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1、水箱水位闭环电子控制系统的设计和应用水箱水位闭环电子控制系统的设计和应用（三）水塔水位自动控制系统设计（三）水塔水位自动控制系统设计为了便于设计的实施和制作，计划设计制作一个水塔水位自动控制系统模型。1、设计要求：（1）设计和制作一个水塔水位闭环电子控制系统的模型。（2）能全真模拟水塔中水位的自动控制。2、设计分析：（1）根据对设计要求的分析，要求当水塔水位达到高水位时要启动水泵供水，当水塔水位低到水塔低水位时能自动关闭水泵，因此必须对水位进行检测，并能反馈所测的结果，实现这一控制需要采用闭环电子控制系统。（2）根据水塔水位闭环电子控制系统方框图，设计出合适的输入、控制器（处理） 、执行器、被
2、控对象、检测装置的实用电路、电子元器件、设备等。输入由三根裸露的硬铜电线组成水位探头，如右图所示，其中 A 是零水位探头，B 是低水位探头，用来探测水塔低水位，C 是高水位探头，用来探测水塔高水位。调整探头位置，可以预置水塔中的高低水位位置。控制器（处理）它由集成电路等组成，根据预置的高、低水位和水位传感器反馈的水塔实际水位信号进行比较，再经判断，发出向水塔送水或停止送水的指令。执行器执行器由电磁继电器、水泵等组成，其中电磁继电器控制水泵的开和关，水泵将水池中的水送入水塔。被控对象被控对象是水塔及水塔中的水位。检测装置三根水位探头组成一个传感器，对水塔水位随时进行检测，并把信号反馈至比较器。3
3、、设计方案：AB Ccba高水位高水位低水位低水位水塔水塔水塔中的水位探头水塔中的水位探头输入输入 （设设定定水水位位）控制器控制器 （集集成成 电电路路）执行器执行器 （水泵水泵）控制对象控制对象 （水塔水塔）控制量控制量 (水流量）水流量）输出输出 (实际水位实际水位）检测装置检测装置 (水位探头水位探头)（1）水塔水位闭环电子控制系统示意图（2）水塔水位闭环电子控制系统工作过程接通整个系统的电源。当水位传感器中的低水位探头 B 探测到水塔中的水位处于低水位状态时，它立即把这个信号送入比较器，经比较器比较后，产生一个触发电压，控制器受到触发后，发出进水的指令信号，指令经输出接口电路放大后推
4、动继电器动作，接通水泵电源，水泵开始向水塔供水。注水后的水塔水位不断升高，当水位升高到 c 时，水面与水位传感器的高水位探头 C 接触，立即产生一个电信号，并把信号反馈给比较器，比较器比较后产生一个触发电压，控制器发出停止进水指令，电磁继电器立即关闭电动机的电源，水泵停止供水。当水塔水位降到低水位 b 以下时，便重复的控制，这样不断循环，从而使水塔源源不断地供水。（四）选择、制作电子元件和器材（四）选择、制作电子元件和器材水位闭环电子控制系统示意水位闭环电子控制系统示意图控制器控制器 水泵水泵水塔水塔进水管进水管放水管放水管水位探头水位探头水池水池完成设计后，就面临着如何选择电子元件和自制器材
5、，这也是完成控制系统模型制作的重要环节。（1）控制器电子元件的选择组成控制器控制系统的电路，可以有三种选择，一是用晶体管组成控制系统电路（见附件 1） ；二是用集成电路组成控制系统的电路，如可用 JN6201 集成电路或CB7555 集成电路（见附件 2） ；三是采用定型产品液位继电器（右图） 。第一种是要用二极管三极管等晶体管材料自已组装成电路，第二种是购买现成的集成电路板，第三种液位继电器是定型产品，质量可靠，已经把集成电路和继电器做在一起，可以直接控制小功率电器。从电路的稳定性、便于安装考虑，我们选择了第三种液位继电器作为控制电路。（2）执行器的选择执行器主要由电机和水泵组成，水泵的种类
6、有很多，如；离心泵、活塞泵、齿轮泵、潜水泵、管道泵等（见附件 3） 。因离心泵要加自动引水装置（小区、单位等供水量大的一般都用离心泵，而且目前自动加引水装置技术也已成熟，有各种不同的类型和原理，见附件 4、5） ，潜水泵不便安装，经考虑我们选择了不用加引水，而且效率较高且体积较小的齿轮泵。（3）被控对象水塔的选择水塔选用了透明的又便于安装传感器的塑料瓶代替（右图） 。水塔下的阀门用小球阀（要注意和出水管径相一至） ，水池用一个长方形的塑料盆代替（见附件 8） 。（4）检测装置的选择目前实际中使用的有用三根导线作探头的水塔水塔水位探头水位探头液位继电器液位继电器齿轮泵齿轮泵也有用干簧管的，干簧管
