水塔自动上水控制系统设计.doc
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1、摘要:本次设计是用与非门控制开关的通断,使电路完成相应的反馈进而控制水泵工作或停止,使水位保持在最低水位与最高水位之间。本次设计的特点是以逻辑电路完成水塔自动上水的智能化,并且当水塔自动上水系统存在故障时,系统本身能够进行反馈,实现报警。关键词:水位控制:分立式元件控制;逻辑门报警The water tower automatic water supply control system design LiYuHaoAbstract: This design is a NAND gate control switch, the circuit to complete the feedback a
2、nd control the water pump to work or stop the corresponding, make water remained between the lowest and the highest water level. The design characteristics of the intelligent automatic water tower in the logic circuit, and when there is fault water tower automatic water supply system, the system its
3、elf to feedback, to achieve the alarm.Key words: Water level control; Separated element control; Logic gate alarm目 录摘要IAbstractII1绪论12水塔自动上水控制系统方案22.1概述22.2水塔自动上水控制系统组成32.2.1系统工作原理框图32.2.2功能原理33单元电路设计53.1系统电源电路设计53.1.1三端集成稳压器53.1.2电源电路工作过程53.2液位传感器电路设计63.3水塔自动上水控制系统报警显示电路设计74系统电路设计84.1水塔自动上水控制系统主干电路
4、84.2水塔自动上水控制系统手动电路84.3水塔自动上水控制系统自动电路94.4水塔自动上水控制系统总原理图114.5水塔自动上水控制系统元件124.5.1水塔自动上水控制系统元件选择124.5.2水塔自动上水控制系统元件145水塔自动上水控制系统运行总过程166水塔自动上水控制系统仿真176.1仿真电路176.1.1Multisim12.0软件介绍176.1.2仿真电路所用元件176.1.3电路及仿真过程176.2结论18结束语19参考文献20致谢21 IV1绪论伴随着我国经济与科学的发展,人们的生活环境得到了翻天覆地的变化,在一些小型城市以及农村,人们的用水还不能像大型城市那样方便,他们依
5、靠水塔来进行生活,但是在农业工作中,却存在着水资源的巨大浪费,其中的主要原因是农村的供水体系过于简单,并且在水塔操作方式上过于繁琐。但是,无论社会的进步速度有多快,水资源依然是人们赖以生活的根本,一旦水资源缺少,轻则给人们的生活带来不便,重则给生产带来重大损失,所以现在生活对供水系统提出了更高的要求。要满足这个条件,要是还依照人工方式,那么效率会很低,所以在考虑成本、效率等条件,自动化控制改造是必须的。在农村水塔都很高,所以人们不易检测其水位高度,就会出现,水太少,则供水中断,水过多,则会溢出来。本次设计,主要目的是对水塔水位超高、低警戒处理,从而实现自动控制,提高供水效率。该设计采用逻辑门电
6、路控制电路实现超高、低警戒水位处理,实现自动控制,而达到节能的目的。212水塔自动上水控制系统方案2.1概述目前常用的水位控制方式主要有以下几种:(1)电极式水位控制系统利用多个电极线与水面接触,探测水位。优点:价格较低。缺点:属于开关控制,无法给出真实水位,探测电极易腐蚀,安装不便,如有污物粘附在电极上,会导致水位失控。(2)浮球液位控制器利用一个磁浮球即可控制二店开关信号的液位控制器。优点:价格适中,可以做出多个点控制。缺点:属于开关控制,无法给出真实水位;污物同意粘附在磁球上,使浮球反馈出的结果变的不可靠,管式浮球容易卡滞,缆浮球容易缠绕,所有浮球都会出现触点接触不良现象,结果导致系统失
