毕业设计（论文）-水塔水位PLC检测控制系统的设计.doc

水塔水位水塔水位 PLC 检测检测控制系控制系统统的的设计设计 摘要摘要 为解决楼宇水塔抽水自动控制问题，水塔水位控制系统是我国小区广泛应用为解决楼宇水塔抽水自动控制问题，水塔水位控制系统是我国小区广泛应用 的供水系统，传统的控制方式在控制精度低，能量消耗大的缺点，而自动控制的供水系统，传统的控制方式在控制精度低，能量消耗大的缺点，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，从而提高俄供水系统的质量。而且成本低，安装方便，经过多次试验水要求，从而提高俄供水系统的质量。而且成本低，安装方便，经过多次试验 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，水位低于下限时，水泵抽水，水位达塔水位控制系统采用交流电压检测水位，水位低于下限时，水泵抽水，水位达 到最高水位时，水泵停止抽水，水位降低到最低水位时，恢复运行抽水。从而到最高水位时，水泵停止抽水，水位降低到最低水位时，恢复运行抽水。从而 实现自动控制。实现自动控制。 不论社会的经济如何飞速发展，水在人们日常生活中起到的作用是重要的。不论社会的经济如何飞速发展，水在人们日常生活中起到的作用是重要的。 一旦缺少了水，轻则给人们带来不便，重则可能造成严重的生产事故及损失，一旦缺少了水，轻则给人们带来不便，重则可能造成严重的生产事故及损失， 从而对供水系统有饿更高的要求，满足及时，准确，安全充足的供水。如果仍从而对供水系统有饿更高的要求，满足及时，准确，安全充足的供水。如果仍 然使用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保证，由此必须进行然使用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保证，由此必须进行 自动化控制系统的改造。从而实现提供足够的水量，平稳的水压，水塔水位的自动化控制系统的改造。从而实现提供足够的水量，平稳的水压，水塔水位的 自动控制有设计成本低，高使用价值的控制器，该设计采用分立的电路实现超自动控制有设计成本低，高使用价值的控制器，该设计采用分立的电路实现超 高，低警戒水位处理，实现自动控制，而达到节能的目的，提高供水系统的质高，低警戒水位处理，实现自动控制，而达到节能的目的，提高供水系统的质 量。量。 关键字：水塔自动，检测，节能。关键字：水塔自动，检测，节能。 The water level of Water Tower PLC detection and control system design Abstract In order to achieve the goal of energy conservation，enhances the quality of the water supply system，it consider to use the technology of programmable ogic controler，the relay and the sensor，designs a set of practical water monitor plan It coordinate the software in the hardware foundation to realize the low warning water level to reportand design two kinds of working way manual and automatic Programmable controller (PLC) day by day widespread in electricity control system. Carries on the transformation using PLC to the existing electricity conteol system. May the equipment function, the efficiency, the flexibility enhance to a new level. This article introduced the water level control；electric circuit principle, the PLC elementary knowledge as well as STEP-7Mcriowin32 series PLC the characteristic and