7、一般用于大型水塔（原理图见附件 6） ，我们选择成本较低的三根硬铜线作探头，用比较粗的铜心护套线中导线来制作，既实用又经济。（五）安装和调试（五）安装和调试在准备了以上元器件后，便进入安装调试阶段，为了少走弯路，分了以下几个步骤。（1）连通电路：简单地把控制系统电路连接起来（见附件 7） 。（2）将探头放入水杯中，水泵进水管放入有水的盆中，接通电源，此时水泵工作，将水打入有探头的杯中，当水位到达高水位时，水泵能自动停止工作。这时减少杯中的水到低水位时，水泵又开始工作，试验成功。（3）在初步成功后，对系统进行了优化，并按示意图进行组装，不但要考虑安装的正确，还要考虑布局的美观，最后我们终于设计和
8、制作成功（下图） 。安装安装（六）供水控制系统自动化发展前景和趋势（六）供水控制系统自动化发展前景和趋势随着科学的发展和技术的进步，一种新的高科技的供水控制系统模式，已在一些高档楼盘投入使用，这种被称为“二次加压”的新模式，已取消了水塔供水的二次供水模式，而采用了二次加压，水厂的水供到用户水池，由水泵直接向各家各户供水，这种技术的核心是，水泵用的是变频水泵（和变频空调同一原理） ，当用户用水量大时，管道内压力降低，水泵转速加快，以保证管道内的压力，当用户用水量减少时，管道内压力增高，水泵转速减慢，能始终保持管道内的压力，从而保证各户的正常用水。这种供水模式的优点是不用水塔，减少了水的二次污染的
9、可能，目前长兴“国际花园”等高档楼盘已用上了这种供水模式。缺点是一次性投资较大，设备的技术维护费用增加，但这是一种发展趋势。但目前水箱水位闭环电子控制系统在用水量不大的单位、农村，矿井地下水的排泄等场所仍有广阔的空间，在若干年内两种模式将共存发展，相信会有更现代化的供水模式产生，因为科学和技术的发展是无限的。四、四、水箱水位闭环电子控制系统使用说明书水箱水位闭环电子控制系统使用说明书1、通过注水口向水池（方盆）中注入半池水。2、关闭水塔下阀门。3、接通电源后打开电源开关。4、水泵开始供水，当水位到达高水位时水泵自动关闭，停止供水。5、打开水塔下的阀门。6、水塔开始放水，到达低水位时，水泵自动启
10、动，向水塔供水。7、把水塔下阀门适当关小（放水速度小于供水速度） 。8、此后便进入自动循环状态，到高水位时水泵停止工作，低水位时自动启动水泵。五、设计感言五、设计感言二次加压新模式二次加压新模式经过这次设计，我们深深地感到综合实践活动的重要性，我们经历了调查、了解、收集资料、分析问题、研究问题、解决问题、通过交流展示各自的研究成果等全过程。培养了我们的问题意识，培养了我们的收集、处理信息的能力，培养了我们的动手实践能力，培养了我们的合作意识，培养了我们的社会责任感。所有的这一切将使我们终身受益。在设计中我们遇到了不少的困难，明显感觉到自己的知识很匮乏，增强了我们学习的动力，明确了学习的目的性。
11、我们希望综合实践活动开展的越来越好，我们将动员更多的同学加入到这个活动中来。参考文献：参考文献：1顾建军， 电子控制技术 ，江苏教育出版社，2004 年 12 月第 1 版2顾建军， 技术与设计 ，江苏教育出版社，2004 年 8 月第 1 版附件附件 1：晶体管组成的水箱闭环控制系统电路图 附件附件 2-1：JN6201 集成电路组成的水箱闭环控制系统电路图附件附件 2-2：CB7555 集成电路组成的水箱闭环控制系统电路图附件附件 3：各式水泵：各式水泵1、潜水泵：2、离心泵：附附件件 4：真空真空引水引水装置图装置图（实现从真空引水到水泵启动过程全自动控制 ）附件附件 5：离心式水泵自动
12、引水装置原理：离心式水泵自动引水装置原理真空引水罐真空引水罐水泵水泵供水供水 补水补水水池水池上水管上水管说明： 当水泵工作时，先抽走真空引水罐中的水，使真空引水罐中形成真空区， 迫使水池中的水进入真空引水罐，从而有效的解决了水泵的抽空问题。这种离 心式水泵自动引水装置在实际中广泛应用。附件附件 6：干簧式水（液）位自动控制器原理图：干簧式水（液）位自动控制器原理图工作原理：工作原理：当水位到低水位时，磁性浮球下降到低水位，干簧管闭合，使继电器工作，水泵启动。当水位到高水位时，磁性浮球上降到高水位，干簧管断开，使继电器断开，水泵停止工作。能始终发出高水位停泵，低水位开泵信号，达到自动控制水位的目的。附件附件 7：控制系统电路安装过程：继电器继电器磁性传感器（干簧管）磁性传感器（干簧管） （常闭触点）（常闭触点）磁性传感器（干簧管）磁性传感器（干簧管） （常开触点）（常开触点）套管套管磁性浮球磁性浮球水泵水泵水塔水塔低水位低水位 高水位高水位 附件附件 8：水池：水池
