水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)

韓璐斌，胡小峰

（西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730124）

1 課題背景

水塔水位自動(dòng)控制裝置在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中具有十分廣泛的應(yīng)用，其中就有水塔以及樓房水箱的應(yīng)用。微機(jī)式控制裝置成本昂貴，但具有操作方便的特點(diǎn)，浮子開(kāi)關(guān)式控制裝置的維護(hù)較為困難，這歸因于它的機(jī)械式結(jié)構(gòu)。這些控制裝置都存在一些缺點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)以實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性為標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)化裝置結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了維護(hù)的便利性，并利用一些方法克服了其他系統(tǒng)存在的缺陷。同時(shí)，本次設(shè)計(jì)通過(guò)電路處理來(lái)進(jìn)行輸入與輸出工作，真正做到處理效果與處理能力全面優(yōu)化[1]。該系統(tǒng)降低了成本，在很多場(chǎng)合下均可采用。該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)水位高低的判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的指示，主要采用了74LS147 優(yōu)先編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)水位的控制工作。

2 總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)由兩大部分組成，分別為控制檢測(cè)部分和驅(qū)動(dòng)電路部分?？刂茩z測(cè)部分實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的檢測(cè)并將電平信號(hào)發(fā)送至驅(qū)動(dòng)控制電路，驅(qū)動(dòng)控制電路由74LS147 以及水泵電動(dòng)機(jī)構(gòu)成。本水塔水位控制系統(tǒng)由四個(gè)水位檢測(cè)輸入組成，分別以H1、H2、H3、H4 為對(duì)應(yīng)的順序。

2.1 水位控制檢測(cè)部分

該部分水位與電機(jī)開(kāi)與關(guān)的關(guān)系為：當(dāng)水位低于H1 時(shí)，打開(kāi)水泵M1 和M2；當(dāng)水位由H1 上升至H3 時(shí)，關(guān)掉水泵M1；當(dāng)水位高于H4 時(shí)，關(guān)掉兩臺(tái)水泵；當(dāng)水位由H4 降至H2 時(shí)，打開(kāi)水泵M1。

2.2 驅(qū)動(dòng)電路處理模塊

驅(qū)動(dòng)控制電路處理模塊需要將水塔水位控制在H1至H4 水位之間，具體為水位低于H1 時(shí)使兩臺(tái)電機(jī)工作，水位升到H3 時(shí)使一臺(tái)電機(jī)停止工作，水位升到H4時(shí)兩臺(tái)電機(jī)停止工作。當(dāng)水塔處于不同水位時(shí)，把測(cè)得的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電平信號(hào)，主控電路根據(jù)電平信號(hào)經(jīng)74LS147 編碼器編碼后，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。

此外，它能實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)水位顯示以及故障報(bào)警的功能。水塔水位自動(dòng)控制功能的實(shí)現(xiàn)經(jīng)過(guò)信號(hào)產(chǎn)生、處理、控制的過(guò)程。

3 系統(tǒng)仿真軟件

Multisim 交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路進(jìn)行仿真，Multism 軟件進(jìn)行仿真分析，加深對(duì)時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)過(guò)程的理解[2]。此次設(shè)計(jì)就是應(yīng)用此仿真軟件進(jìn)行電路仿真搭建。

4 系統(tǒng)的仿真

4.1 系統(tǒng)仿真電路

圖1 為系統(tǒng)仿真電路圖。

4.2 系統(tǒng)仿真結(jié)果

當(dāng)水位低于H1 時(shí)，打開(kāi)水泵M1、M2，同時(shí)向水塔注水，如圖2 所示。

當(dāng)水位由H1 上升至H3 時(shí)，關(guān)掉水泵M1，水泵M2 繼續(xù)向水塔注水，如圖3 所示。

當(dāng)水位高于H4 時(shí)，關(guān)掉兩臺(tái)水泵M1、M2。

圖1 系統(tǒng)仿真電路圖

圖2 效果圖

圖3 效果圖

5 結(jié) 論

此設(shè)計(jì)對(duì)水塔水位的檢測(cè)和控制能起到一定的作用，有效地降低水塔水位過(guò)高或過(guò)低對(duì)工業(yè)生產(chǎn)所帶來(lái)的隱患。隨著社會(huì)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)效率要求的提高，對(duì)于水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求也在同步提升，將水塔水位的控制與自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)合到一起能夠大幅度提升生產(chǎn)的安全性和有效性，具有較好的市場(chǎng)前景。