uses in the part programming part which the water level control circuit designs. With program the software according to above knowledge and some reference to use in PLC the boring lathe control circuit the design trapezoidal chart writing,then transforms the instruction list, finally debugs.Key words：water level control；manualautomatic control；programmable logic controller：relay 目录目录 第一章第一章 水塔水位控制器的介绍水塔水位控制器的介绍. 1.11.1 通过浮球开关来控制水位通过浮球开关来控制水位 -5-5 1.21.2 电子式水位开关电子式水位开关 -6 6 1.31.3 非接触式的水位开关非接触式的水位开关 -5 5 1.41.4 继电器继电器 -7 7 第二章第二章 传感器的工作原理传感器的工作原理.8 2.12.1 传感器的工作原理传感器的工作原理 -8 8 2.22.2 传感器原理结构传感器原理结构 -8 8 第三章水塔水位传感器的工作过程第三章水塔水位传感器的工作过程.9 3.13.1 传感器分类传感器分类 9 9 3.23.2 传感器的定义传感器的定义 1010 3.33.3 传感器的分类传感器的分类 1010 3.43.4 传感器的静态特性传感器的静态特性 1111 3.53.5 传器的动态特性传器的动态特性 1111 3.63.6 传感器的线性度传感器的线性度 1111 第四章液位控制器的工作原理第四章液位控制器的工作原理.13 4.14.1 液位控制器主要特点功能液位控制器主要特点功能 -1313 4.24.2 系统框图系统框图 -1515 第五章水塔水位控制器的可行性试验第五章水塔水位控制器的可行性试验.18 5.15.1 可行性试验可行性试验 -1818 5.25.2 可行性分析可行性分析 -1919 5.35.3 水塔水位自动控制工序水塔水位自动控制工序 -2020 5.4I/O5.4I/O 接口分配接口分配 -2121 5.55.5 水塔水位控制系统的水塔水位控制系统的 I/OI/O 接线图接线图 -2222 第六章水塔水位控制系统第六章水塔水位控制系统 PLC 软件设计软件设计.23 6.16.1 梯形图程序设计及工作过程分析梯形图程序设计及工作过程分析 -2323 6.26.2 梯形图的编制规则梯形图的编制规则 -2424 6.36.3 梯形图的工作过程梯形图的工作过程 -2525 第七章水塔水位控制系统第七章水塔水位控制系统 PLC 硬件设计硬件设计.27 7.17.1 水塔水位控制系统水塔水位控制系统 PLCPLC 硬件设计硬件设计 -2727 7.1.17.1.1 水塔水位控制系统设计要求水塔水位控制系统设计要求 -2727 7.1.27.1.2 水塔水控制系统的方式水塔水控制系统的方式 -2828 参考文献-29 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 1 页 第一章第一章 水塔水塔水位控制器水位控制器的介的介绍绍 水塔水位控制器是指水塔水位控制器是指应应用在家用、用在家用、机关机关单单位位、消防、学校、工厂等的水塔上、消防、学校、工厂等的水塔上进进行自行自动动水位控水位控 制的制的仪仪器，一般要求是全自器，一般要求是全自动动型，能型，能实现实现无人无人值值守，缺水自守，缺水自动补动补水，水水，水满满能自能自动动停止停止进进水。并水。并 且要求水塔水位控制器安全性能好，且要求水塔水位控制器安全性能好，稳稳定可靠。定可靠。水塔水位控制器的水塔水位控制器的选择选择是多是多样样性的，分性的，分别举别举 例例说说明：明： 1.11.1 通过浮球开关来控制水位通过浮球开关来控制水位 基本上有两种方式：一种是浮球开关基本上有两种方式：一种是浮球开关带带着一个大的着一个大的金属球金属球，浸在水中，浸在水中时时浮力大，可以控制浮力大，可以控制 两个水位，比如水两个水位，比如水满满了，浮球因了，浮球因为为浮力而上升，浮力而上升，带动带动球球阀阀运运动动，使，使阀门阀门关关闭闭，停止，停止进进水，水， 当水当水 少了，浮球下降，少了，浮球下降，阀门阀门打开，又再打开，又再进进水，如此循水，如此循环环。 。