摘 要：本文闡述了自動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控制系統(tǒng)的弊端，提出改進(jìn)的設(shè)計思路，并經(jīng)過硬件設(shè)計、調(diào)試，完成了水塔水位控制器的設(shè)計。 關(guān)鍵詞：自動控制系統(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，自動化裝置無所不在，在控制技術(shù)需求的推動下，控制理論本身也取得了顯著的進(jìn)步。水塔水位的監(jiān)測和控制，再也不需要人工進(jìn)行操作。實踐證明，自動化操作，具有不可替代的應(yīng)用價值。水塔水位自動控制器，具有適應(yīng)各種液體液位的檢測和控制的功能，設(shè)計中分析了利弊，考慮了各種液體的阻值大小，是可以投入實際生產(chǎn)的產(chǎn)品。 1 設(shè)計分析： 　　“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，水泵開始進(jìn)水，如圖1（b）。當(dāng)水位高于D點(diǎn)時，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)時就報警，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)時上限報警，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)計分析示意圖[/align] 　　為了精確的實現(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)計方案的分析： 　?。?） 555定時器組成的水位自動控制器。圖2可以看出，電路設(shè)計過于簡單化，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)計報警電路，無法方便地讀取水位實際數(shù)值。 [align=center] 圖2 水位自動控制系統(tǒng)[/align] 　?。?） 用51單片機(jī)設(shè)計的水位自動控制系統(tǒng)。51單片機(jī)實際是個小的微型機(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)計變得很繁瑣，同時從電磁兼容方面考慮，軟件設(shè)計存在系統(tǒng)地不穩(wěn)定性。在實際應(yīng)用中，為了滿足工廠的實際條件，大部分自動化控制裝置采用純硬件的電路設(shè)計。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。 [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)主要分為模擬檢測和邏輯判斷兩大塊。如圖4所示，模擬檢測實際上測量的是B、C、D、E四個探頭相對于A點(diǎn)（即地）電位的高低，在水塔中清水里的四個探頭B、C、D、E各點(diǎn)和探頭A點(diǎn)之間實際上相當(dāng)于一個可變電阻。當(dāng)電阻值發(fā)生變化時，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。 [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，BCDE四個探頭的邏輯電平為0011，即保持狀態(tài);當(dāng)水位低于C點(diǎn)，處于B、C之間時，BCDE四個探頭的邏輯電平為0111，即進(jìn)水狀態(tài);當(dāng)水位高于D點(diǎn)，處于D、E之間時，BCDE四個探頭的邏輯電平為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，BCDE四個探頭的邏輯電平為1111或0000時，水塔水位的報警電路開始工作，產(chǎn)生下限報警或上限報警，即低報和高報。這時，需要工作人員進(jìn)行手動關(guān)閉報警設(shè)備才可以解除警報。 [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四個探頭每個都接有一個運(yùn)算放大器。實際運(yùn)行中，當(dāng)某個探頭出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)可以及時檢測到，不會造成誤動作的產(chǎn)生。同時，新增了報警確認(rèn)電路。這樣，當(dāng)誤動作產(chǎn)生以及水塔內(nèi)水位的過低或者過高，都會啟動報警裝置。一旦系統(tǒng)發(fā)生報警，就可以及時去處理問題。問題處理完畢之后，工作人員可以手動關(guān)閉報警裝置。因此，優(yōu)化的方案增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和實用性。 4 水塔水位控制器的可行性試驗 　　4.1可行性試驗 　　圖6為水塔水位控制器的外觀正視圖，由電源指示燈、報警確認(rèn)燈、水位指示燈以及報警確認(rèn)開關(guān)組成。接通電源時，電源指示燈亮，當(dāng)水塔中水深處于不同位置時，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，報警電路開始報警，即下限報警。 　　②當(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。 　　⑤當(dāng)水位處于E點(diǎn)之上，指示燈B、C、D、E全滅，水泵不工作，報警電路開始溢出報警，即上限報警。 　　⑥報警電路可以手動關(guān)閉，只要按下報警確認(rèn)開關(guān)，就可以解除報警的蜂鳴聲。此時，報警確認(rèn)燈亮起。處理完故障時，必須關(guān)閉報警確認(rèn)燈，報警確認(rèn)電路復(fù)位，恢復(fù)其監(jiān)測故障的功能。 　　4.2可行性分析 　　此方案采用純硬件電路設(shè)計，避免了軟件程序設(shè)計中的不穩(wěn)定因素，提高了實際運(yùn)用中的可靠性。同時，對于不同類型的液體，此系統(tǒng)均有良好的兼容性。當(dāng)水塔中液體改變時，只需要將電位器中的阻值和該液體的阻值調(diào)節(jié)到一個數(shù)量級上就可以很方便的實現(xiàn)此液體的水位控制操作。試驗證明，此水塔水位控制器不僅實現(xiàn)了對水塔水位的精確控制，而且，此系統(tǒng)更具有工業(yè)生產(chǎn)的實際性。 5 結(jié)束語 　　本文通過介紹自行設(shè)計的水塔水位控制器，系統(tǒng)地闡述了設(shè)計方案及成品試驗。試驗證明，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 　?。?）朱曉青主編.過程檢測控制技術(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)國主編.自動化專業(yè)英語.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2001年 　?。?）談?wù)穹?，自動控制專業(yè)英語.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，1999年