鍋爐儲水罐液位控制系統的創新設計

胡江平

(湖北工程職業學院，湖北 黃石 435003)

液位是現代工業生產中最基本和最常見的參數之一,尤其在飲料、發酵、溶液過濾等產業中,液位必須要實現精確控制和實時監控。

超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，因此，如果能測出超聲波在空氣中傳播時間，就能算出其傳播的距離。超聲波測距就是通過測定超聲波傳播的時間間隔來測出聲波傳送的距離。

超聲波液位測控裝置就是利用超聲波精確測距, 經超聲波傳感器將信號反饋給控制系統, 由控制系統通過調節調節閥開度來實現液位控制的裝置。

1 原液位控制裝置的結構和原理

原鍋爐儲水罐液位系統裝置的結構，如圖1 所示：

圖1 原液位控制裝置結構示意圖

其工作原理是在鍋爐儲水罐上設置型號為UQK-61 的水位控制儀，將水位控制儀安裝在儲水罐的最高溢水口位置，水位控制儀的輸出連接聲光報警器并將聲光報警器設置在值班處。其具有減少水資源浪費、節約生產成本的功效。但該裝置的缺陷在于，不能精確控制水位。

針對現有技術的不足，設計了一種安全可靠、精確度高的超聲波液位控制系統。

2 新型超聲波液位控制系統的的結構和原理

如圖2 所示，新型儲水罐液位控制系統，包括超聲波收發模塊、AT8 9 S51 單片機、顯示液位值的顯示模塊以及進水閥門，所述超聲波收發模塊置于所述容器之上，所述超聲波收發模塊與所述單片機電性連接，所述單片機輸出端分別與顯示模塊以及進水閥門連接。本實用新型還包括出水閥門，單片機輸出端與該出水閥門連接。所述顯示模塊包括當前液位顯示模塊與設定液位顯示模塊。優選地，所述進、出水閥門為電磁閥。優選地，所述超聲波收發模塊包括超聲波發射器和超聲波接收器。

圖2 新型液位控制系統結構示意圖

此外，新型儲水罐液位控制系統還包括紅外遠程控制模塊，所述紅外遠程控制模塊的信號輸出端與所述單片機的輸入端連接。所述紅外遠程控制模塊上設有用于控制液位升高或降低的按鍵。

新型超聲波液位測控系統控制原理為：液位控制系統的控制目的是容器內液位保持恒定，假如管道中的壓力是恒定的，管道閥門的開度對應一定的液體流量，這時為了保持液位恒定，只須測量當前液位，并與液位設定值進行比較，利用二者的偏差以PID控制規律控制管道閥門的開度。系統比對設定的液位值和當前的值，如果實際液位不等于設定液位則系統會自動控制進水、出水閥門調節液位，直至相差不大于1cm時關閉閥門。紅外遠程控制模塊上控制液位升高或降低的按鍵用于直接控制進水閥門和出水閥門的開關。

在本設計中，超聲波模塊距離.儲水罐底部距離為120cm,液位最大高度設置為100cm，故液位達到最高時，液位距離超聲波模塊有20cm距離。系統在0～100cm范圍可自由調整液位高度，并實時在數碼管上顯示當前液位高度。

本設計的控制步驟為：根據實際需要，在單片機中設定液位值，超聲波收發模塊掃描得到的當前液位值與設定液位值做比較，若高于設定值，則由單片機向出水閥發出打開指令，直至相差不大于1cm時關閉閥門，此時，紅外遠程控制模塊向單片機發出信號，通過按鍵直接控制進水閥門和出水閥門的開關，直到當前液位值與設定液位值相同。相反，若低于設定值，則由單片機向進水閥發出打開指令，直至液位差相差不大于1cm時關閉閥門，此時，紅外遠程控制模塊向單片機發出信號，通過按鍵直接控制進水閥門和出水閥門的開關，直到當前液位值與設定液位值相同。

3 結語

本設計方案較現有技術相比，具有以下優點及有益效果：①結構簡單、安裝方便、測量精度高；②通過超聲波非接觸測量，液體的物理化學性質的適應性極強，安全可靠，適用性廣。

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