这这种方式种方式较较多多应应用在煮开水器和用在煮开水器和卫卫生生间间的的 冲水器上。冲水器上。还还有一种是有一种是带带干簧管干簧管的微型浮球开关，由外面的的微型浮球开关，由外面的带带有磁性小浮球使杆里面的干簧有磁性小浮球使杆里面的干簧 管管闭闭合，从而控制水位，多数合，从而控制水位，多数应应用在清水的水位控制，一般十几用在清水的水位控制，一般十几块钱块钱就有交易了，但易受就有交易了，但易受污污物物 影响，不适用在影响，不适用在污污水上。第二种是水上。第二种是电缆电缆式浮球开关，式浮球开关，该该装置通装置通过过一一弹弹性性电线电线与水与水泵连泵连接，可用接，可用 于水塔、水池水位高低的于水塔、水池水位高低的自自动动控制控制和缺水保和缺水保护护，允，允许许接的用接的用电电器是器是 220V,10A 左右，平衡左右，平衡锤锤或或 弹弹性性电线电线的某一固定点到浮筒的某一固定点到浮筒间间的的电线长电线长度，决定水位的高低。度，决定水位的高低。这这种水位开关价格便宜，种水位开关价格便宜，对对于于 一些要求不太一些要求不太严严格的格的场场合适用，有一定耐合适用，有一定耐污污能力。但存在能力。但存在这样这样的的问题问题：浮球易受外界：浮球易受外界杂杂物影响物影响 其其稳稳定性，特定性，特别别是是纤维纤维状的状的杂杂物物缠绕缠绕而有失而有失误误，同一小水箱里不宜使用多个，否，同一小水箱里不宜使用多个，否则则会相会相缠绕缠绕。 。 使用寿命使用寿命相相对对短些，而且多数直接接在短些，而且多数直接接在 220V,存在一定的存在一定的安全安全隐隐患患， ，终终有一天因有一天因为电线为电线破破损损而而 漏漏电伤电伤人。所以人。所以电缆电缆式浮球开关一般有式浮球开关一般有这样这样的警告：的警告：电电源源线线是本装置的完整部分，一是本装置的完整部分，一经发现电经发现电 线线受受损损，本装置，本装置应应被替被替换换，不准，不准对电线进对电线进行修理。行修理。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 2 页 1.21.2 电子式水位开关电子式水位开关 水位开关和搭配的水位控制器水位开关和搭配的水位控制器(BZ201、 、BZ202)来控制，来控制， 电电子式水位开关原理是通子式水位开关原理是通过电过电子子 探探头对头对水位水位进进行行检测检测，再由水位，再由水位检测专检测专用芯片用芯片对检测对检测到的信号到的信号进进行行处处理理,当被当被测测液体到达液体到达动动作作 点点时时，芯片，芯片输输出高或低出高或低电电平信号，再配合水位控制器，从而平信号，再配合水位控制器，从而实现对实现对液位的控制。不需浮球和干液位的控制。不需浮球和干 簧管簧管,外部无机械外部无机械动动作作,耐耐污污耐用耐用,不怕漂浮物影响，任意角度安装不怕漂浮物影响，任意角度安装,该该种水位控制器有种水位控制器有较强较强的耐的耐 污污能力和能力和较强较强的防波浪功能，适宜的防波浪功能，适宜长时间长时间浸在水中浸在水中,工作工作电压电压是直流是直流 5-24V，很安全。，很安全。这这种方式种方式 较实较实用，耐用，耐污污，寿命，寿命长长，安全。，安全。 1.31.3 非接触式的水位开关非接触式的水位开关 液位控制器的探液位控制器的探头产头产生高生高频频 超声波脉冲耦合到容器外壁。超声波脉冲耦合到容器外壁。这这个脉冲会在容器壁和液体中个脉冲会在容器壁和液体中 传传播，播，还还会被容器会被容器内表面内表面反射回来。通反射回来。通过对这过对这种反射特性的种反射特性的检测检测和和计计算，就可以判断出液位是算，就可以判断出液位是 否达到了液位控制器安装的位置。液位控制器否达到了液位控制器安装的位置。液位控制器输输出出继电继电器信号，来完成器信号，来完成对对液位的液位的监监控。主要用控。主要用 于于监测储监测储罐液面，罐液面，实现实现上下限上下限报报警或警或监测监测管道中是否有液体存在，管道中是否有液体存在，储储罐材罐材质质可以是各可以是各类类金属、金属、 金属或不金属或不发发泡塑料。泡塑料。这这种方式不受介种方式不受介质质密度、密度、介介电电常数常数、 、导电导电性、性、反射系数反射系数、 、压压力、温度、沉淀力、温度、沉淀 等因素的影响，所以适用于医等因素的影响，所以适用于医药药，石油，化工，石油，化工，电电力，食品等行力，食品等行业业的各的各类类液体液位工程控制，液体液位工程控制，对对 于有毒的、于有毒的、强强腐腐蚀蚀危危险险品液体的品液体的检测检测， ，该产该产品更是理想的品更是理想的选择选择，但在有泡沫的情况下也易出，但在有泡沫的情况下也易出现现 误动误动作。属于高档作。