水塔水位自动控制系统设计

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绪论

现今社会，自动化装置无所不在，在控制技术需求的推动下，控制理论本身也取得了显著的进步。水塔水位的监测和控制，再也不需要人工进行操作。实践证明，自动化操作，具有不可替代的应用价值。水塔水位自动控制器，具有适应各种液体液位的检测和控制的功能，设计中分析了利弊，考虑了各种液体的阻值大小，是可以投入实际生产的产品。水塔水位自动控制装置种类很多,如555 定时器组成的施密特触发器控制水位高低检测电路,51单片机设计的水位自动控制系统等. 但都存在一些问题,如当水塔中用于检测水位高低的探头发生故障时,555 定时器组成的施密特触发器控制电路无法检测,从而导致操作错误;51 单片机设计的电路结构复杂,除了搭接硬件电路外,还需要软件程序的设计,当系统受到外界干扰的时候,系统本身的稳定性就会变差， 针对以上问题,本文实现了在恶劣的条件下能自动调节水位高低、手动解除报警装置、检测探头好坏的水塔水位控制器. 同时,通过调节电位器中的阻值,该控制器能够适应多种液体液位的检测。

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刘超 水塔水位自动控制报警系统设计

第一章系统方案

第一节 方案论证

现代控制理论本质上是时域法，是建立在状态空间基础上的，它不用传递函数，而是用状态向量方程作基本工具，从而大大简化了数学表达方式，因此原则上可以分析多输出、非线形以及时变系统。

自动控制技术的应用，推动了控制理论的发展，而自动控制理论的发展，又指导了控制技术的应用，使其进一步完善，随着科学技术的发展，自动控制技术和理论已经广泛的应用于科技、冶金、石油、化工、电子、电力、航空、航海、航天、核反应堆等各个学科领域。

近年来，控制科学的范围还扩展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会领域，并为各个学科之间的相互渗透起了促进作用，可以毫不夸张的讲，自动控制技术和理论已经成为现代化社会的不可缺少的组成部分。自动控制技术的应用于不公使生产过程自动化，从而提高生产率和产品质量，降低成本，提高经济效益，改善劳动条件，而且在探索新能源，发展空间技术和创造社会文明等方面具有十分重要的意义。

第二节 水塔水位自动控制报警系统

水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统，传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点，而自动控制原理，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，保持水压恒定以满足用水要求，从而提高了供水系统的质量。而且成本低，安装方便，经过多次实验证明，灵敏性好，是节约水源，方便家庭和单位控制水塔水位的理想装置，水塔水位控制系统采用交流电压检测水位，水位低于下限B点水位时，水

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泵抽水，水位达到最高水位线D时，水泵停止抽水，水位降低到最低水位线B以下时，恢复运行抽水，从而实现自动控制。

该系统采用分立元件电路实现了水塔水位的自动控制，设计出一种低成本、高实用价值的水塔水位控制器。采用分立的电路实现超高、低水位处理，自动控制电机电路。它能自动完成上水停水的全部工作循环，保证液面高度始终处于较理想的范围内，它结构简单，制造成本低，灵敏度高，节约能源显著，是用于各种高层液体储存的理想设备。

第三节 水塔水位发展与应用

我国的水工业科技发展较快，与国际先进水平的差距正在不断缩小，水工业科技体系已初步形成，拥有一支从事水工业基础科学研究、应用研究、产品研制和工程产业化开发的科技队伍。但是，在水工业科技领域普遍存在着实用性差、转化率低的情况。这已成为制约我国水工业产业化发展的关键。在水工业科技产业化大潮到来之际，认真分析我国水工业科技发展历程，总结我国水工业科技的特点和特长是寻找水工业产业化突破口的关键。目前，我国的供水自动化系统发展已初有成效。供水自动化系统主要包括水厂自动化和供水管网高度自动化两个方面。

水行业是推动水科技产业化的龙头。给水行业是城市基础设施投资的主要方向之一，在体制上，供水企业体制的变革已成为市场化发展的必然；在技术上，供水行业则面临着关键给水装备国产化、工艺技术成套设备化、自动控制现代化的迫切的技术要求。优质供水是水工业市场化发展的新增长点，同时要倡导节约用水，提高水的重复利用率，并逐步建立完善的水工业学科体系。完善的水工业学科体系是水工业产业发展的必要保证，传统的给水排水工程学科体系已难以包还水工业的丰富内涵，已不能很好地适应水工业发展的需要，而水工业学科体系正是在给水排水工程学科组成，包括：水质与水处理技术、水工业工程技术、水处理基础科学、水社会科学、水工业设备制造技术等，它们共同支撑着水工业的工业体系，而在这些学科中水质与水处理技术和水工业工程技术是水工业学科体系中的主导学科。

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刘超 水塔水位自动控制报警系统设计

第二章 系统设计

第一节 设计分析

水塔水位自动控制系统主要完成的功能是对水塔水位的自动控制及检测. 本文拟通过4 个探头对水塔水位进行采样,分析采集的水位信号,控制电机水泵的开启、停止,实现水位的调节. 4 个探头分别用B 、C、D、E 表示,放置在水塔中,如图1 所示. 4 个探头采集的水位信号通过T TL 电路判断输出,可以判断水塔内水位的高度. 水位允许在已设置的上、下水位范围内变化. 即水位高度正常情况应控制在C、D 之间,如图1 (a) ;当水位低于C 点、高于B 点时,电机启动,带动水泵工作,进水阀门打开,水塔内处于进水状态,如图1 (b) ;当水位高于D 点时、低于E 点时,电机关闭,水泵停止工作,关闭进水阀门,水塔内处于停进状态,如图1 (c) ;当水位低于C 点并到达B 点时,就发出C 探头故障报警,采取手动启动电机,如图1 (d) ;当水位超过D 点并到达E 点时,发出D 探头故障报警,采取手动关闭电机,水位从溢流口流出,如图1(e)

第二节 系统框图

为了精确地实现对水位的控制,必须建立闭环控制系统. 根据水塔中的进、出水的水位可以自动控制水泵运行与停止,使水位处于动态的平衡状态. 控制系统主要分为

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