數(shù)字電路的水塔自動供水系統(tǒng)

　　數(shù)字電路的水塔自動供水系統(tǒng)

　　摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們?nèi)找骊P(guān)注水資源。

　　在部分工礦企業(yè)中，生產(chǎn)、生活用水塔的重要性日益突出，直接關(guān)系到企業(yè)的正常生產(chǎn)與成本，因此根據(jù)水塔液位高低的變化進(jìn)行自動啟停機(jī)控制就顯得尤為重要。

　　而在很多地方依然沿用著以往舊式的水塔，這無疑對水塔的控制帶來了諸多不便。

　　本文中作者利用數(shù)字電路對老式水塔的控制電路做了改進(jìn)，提高了水塔運行的效率，體現(xiàn)出自動化控制的特點。

　　關(guān)鍵詞：數(shù)字電路;水塔;雙水泵;自動供水

　　引言

　　隨著生產(chǎn)擴(kuò)大及生活用水需求的增多，在部分工礦企業(yè)中水資源的消耗與管理正日益得到重視。

　　例如在生產(chǎn)過程中需要使用大量的水，為了節(jié)約生產(chǎn)成本，這些企業(yè)常抽取江、河、湖中的水使用。

　　在用水時通常需要先將水送到水塔中，使水塔中的水與地面管網(wǎng)中的水產(chǎn)生一定的落差，從而形成廠區(qū)內(nèi)的生產(chǎn)用自來水。

　　而老式的水塔存在著不能自動控制和效率低等諸多缺點，所以，本文中作者將介紹一款用數(shù)字電路來控制的水塔自動供水裝置。

　　1 老式水塔供水存在的弊端及改進(jìn)

　　由于水塔很高，水位高低不便于觀察，水少供水則供水中斷，水多則會溢出來。

　　整個系統(tǒng)沒有水位報警裝置。

　　若使用人工方式，勞動強(qiáng)度大，工作效率低，安全性難以保障。

　　水泵在工作過程中，若產(chǎn)生故障則會停止供水，這將對生產(chǎn)帶來極大的影響。

　　鑒于此，我們這款數(shù)字水塔供水系統(tǒng)對以上弊病進(jìn)行了改進(jìn)，它具有以下優(yōu)點：

　　1.1實現(xiàn)自動供水

　　當(dāng)水塔處于低水區(qū)時，控制系統(tǒng)控制水泵實施供水，同時黃色指示燈亮起，蜂鳴器發(fā)出1KHZ的高音頻報警信號。

　　當(dāng)水塔中的水量已超過低水位，進(jìn)入正常水位后，控制系統(tǒng)使黃燈熄滅，綠燈亮起，同時蜂鳴器發(fā)出500KHZ的音頻信號，水泵繼續(xù)工作。

　　當(dāng)水塔中的水量已滿，達(dá)到指定水位時，綠色指示燈熄滅，紅色燈亮起。

　　此時，蜂鳴器停止發(fā)生，水泵也停止供水。

　　1.2、雙水泵交替工作

　　采取雙水泵交替對水塔進(jìn)行供水，其優(yōu)點有：1)高溫作業(yè)時對水泵的降溫有利，2)如果其中一只水泵出現(xiàn)故障，另一只水泵也會自動工作，不會影響控制系統(tǒng)對水塔的正常供水。

　　1.3、調(diào)試、檢修方便

　　為了方便對本系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和維護(hù)，在設(shè)計中設(shè)有手動供水和手動停止按鈕。

　　2 數(shù)字電路水塔自動供水控制器設(shè)計方框圖

　　3數(shù)字電路水塔自動供水控制器控制原理

　　3.1“低水區(qū)”控制原理

　　水位在傳感器1位置以下區(qū)域為低水區(qū)。

　　低水區(qū)范圍在塔底至傳感器1之間，一般以塔高的1/4為宜。

　　IC4觸發(fā)器處于通電后導(dǎo)通狀態(tài)，由于VT2導(dǎo)通，并驅(qū)動繼電器K2吸合，接通M2水泵電動機(jī)的電源回路，使得M2繼續(xù)供水。