属于高档产产品，价格不菲品，价格不菲 1.41.4 继电器继电器 本本产产品采用集成品采用集成电电路，并路，并结结合高合高层层楼宇上、下水池的水位分楼宇上、下水池的水位分级级提升提升进进行行设计设计，具有上下水，具有上下水 池池联联合控制、水池排水及缺水保合控制、水池排水及缺水保护护等功能，可等功能，可实现实现水箱水箱补补水、排水，并有效防止水、排水，并有效防止 水池水位水池水位过过高高 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 3 页 溢出或溢出空溢出或溢出空转损转损坏。效果坏。效果还还可以，可以，这这种方式怕水垢，水垢厚了就就容易种方式怕水垢，水垢厚了就就容易误误判。判。 第第二二章章 传传感器的工作原理感器的工作原理 2.12.1 传感器传感器的工作原理的工作原理 传传感器把某种形式的能量感器把某种形式的能量转换转换成另一种形式的能量。有两成另一种形式的能量。有两类类：有源的和无源的。有源：有源的和无源的。有源传传感感 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 4 页 器能将一种能量形式直接器能将一种能量形式直接转变转变成另一种，不需要外接的能源或激励源。成另一种，不需要外接的能源或激励源。 2.1.1 无源无源传传感器感器 无源无源传传感器不能直接感器不能直接转换转换能量形式，但它能控制从另一能量形式，但它能控制从另一输输入端入端输输入的能量或激励能，入的能量或激励能，传传感感 器承担将某个器承担将某个对对象或象或过过程的特定特性程的特定特性转换转换成数量的工作。其成数量的工作。其“对对象象”可以是固体、液体或气体，可以是固体、液体或气体， 而它而它们们的状的状态态可以是静可以是静态态的，也可以是的，也可以是动态动态(指的是指的是过过程程)的。的。对对象特性被象特性被转换转换量化后可以通量化后可以通过过 多种方式多种方式检测检测。 。对对象的特性可以是物理性象的特性可以是物理性质质的，也可以是化学性的，也可以是化学性质质的。按照其工作原理，它将的。按照其工作原理，它将 对对象特性或状象特性或状态态参数参数转换转换成可成可测测定的定的电电学量，然后将此学量，然后将此电电信号分离出来，送入信号分离出来，送入传传感器系感器系统统加加 以以评测评测或或标标示。示。 2.22.2 传感器原理传感器原理结构结构 在一段特制的在一段特制的弹弹性性轴轴上粘上粘贴贴上上专专用的用的检测检测扭扭动应动应片并片并组组成成变桥变桥，即，即为为基基础础扭矩扭矩传传感器感器； ； 在在轴轴上固定着：上固定着：(1)能源能源环环形形变压变压器器的次的次级线级线圈，圈，(2)信号信号环环形形变压变压器初器初级线级线圈，圈，(3)轴轴上上 印刷印刷电电路板，路板，电电路板上包含整流路板上包含整流稳稳定定电电源、源、仪仪表表放大放大电电路路、 、V/F 变换电变换电路及信号路及信号输输出出 电电路。路。 在在传传感器的外壳上固定着：感器的外壳上固定着： 1激磁激磁电电路，路，(2)能源能源环环形形变压变压器的初器的初级线级线圈圈(输输入入)， ，(3) 信号信号环环形形变压变压器次器次级线级线圈圈 (输输出出)， ，(4)信号信号处处理理电电路路 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 5 页 第三章第三章 水塔水位水塔水位传传感器的工作感器的工作过过程程 向向传传感器提供感器提供15V 电电源，激磁源，激磁电电路中的路中的晶体振晶体振荡荡器器产产生生 400Hz 的的方波方波， ，经过经过 TDA2030 功功 率放大器率放大器即即产产生交流激磁功率生交流激磁功率电电源，通源，通过过能源能源环环形形变压变压器器 T1 从静止的初从静止的初级线级线圈圈传递传递至旋至旋转转 的次的次级线级线圈，得到的交流圈，得到的交流电电源通源通过轴过轴上的整流上的整流滤滤波波电电路路得到得到5V 的的直流直流电电源源， ，该电该电源做源做运算运算 放大器放大器 AD822 的工作的工作电电源；由基准源；由基准电电源源 AD589 与双运放与双运放 AD822 组组成的高精度成的高精度稳压电稳压电源源产产生生 4.5V 的精密直流的精密直流电电源，源，该电该电源既作源既作为为电桥电桥电电源，又作源，又作为为放大器放大器及及 V/F 转换转换器的工作器的工作电电源。源。 