7、控;调整控制点很麻烦。(3)液位变送器+智能控制器方式优点:属于模拟量控制,可以做到水位数值的实时显示,若设备出现故障可以提前预警。集成了双泵智能控制,控制系统接线简单,可设高、低、超高、超低四点控制,控制点在控制器上设定,极其方便。智能控制器可与电脑联网,可以远程监视水位及设备运行情况。缺点:价格高。通过以上对不同液位传感器性能的比较和分析,本次设计选择电极式液位传感器组成液位自动控制系统。其特点为:液位自动控制,不溢出,不缺水,无需人值班看守;其工作原理是:通过无缝钢管筒体内所安装预先设定的不同长度的不锈钢电极棒,在水位变化过程中与水接触或脱离,从而传递信号给后续电路,通过后续电路实现液位
8、显示、自控、满水、故障报警等,达到确保安全运行,调高供水效率的目的。系统电路简单,成本低,符合国家卫生标准。2.2水塔自动上水控制系统组成2.2.1系统工作原理框图系统工作原理框图如图1所示:低警戒水位传感器检测相关电路电动机不工作电动机工作水泵抽水水位达到上限水位传感器检测相关电路报警器报警电动机停止工作水泵停止抽水电动机不停止工作图1 系统组成框图由图1可以看出水塔自动上水系统中包含有水位检测系统,当水位低于下限液位时,启动水泵抽水,如果没有启动水泵则开始报警;当水位高于上限水位时,水泵停止抽水,如果水泵继续工作则报警,从而实现水塔水位的自动控制,并能自动完成上水与停水的全部工作循环,保证
9、水塔的水位高度始终处在一个合理的范围内。2.2.2功能原理电极式传感器安装在容器的上方,电极插入水中(上限水位C、下限水位D),使电极C对准水位的上限,电极D对准水位的下限。测量时,电极上有电压信号,当水位上升到高水位电极C以上时,该电极就把电压信号传输给后续相关电路,从而控制继电器开关停止蓄水。当水位下降到电极D以下时,该电极就没有信号传送给后续电路,继电器开始接通蓄水。因此通过水与电极接触与不接触,即可正确测量出水位高低位置,控制水位的高低,保证用户能持续用水。水塔示意图如图2:电极式传感器DCB 上限水位A 下限水位水塔图2 水塔示意图3单元电路设计3.1系统电源电路设计3.1.1三端集
10、成稳压器(1)三端集成稳压器的内部集成了一个串联型稳压电路,引入了电压负反馈稳定输出电压。三端集成稳压器根据输出电压是否可调,分为固定式和可调式;根据输出电压的极性,分为正电压输出和负电压输出。三端集成稳压器的输出端与输入端之间串接调整管,为了使调整管工作在线性状态,不论是固定式还是可调式一定要保证输入端与输出端之间最少有(23V) 的压差,小于此值时调整管进入饱和区,失去调节作用。最大压差一般不能超过40V ,否则可能会使调整管击穿。(2)对稳压器的系列与输出电压的品种比较:电路中常用的集成稳压器主要有78XX系列、79XX系列、可调集成稳压器、精密电压基准集成稳压器等。7800系列集成稳压
11、器是常用的固定正输出电压的集成稳压器,7900系列集成稳压器是常用的固定负输出电压的集成稳压器。(3)对输出电流比较:常用三端固定式稳压器和可调式稳压器的输出电流均有5A、3A、1.5、0.5、0.1A 五个档次,在型号中用字母表示输出电流的大小。H 表示5A ,T 表示3A ,无字母时表示1.5A ,M 表示0.5A ,L 表示0.1A 。可调式稳压器在使用时负载电流不能小于5mA。(4)对取得基准电压的位置作比较:三端固定式稳压器的输出端与公共端之间的电压即为型号中表示的标称电压,常规应用时即输出电压,三端可调式稳压器的输出端与调整端之间的电压为1.21.3V,称为基准电压。它是输出电压的