　　3.2“正常區(qū)”控制原理

　　當(dāng)水塔中的水位在傳感器1位置以上與傳感器2位置以下區(qū)域，為正常區(qū)。

　　由于干簧傳感器1的觸點閉合促使IC2的相應(yīng)輸出點位發(fā)生改變，顯示燈VD13亮起，IC3促使音頻震蕩持續(xù)工作。

　　由于IC4各點電位沒有發(fā)生改變，水泵電動機(jī)M2繼續(xù)工作，為水塔繼續(xù)供水。

　　3.3"滿水區(qū)"工作原理

　　當(dāng)水位屬于滿水區(qū)時，干簧傳感器2的觸點閉合。

　　IC2的各點點位發(fā)生改變，使得VT1截止，K1釋放，M1水泵電動機(jī)停止運行。

　　此時VT2也被迫截止，K2釋放，M2水泵電動機(jī)停止工作。

　　4硬件設(shè)計

　　該控制器的整個控制系統(tǒng)主要是采用了四塊數(shù)字集成電路，分別為IC1、IC2、IC3和IC4。

　　IC1型號為CD4011，是一塊四二輸入與非門集成電路。

　　在該控制系統(tǒng)中使用了其中兩個與非門電路，組成一個音頻信號發(fā)生器電路，用以產(chǎn)生500HZ音頻信號或產(chǎn)生1KHZ音頻信號，通過VT5推動蜂鳴器BL1發(fā)出音頻提示音。

　　IC2型號為CD4069，是一塊六與非門集成電路，也稱為六反相器集成電路。

　　在該控制系統(tǒng)中作A/D轉(zhuǎn)換之用。

　　IC2除了作A/D轉(zhuǎn)換之外，同時還對傳感器狀態(tài)(水塔水位狀態(tài))進(jìn)行狀態(tài)顯示。

　　IC3的型號為CD4060，是一塊14位二進(jìn)制串行計數(shù)器/分頻器集成電路。

　　振蕩器部分由外接電阻和電容構(gòu)成RC振蕩器，也可以通過外接晶體構(gòu)成高精度的晶體振蕩器。

　　CD4060還有一個公共的清零端C r，只要在C r端上加一個高電位或正脈沖，即可使計數(shù)器輸出端全部為"0"低電平，并同時迫使振蕩器停振。

　　IC3在該控制系統(tǒng)中作計時器之用，同時還對IC1組成的音頻信號發(fā)生器實施控制。

　　在水泵對水塔進(jìn)行供水過程中，計數(shù)器開始計時，并控制音頻信號發(fā)生器工作。

　　計時器每計時20分鐘，IC3就輸出一個控制脈沖，通過IC4分別對VT1或VT2實施控制，最終使電動機(jī)M1與M2互換工作一次。

　　IC4的型號為CD4013，是一塊雙主-從D型觸發(fā)器集成電路。

　　在該控制系統(tǒng)中，IC4的時鐘控制端受控于IC3的輸出信號。

　　控制系統(tǒng)通電后，IC4的初始狀態(tài)為：負(fù)Q輸出端輸出高電位"1"、正Q輸出端輸出低電位"0"。

　　此時，VT2導(dǎo)通，使繼電器K1吸合，水泵M1工作。

　　若在CP(時鐘控制)端加一個正向控制信號，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器就會翻轉(zhuǎn)。

　　使負(fù)Q端由高電位"1"變成"0";而正Q端則由低電位"0"變成了高電位"1"。

　　于是VT2截止、K2釋放、M2停止工作;此時VT1導(dǎo)通、K1吸合、M1工作。

　　若在CP(時鐘控制)端再次加一個正向控制信號，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器又會翻轉(zhuǎn)，而輸出狀態(tài)卻回到通電時的工作狀態(tài)，如此循環(huán)。

　　系統(tǒng)中還設(shè)置了手動開、停控制按鈕。

　　當(dāng)按下打水按鈕S1，VT1和VT2同時得到高電位而導(dǎo)通，使繼電器K1、K2同時吸合，電動機(jī)M1和M2同時工作打水。

　　當(dāng)按下停止按鈕S2，VT1和VT2同時截止，K1、K2同時釋放，M1、M2同時停止運行。

　　手動開、停控制按鈕的設(shè)立，方便了系統(tǒng)的調(diào)試、測試和檢修。

　　結(jié)語

　　由于這款水塔自動控制器是基于數(shù)字電路設(shè)計的，所以比分立元件的控制電路具有更穩(wěn)定、更可靠、故障率低等優(yōu)點，而且使用的元器件也比較少，從而方便了控制系統(tǒng)的安裝、調(diào)試和檢修。

　　參考文獻(xiàn)

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