当当弹弹性性轴轴受扭受扭时时， ，应变桥检测应变桥检测得到的得到的 mV 级级的的应变应变信号通信号通过仪过仪表放大器表放大器 AD620 放大成放大成 1.5v1v 的的强强信号，再通信号，再通过过 V/F 转换转换器器 LM131 变换变换成成频频率信号，通率信号，通过过信号信号环环形形变压变压器器 T2 从从 旋旋转转的初的初级线级线圈圈传递传递至静止次至静止次级线级线圈，再圈，再经过经过外壳上的信号外壳上的信号处处理理电电路路滤滤波、整形即可得到与波、整形即可得到与 弹弹性性轴轴承受的承受的扭矩扭矩成正比的成正比的频频率信号，率信号，该该信号信号为为 TTL 电电平平,既可提供既可提供给专给专用用二次二次仪仪表表或或频频率率 计计显显示也可直接送示也可直接送计计算机算机处处理。理。 由于由于该该旋旋转变压转变压器器动动-静静环环之之间间只有零点几毫米的只有零点几毫米的间间隙，加之隙，加之传传感器感器轴轴上部分都密封在金上部分都密封在金 属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强强的抗干的抗干扰扰能力。能力。 3.13.1 传感器分类传感器分类 3.1.1 倾倾角角传传感器感器 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 6 页 倾倾角角传传感器在感器在军军事、航天航空、工事、航天航空、工业业自自动动化、工程机械、化、工程机械、铁铁路机路机车车、消、消费电费电子、海洋船舶等子、海洋船舶等 领领域得到广泛运用。域得到广泛运用。辉辉格公司格公司为为国内用国内用户户提供全球最全面、最提供全球最全面、最专业专业的的产产品方案品方案和服和服务务。提供超。提供超 过过 500 种种规规格的格的伺服伺服型、型、电电解解质质型、型、电电容型、容型、电电感感型、光型、光纤纤型等原理的型等原理的倾倾角角传传感器。感器。 加速度加速度传传感器感器(线线和角加速度和角加速度) 分低分低频频高精度高精度力平衡力平衡伺服型、低伺服型、低频频低成本低成本热对热对流型和中高流型和中高频电频电容式加速度容式加速度位移位移传传感器感器。 。总总 频频响范响范围围从从 DC 至至 3000Hz。 。应应用用领领域包括汽域包括汽车车运运动动控制、汽控制、汽车测试车测试、家、家电电、游、游戏产戏产品、品、办办公自公自 动动化化、 、GPS、 、PDA、手机、震、手机、震动检测动检测、建筑、建筑仪仪器以及器以及实验设备实验设备等。等。 3.1.2 红红外外温度温度传传感器感器 广泛广泛应应用于家用用于家用电电器器(微波炉、空微波炉、空调调、 、油烟机油烟机、 、吹吹风风机机、 、烤面包机烤面包机、 、电电磁炉磁炉、炒、炒锅锅、 、暖暖风风机机等等)、 、 医用医用/家用家用体温体温计计、 、办办公自公自动动化、便携式非接触化、便携式非接触红红外温度外温度传传感器、工感器、工业现场业现场温度温度测测量量仪仪器以及器以及 电电力自力自动动化等。不化等。不仅仅能提供能提供传传感器、模感器、模块块或完整的或完整的测测温温仪仪器，器，还还能根据用能根据用户户需要提供包括光学需要提供包括光学 透透镜镜、 、ASIC、算法等、算法等一一揽揽子子解决方案。解决方案。 3.23.2 传感器的定义传感器的定义 国家国家标标准准 GB7665-87 对传对传感器下的定感器下的定义义是：是：“能感受能感受规规定的被定的被测测量并按照一定的量并按照一定的规规律律转换转换 成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换转换元件元件组组成成”。 。传传感器是一种感器是一种检测检测装置，能感装置，能感 受到被受到被测测量的信息，并能将量的信息，并能将检测检测感受到的信息，按一定感受到的信息，按一定规规律律变换变换成成为电为电信号或其他所需形式信号或其他所需形式 的信息的信息输输出，以出，以满满足信息的足信息的传输传输、 、处处理、存理、存储储、 、显显示、示、记录记录和控制等要求。它是和控制等要求。它是实现实现自自动检测动检测和和 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 7 页 自自动动控制的首要控制的首要环节环节。 。 3.33.3 传感器的分类传感器的分类 目前目前对传对传感器尚无一个感器尚无一个统统一的分一的分类类方法，但比方法，但比较较常用的有如下三种：常用的有如下三种： （ （1）按）按传传感器的物理量分感器的物理量分类类，可分，可分为为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传传感器感器 （ （2）按）按传传感器工作原理分感器工作原理分类类，可分，可分为电为电阻、阻、电电容、容、电电感、感、电压电压、霍、霍尔尔、光、光电电、光、光栅栅、 、热电热电偶等偶等 传传感器。