12、最小值,常取1.25V 进行相关计算。3.1.2电源电路工作过程电源电路由变压器将220V/50Hz电变为9V,经过二极管整流与C1的滤波作用,再经过IN4967稳压、C0的滤波可获得纹波很低的直流(DC)12V电压。直流稳压电路如图3所示:U0图3 直流稳压电路示意图3.2液位传感器电路设计电极式液位传感器的基本原理是利用水有导电性的物理性质,设置长度不等的三根导体作为具有相应功能的电极,利用液位变化的状态所形成的信号来完成把液位变化转换成相应电信号变化的电极式液位传感器的功能。液位传感器示意图如图4所示:B上限水位绝缘体A下限水位+12VVVVV水塔图4 液位传感器示意图电极式液位传感器的
13、特点是具简单、传递可靠,本设计是由一个绝缘体支架安装在水塔底部,在不同位置放置相应的传感极,最底端为供电电极,为上面的电极提供电信号,当水位到达相应的位置时所形成的电信号,就传递给后续电路,从而控制电动机的转停。3.3水塔自动上水控制系统报警显示电路设计(1)报警部分:报警电路是一个系统中必不可少的部分,它起到安全警告、预防祸患的重大作用。本设计的报警电路组成结构包括:蜂鸣器与热继电器、交流接触器的触点.此报警电路只有在水位处于下限水位以下而电机仍然没有工作和上限水位以上但是电机继续工作的情况下报警。具体分析如下:当水位下降至下限水位A以下时,接头G得电(接头E为低电位)如果此时交流接触器KM
14、1没有动作即控制线路出问题或者是电动机出现故障(监测点出自于热继电器FR),那么报警电路就会被接通,从而开始报警;当水位上升至上限水位B以上时,接头F得电如果此时交流接触器KM1没有复位,那么报警电路也就会被接通,从而开始报警。报警电路电路图如图5所示:E G FKM1FR图5 液位传感器示意图(2)显示部分:此设计的显示部分由发光二极管组成,图示见自动电路原理图,具体分析如下:当水位在下限水位A以上时,则三极管V1导通,从而使发光二极管D1导通,点亮,表示水位处于低水位以上;当水位超过上限水位B时,则三极管V2导通,从而使发光二极管D3导通,点亮,表示水位处于高水位以上。指示灯D1亮,D3不
15、亮表明水位处于正常状态;D1不亮表明处于缺水状态;D3亮表明处于过满状态。4系统电路设计4.1水塔自动上水控制系统主干电路系统主干电路主要的主要组成:电动机M、热继电器FR、熔断器FU、交流接触器常开触点KM1、KM2和开关QS。熔断器FU短路保护,热继电器FR过载保护,交流接触器KM1,KM2控制电路。系统主干电路如图6所示:图6主干电路原理图4.2水塔自动上水控制系统手动电路手动操作是将转换开关SA转换到2号位置,按下按钮SB2,交流接触器KM2得电,常开触点动作电动机开始工作,并且自锁;停止时按下按钮SB1,交流接触器KM2失电,常开触点断开,电机停止工作。手动电路如图7所示:1 SAH
16、IIIFRSB2K3KM1KM22SB1KM2图7手动电路原理图4.3水塔自动上水控制系统自动电路在水塔中有两只检测探头A和B,A是下限水位探头,B是上限水位探头,12V直流电源接到下限水位A之下的探头,它是水塔中储存水的最低水位。上限水位探头B接到晶体管V2的基极(BC547),其集电极连到12V电源,发射极经电阻R3接地,并接入与非门N2第、脚,与非门N3的输出第脚和与非门N1的第脚相连,N3第脚输入端接到N1第脚输出端,并经电阻R4与晶体管V3的基极相连,与晶体管V3发射极相连的继电器K2用来驱动电动机M。下限水位探头A连接到晶体管V1(BC547)的基极,其集电极连到12V电源,发射极
17、连到继电器K1,继电器Kl接入与非门N1的第脚。当水塔向水位在探头A以下,晶体管V1与V2均不导通,N1输出高电平,晶体管V3导通,使继电器K2有电流通过而动作,因而电动机工作,开始将水抽入水箱。当水塔的水位在探头A以上、探头B以下时,水塔中的水给晶体管V1提供了基极电压,使V1导通,继电器Kl得电吸合N1第脚为高电平,由于晶体管V2并无基极电压,而处于截止状态,N2第、脚输入为低电平,第脚输出则为高电平,而N3第脚输入端仍为高电平,因而N3第脚输出则为低电平,最终N1第脚输出为高电平,电动机继续将水抽入水塔。当水塔的水位超过上限水位B时,晶体管V1仍得到基极电压,继电器Kl吸合。N1第脚仍为
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