水塔水位自動控制系統仿真設計

韓璐斌，胡小峰

（西北民族大學電氣工程學院，甘肅 蘭州 730124）

1 課題背景

水塔水位自動控制裝置在工業生產和日常生活中具有十分廣泛的應用，其中就有水塔以及樓房水箱的應用。微機式控制裝置成本昂貴，但具有操作方便的特點，浮子開關式控制裝置的維護較為困難，這歸因于它的機械式結構。這些控制裝置都存在一些缺點，因此本設計以實用性和經濟性為標準，簡化裝置結構，實現了維護的便利性，并利用一些方法克服了其他系統存在的缺陷。同時，本次設計通過電路處理來進行輸入與輸出工作，真正做到處理效果與處理能力全面優化[1]。該系統降低了成本，在很多場合下均可采用。該系統通過對水位高低的判斷，實現對電機運行狀態的指示，主要采用了74LS147 優先編碼器來實現水位的控制工作。

2 總體設計

該系統由兩大部分組成，分別為控制檢測部分和驅動電路部分。控制檢測部分實現對水位的檢測并將電平信號發送至驅動控制電路，驅動控制電路由74LS147 以及水泵電動機構成。本水塔水位控制系統由四個水位檢測輸入組成，分別以H1、H2、H3、H4 為對應的順序。

2.1 水位控制檢測部分

該部分水位與電機開與關的關系為：當水位低于H1 時，打開水泵M1 和M2；當水位由H1 上升至H3 時，關掉水泵M1；當水位高于H4 時，關掉兩臺水泵；當水位由H4 降至H2 時，打開水泵M1。

2.2 驅動電路處理模塊

驅動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 時使兩臺電機工作，水位升到H3 時使一臺電機停止工作，水位升到H4時兩臺電機停止工作。當水塔處于不同水位時，把測得的水位變化轉換成相應的電平信號，主控電路根據電平信號經74LS147 編碼器編碼后，實現對電機的控制。

此外，它能實現對相應水位顯示以及故障報警的功能。水塔水位自動控制功能的實現經過信號產生、處理、控制的過程。

3 系統仿真軟件

Multisim 交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真，Multism 軟件進行仿真分析，加深對時序邏輯電路設計過程的理解[2]。此次設計就是應用此仿真軟件進行電路仿真搭建。

4 系統的仿真

4.1 系統仿真電路

圖1 為系統仿真電路圖。

4.2 系統仿真結果

當水位低于H1 時，打開水泵M1、M2，同時向水塔注水，如圖2 所示。

當水位由H1 上升至H3 時，關掉水泵M1，水泵M2 繼續向水塔注水，如圖3 所示。

當水位高于H4 時，關掉兩臺水泵M1、M2。

圖1 系統仿真電路圖

圖2 效果圖

圖3 效果圖

5 結 論

此設計對水塔水位的檢測和控制能起到一定的作用，有效地降低水塔水位過高或過低對工業生產所帶來的隱患。隨著社會對工業生產效率要求的提高，對于水塔水位自動控制系統的要求也在同步提升，將水塔水位的控制與自動控制系統結合到一起能夠大幅度提升生產的安全性和有效性，具有較好的市場前景。