感器。 （ （3）按）按传传感器感器输输出信号的性出信号的性质质分分类类，可分，可分为为： ：输输出出为为开关量（开关量（“ ”和和 ”或或“开开”和和“关关”）的开）的开 关型关型传传感器；感器；输输出出为为模模拟拟型型传传感器；感器；输输出出为为脉冲或代脉冲或代码码的数字型的数字型传传感器。感器。 3.43.4 传传感器的静感器的静态态特性特性 传传感器的静感器的静态态特性是指特性是指对对静静态态的的输输入信号，入信号，传传感器的感器的输输出量与出量与输输入量之入量之间间所具有相互关所具有相互关 系。因系。因为这时输为这时输入量和入量和输输出量都和出量都和时间时间无关，所以它无关，所以它们们之之间间的关系，即的关系，即传传感器的静感器的静态态特性可用特性可用 一个不含一个不含时间变时间变量的代数方程，或以量的代数方程，或以输输入量作横坐入量作横坐标标，把与其，把与其对应对应的的输输出量作出量作纵纵坐坐标标而画出而画出 的特性曲的特性曲线线来描述。表征来描述。表征传传感器静感器静态态特性的主要参数有：特性的主要参数有：线线性度、灵敏度、分辨力和性度、灵敏度、分辨力和迟迟滞等。滞等。 3.53.5 传感器的动态特性传感器的动态特性 所所谓动态谓动态特性，是指特性，是指传传感器在感器在输输入入变变化化时时，它的，它的输输出的特性。在出的特性。在实际实际工作中，工作中，传传感器的感器的动态动态 特性常用它特性常用它对对某些某些标标准准输输入信号的响入信号的响应应来表示。来表示。这这是因是因为传为传感器感器对标对标准准输输入信号的响入信号的响应应容易容易 用用实验实验方法求得，并且它方法求得，并且它对标对标准准输输入信号的响入信号的响应应与它与它对对任意任意输输入信号的响入信号的响应应之之间间存在一定的存在一定的 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 8 页 关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标标准准输输入信号有入信号有阶跃阶跃信号和正弦信号两种，所信号和正弦信号两种，所 以以传传感器的感器的动态动态特性也常用特性也常用阶跃阶跃响响应应和和频频率响率响应应来表示。来表示。 3.63.6 传感器的线性度传感器的线性度 通常情况下，通常情况下，传传感器的感器的实际实际静静态态特性特性输输出是条曲出是条曲线线而非直而非直线线。在。在实际实际工作中，工作中，为为使使仪仪器器|仪仪 表表|仪仪表具有均匀刻度的表具有均匀刻度的读读数，常用一条数，常用一条拟拟合直合直线线近似地代表近似地代表实际实际的特性曲的特性曲线线、 、线线性度（非性度（非线线性性 误误差）就是差）就是这这个近似程度的一个性能指个近似程度的一个性能指标标。 。拟拟合直合直线线的的选选取有多种方法。如将零取有多种方法。如将零输输入和入和满满量程量程 输输出点相出点相连连的理的理论论直直线线作作为拟为拟合直合直线线；或将与特性曲；或将与特性曲线线上各点偏差的平方和上各点偏差的平方和为为最小的理最小的理论论直直 线线作作为拟为拟合直合直线线，此，此拟拟合直合直线线称称为为最小二乘法最小二乘法拟拟合直合直线线。 。 第四章液位控制器的工作原理第四章液位控制器的工作原理 通通过发过发射信号与接收信号的射信号与接收信号的时间时间， ，计计算算时间时间， ，计计算算传传感器与被感器与被测测物之物之间间的距离。由于在空的距离。由于在空 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 9 页 气中的气中的传传播速度是一定的，液位播速度是一定的，液位传传感器与容器的底部的距离是一定的，就可以知道被感器与容器的底部的距离是一定的，就可以知道被测测物的物的 液位。液位。 4.14.1 液位控制器主要特点功能液位控制器主要特点功能 外形小巧外形小巧紧紧凑，适合柜内凑，适合柜内导轨导轨安装。安装。 就地液位控制或就地液位控制或报报警。警。 另一突出特点另一突出特点为为可以可以检测检测调节阀调节阀的工作状的工作状态态，关，关闭严闭严不不严严(有无泄漏有无泄漏)。 。 用于用于给给排水控制的双排水控制的双电电极液位控制器极液位控制器 1、 、进进液控制液控制 液位低于下限液位低于下限时时,继电继电器吸合器吸合,红红色色报报警灯亮；警灯亮； 液位高于上限液位高于上限时时,继电继电器断开器断开,红红色色报报警灯警灯灭灭 2、排液控制、排液控制 液位高于上限液位高于上限时时,继电继电器吸合器吸合,红红色色报报警灯亮；警灯亮； 液位低于下限液位低于下限时时,继电继电器断开器断开,红红色色报报警灯警灯灭灭。 