?、佼?dāng)水位處于B點(diǎn)之下，指示燈B、C、D、E全亮，報(bào)警電路開始報(bào)警，即下限報(bào)警。 　?、诋?dāng)水位處于B、C之間，指示燈B滅，C、D、E亮，水泵開始進(jìn)水。 　?、郛?dāng)水位處于C、D之間，指示燈B、C滅，C、D亮，保持狀態(tài)，即保持進(jìn)水。 　?、墚?dāng)水位處于D、E之間，指示燈B、C、D滅，E亮，停進(jìn)狀態(tài)，即水泵不工作。 　?、莓?dāng)水位處于E點(diǎn)之上，指示燈B、C、D、E全滅，水泵不工作，報(bào)警電路開始溢出報(bào)警，即上限報(bào)警。 　?、迗?bào)警電路可以手動(dòng)關(guān)閉，只要按下報(bào)警確認(rèn)開關(guān)，就可以解除報(bào)警的蜂鳴聲。此時(shí)，報(bào)警確認(rèn)燈亮起。處理完故障時(shí)，必須關(guān)閉報(bào)警確認(rèn)燈，報(bào)警確認(rèn)電路復(fù)位，恢復(fù)其監(jiān)測(cè)故障的功能。 　　4.2可行性分析 　　此方案采用純硬件電路設(shè)計(jì)，避免了軟件程序設(shè)計(jì)中的不穩(wěn)定因素，提高了實(shí)際運(yùn)用中的可靠性。同時(shí)，對(duì)于不同類型的液體，此系統(tǒng)均有良好的兼容性。當(dāng)水塔中液體改變時(shí)，只需要將電位器中的阻值和該液體的阻值調(diào)節(jié)到一個(gè)數(shù)量級(jí)上就可以很方便的實(shí)現(xiàn)此液體的水位控制操作。試驗(yàn)證明，此水塔水位控制器不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)水塔水位的精確控制，而且，此系統(tǒng)更具有工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際性。 5 結(jié)束語 　　本文通過介紹自行設(shè)計(jì)的水塔水位控制器，系統(tǒng)地闡述了設(shè)計(jì)方案及成品試驗(yàn)。試驗(yàn)證明，該系統(tǒng)在運(yùn)行期間穩(wěn)定性高，完全符合預(yù)先規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，是可以投入生產(chǎn)的水塔水位控制器。 參考文獻(xiàn)： 　?。?）胡壽松主編.自動(dòng)控制原理.第四版.北京：科學(xué)出版社，2001年 　?。?）劉豹主編.現(xiàn)代控制理論.第二版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004年 　?。?）Gene F.Franklin,J.David Powell,Abbas.Emami-Naeini,Feedback Control of Dynamic Systems,Publishing House of Electrronics Industry 　　（4）朱曉青主編.過程檢測(cè)控制技術(shù)與應(yīng)用.北京：冶金工業(yè)出版社，2002年 　　（5）姚伯威，孫銳主編.控制工程基礎(chǔ).北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2002年 　?。?）李朝青編著.單片機(jī)原理及接口技術(shù).簡(jiǎn)明修訂版.北京：北京航天航空大學(xué)出版社，1998年 　?。?）戴文進(jìn)，章衛(wèi)國(guó)主編.自動(dòng)化專業(yè)英語.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2001年 　?。?）談?wù)穹帲詣?dòng)控制專業(yè)英語.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，1999年