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數(shù)字電路的水塔自動(dòng)供水系統(tǒng)
數(shù)字電路的水塔自動(dòng)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(dòng)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(duì)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(duì)老式水塔的控制電路做了改進(jìn)，提高了水塔運(yùn)行的效率，體現(xiàn)出自動(dòng)化控制的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：數(shù)字電路;水塔;雙水泵;自動(dòng)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(shí)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(dòng)控制和效率低等諸多缺點(diǎn)，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(dòng)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(huì)溢出來。
整個(gè)系統(tǒng)沒有水位報(bào)警裝置。
若使用人工方式，勞動(dòng)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(huì)停止供水，這將對(duì)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(duì)以上弊病進(jìn)行了改進(jìn)，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1.1實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供水
當(dāng)水塔處于低水區(qū)時(shí)，控制系統(tǒng)控制水泵實(shí)施供水，同時(shí)黃色指示燈亮起，蜂鳴器發(fā)出1KHZ的高音頻報(bào)警信號(hào)。
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(shí)蜂鳴器發(fā)出500KHZ的音頻信號(hào)，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(shí)，綠色指示燈熄滅，紅色燈亮起。
此時(shí)，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(duì)水塔進(jìn)行供水，其優(yōu)點(diǎn)有：1)高溫作業(yè)時(shí)對(duì)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(huì)自動(dòng)工作，不會(huì)影響控制系統(tǒng)對(duì)水塔的正常供水。
1.3、調(diào)試、檢修方便
為了方便對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和維護(hù)，在設(shè)計(jì)中設(shè)有手動(dòng)供水和手動(dòng)停止按鈕。
2 數(shù)字電路水塔自動(dòng)供水控制器設(shè)計(jì)方框圖
3數(shù)字電路水塔自動(dòng)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?yàn)榈退畢^(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(dòng)繼電器K2吸合，接通M2水泵電動(dòng)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(diǎn)閉合促使IC2的相應(yīng)輸出點(diǎn)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(diǎn)電位沒有發(fā)生改變，水泵電動(dòng)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(shí)，干簧傳感器2的觸點(diǎn)閉合。
IC2的各點(diǎn)點(diǎn)位發(fā)生改變，使得VT1截止，K1釋放，M1水泵電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。
此時(shí)VT2也被迫截止，K2釋放，M2水泵電動(dòng)機(jī)停止工作。
4硬件設(shè)計(jì)
該控制器的整個(gè)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(hào)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(gè)與非門電路，組成一個(gè)音頻信號(hào)發(fā)生器電路，用以產(chǎn)生500HZ音頻信號(hào)或產(chǎn)生1KHZ音頻信號(hào)，通過VT5推動(dòng)蜂鳴器BL1發(fā)出音頻提示音。
IC2型號(hào)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(shí)還對(duì)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(hào)為CD4060，是一塊14位二進(jìn)制串行計(jì)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(gè)公共的清零端C r，只要在C r端上加一個(gè)高電位或正脈沖，即可使計(jì)數(shù)器輸出端全部為"0"低電平，并同時(shí)迫使振蕩器停振。
IC3在該控制系統(tǒng)中作計(jì)時(shí)器之用，同時(shí)還對(duì)IC1組成的音頻信號(hào)發(fā)生器實(shí)施控制。
在水泵對(duì)水塔進(jìn)行供水過程中，計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)，并控制音頻信號(hào)發(fā)生器工作。
計(jì)時(shí)器每計(jì)時(shí)20分鐘，IC3就輸出一個(gè)控制脈沖，通過IC4分別對(duì)VT1或VT2實(shí)施控制，最終使電動(dòng)機(jī)M1與M2互換工作一次。
IC4的型號(hào)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(shí)鐘控制端受控于IC3的輸出信號(hào)。
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(shí)，VT2導(dǎo)通，使繼電器K1吸合，水泵M1工作。
若在CP(時(shí)鐘控制)端加一個(gè)正向控制信號(hào)，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器就會(huì)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(shí)VT1導(dǎo)通、K1吸合、M1工作。
若在CP(時(shí)鐘控制)端再次加一個(gè)正向控制信號(hào)，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器又會(huì)翻轉(zhuǎn)，而輸出狀態(tài)卻回到通電時(shí)的工作狀態(tài)，如此循環(huán)。
系統(tǒng)中還設(shè)置了手動(dòng)開、�？刂瓢粹o。
當(dāng)按下打水按鈕S1，VT1和VT2同時(shí)得到高電位而導(dǎo)通，使繼電器K1、K2同時(shí)吸合，電動(dòng)機(jī)M1和M2同時(shí)工作打水。
當(dāng)按下停止按鈕S2，VT1和VT2同時(shí)截止，K1、K2同時(shí)釋放，M1、M2同時(shí)停止運(yùn)行。
手動(dòng)開、�？刂瓢粹o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(dòng)控制器是基于數(shù)字電路設(shè)計(jì)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(diǎn)，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)
[1]黃培鑫.電子技術(shù)應(yīng)用技能[M].北京：中國勞動(dòng)和社會(huì)保障出版社，2006.
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