。“水塔水位自水塔水位自动动控制系控制系统统”的控制的控制对对象象为为水水泵泵，容，容 器器为为水塔或水塔或储储液罐。水位高度正常情况下控制在液罐。水位高度正常情况下控制在 C、 、D 之之间间，如，如图图 1（ （a）。）。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 10 页 当水位在低于当水位在低于 C 点点时时，水，水泵泵开始开始进进水，如水，如图图 1（ （b）。当水位高于）。当水位高于 D 点点时时，水，水泵泵停止停止进进水，如水，如图图 1（ （c）。当水位低于）。当水位低于 C 点并到达点并到达 B 点点时时就就报报警，采取手警，采取手动动启启动动水水泵泵，如，如图图 1（ （d）。当水位超）。当水位超过过 D 点并到达点并到达 E 点点时时上限上限报报警，采取警，采取强强制停止水制停止水泵泵，水位从溢流口流出，如，水位从溢流口流出，如图图 1（ （e）。）。 为为了精确的了精确的实现对实现对水位的控制，必水位的控制，必须须建立建立闭环闭环控制系控制系统统。根据水塔中的。根据水塔中的进进、出水的水位可以、出水的水位可以 自自动动控制水控制水泵泵，使水位，使水位处处于于动态动态的平衡状的平衡状态态。 。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 11 页 （ （1） ）555 定定时时器器组组成的水位自成的水位自动动控制器。控制器。图图 2 可以看出，可以看出，电电路路设计过设计过于于简单简单化，没有考化，没有考虑虑 异常情况的排除方法。例如：探异常情况的排除方法。例如：探头发头发生故障，生故障，则则此系此系统统无法无法检测检测， ，导导致水位控制器操作异常致水位控制器操作异常;没没 有有设计报设计报警警电电路，无法方便地路，无法方便地读读取水位取水位实际实际数数值值。 。 图图 2 水位自动控制系统水位自动控制系统 （ （2）用）用 51 单单片机片机设计设计的水位自的水位自动动控制系控制系统统。 。51 单单片机片机实际实际是个小的微型机，除了硬件是个小的微型机，除了硬件电电 路的搭接外，路的搭接外，还还需要需要软软件的开件的开发发和和应应用。用。这样这样会使会使设计变设计变得很繁得很繁琐琐，同，同时时从从电电磁兼容方面考磁兼容方面考虑虑， ， 软软件件设计设计存在系存在系统统地不地不稳稳定性。在定性。在实际应实际应用中，用中，为为了了满满足工厂的足工厂的实际实际条件，大部分自条件，大部分自动动化控制化控制 装置采用装置采用纯纯硬件的硬件的电电路路设计设计。此外，。此外，该电该电路不能路不能检测检测液体的液体的电导电导率，不适用水塔中液体性率，不适用水塔中液体性质质改改 变变的情况。的情况。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 12 页 4.24.2 系统框图系统框图 控制系控制系统统主要分主要分为为模模拟检测拟检测和和逻辑逻辑判断两大判断两大块块。如。如图图 4 所示，模所示，模拟检测实际拟检测实际上上测测量的是量的是 B、 、C、 、D、 、E 四个探四个探头头相相对对于于 A 点（即地）点（即地）电电位的高低，在水塔中清水里的四个探位的高低，在水塔中清水里的四个探头头 B、 、C、 、D、 、E 各点和探各点和探头头 A 点之点之间实际间实际上相当于一个可上相当于一个可变电变电阻。当阻。当电电阻阻值发值发生生变变化化时时，各点的，各点的 电电位位值值不同，通不同，通过逻辑过逻辑判断，就得到不同的判断，就得到不同的输输出，即操作控制不同的出，即操作控制不同的动动作。作。 图图 3 水塔水位控制电路水塔水位控制电路 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 13 页 图图 4 系统框图系统框图 图图 5 为为最最优优方案的原理方案的原理图图。如。如图图所示：水位正常情况下所示：水位正常情况下应处应处于于 C、 、D 之之间间，此，此时时， ，BCDE 四个探四个探 头头的的逻辑电逻辑电平平为为 0011，即保持状，即保持状态态;当水位低于当水位低于 C 点，点，处处于于 B、 、C 之之间时间时， ，BCDE 四个探四个探头头的的 逻辑电逻辑电平平为为 0111，即，即进进水状水状态态;当水位高于当水位高于 D 点，点，处处于于 D、 、E 之之间时间时， ，BCDE 四个探四个探头头的的逻辑逻辑 电电平平为为 0001，即停，即停进进状状态态;当水位低于当水位低于 B 点或水位高于点或水位高于 E 点，此点，此时时， ，BCDE 四个探四个探头头的的逻辑电逻辑电 平平为为 1111 或或 0000 时时，水塔水位的，水塔水位的报报警警电电路开始工作，路开始工作，产产生下限生下限报报警或上限警或上限报报警，即低警，即低报报和高和高 报报。 。这时这时，需要工作人，需要工作人员进员进行手行手动动关关闭报闭报警警设备设备才可以解除警才可以解除警报报。 。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 14 页 图图 5 水塔供水系统的最终连线图水塔供水系统的最终连线图 从从图图 5 中可以看出，中可以看出，B、 、C、 、D、 、E 四个探四个探头头每个都接有一个运算放大器。每个都接有一个运算放大器。实际实际运行中，当某运行中，当某 个探个探头头出出现现故障故障时时，系，系统统可以及可以及时检测时检测到，不会造成到，不会造成误动误动作的作的产产生。同生。同时时，新增了，新增了报报警确警确认电认电 路。路。这样这样，当，当误动误动作作产产生以及水塔内水位的生以及水塔内水位的过过低或者低或者过过高，都会启高，都会启动报动报警装置。一旦系警装置。一旦系统发统发生生 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 15 页 报报警，就可以及警，就可以及时时去去处处理理问题问题。 。问题处问题处理完理完毕毕之后，工作人之后，工作人员员可以手可以手动动关关闭报闭报警装置。因此，警装置。因此， 优优化的方案增化的方案增强强了系了系统统的可靠性、的可靠性、稳稳定性和定性和实实用性。用性。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 16 页 第五章水塔水位控制器的可行性第五章水塔水位控制器的可行性试验试验 5.15.1 可行性试验可行性试验 图图 6 为为水塔水位控制器的外水塔水位控制器的外观观正正视图视图，由，由电电源指示灯、源指示灯、报报警确警确认认灯、水位指示灯以及灯、水位指示灯以及报报警警 确确认认开关开关组组成。接通成。接通电电源源时时， ，电电源指示灯亮，当水塔中水深源指示灯亮，当水塔中水深处处于不同位置于不同位置时时，水位指示灯，水位指示灯 B、 、C、 、D、 、E 情况不同。情况不同。 图图 6 水塔水位控制器外观图水塔水位控制器外观图 当水位当水位处处于于 B 点之下，指示灯点之下，指示灯 B、 、C、 、D、 、E 全亮，全亮，报报警警电电路开始路开始报报警，即下限警，即下限报报警。警。 当水位当水位处处于于 B、 、C 之之间间，指示灯，指示灯 B 灭灭， ，C、 、D、 、E 亮，水亮，水泵泵开始开始进进水。水。 当水位当水位处处于于 C、 、D 之之间间，指示灯，指示灯 B、 、C 灭灭， ，C、 、D 亮，保持状亮，保持状态态，即保持，即保持进进水。水。 当水位当水位处处于于 D、 、E 之之间间，指示灯，指示灯 B、 、C、 、D 灭灭， ，E 亮，停亮，停进进状状态态，即水，即水泵泵不工作。不工作。 当水位当水位处处于于 E 点之上，指示灯点之上，指示灯 B、 、C、 、D、 、E 全全灭灭，水，水泵泵不工作，不工作，报报警警电电路开始溢出路开始溢出报报警，即警，即 上限上限报报警。警。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 17 页 报报警警电电路可以手路可以手动动关关闭闭，只要按下，只要按下报报警确警确认认开关，就可以解除开关，就可以解除报报警的蜂警的蜂鸣鸣声。此声。此时时， ，报报警确警确 认认灯亮起。灯亮起。处处理完故障理完故障时时，必，必须须关关闭报闭报警确警确认认灯，灯，报报警确警确认电认电路复位，恢复其路复位，恢复其监测监测故障的功能。故障的功能。 5.25.2 可行性分析可行性分析 此方案采用此方案采用纯纯硬件硬件电电路路设计设计，避免了，避免了软软件程序件程序设计设计中的不中的不稳稳定因素，提高了定因素，提高了实际实际运用中运用中 的可靠性。同的可靠性。同时时， ，对对于不同于不同类类型的液体，此系型的液体，此系统统均有良好的兼容性。当水塔中液体改均有良好的兼容性。当水塔中液体改变时变时，只，只 需要将需要将电电位器中的阻位器中的阻值值和和该该液体的阻液体的阻值调节值调节到一个数量到一个数量级级上就可以很方便的上就可以很方便的实现实现此液体的水此液体的水 位控制操作。位控制操作。试验证试验证明，此水塔水位控制器不明，此水塔水位控制器不