大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全自動(dòng)水塔水位控制器.doc

引言我國(guó)的供水自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展已初有成效。供水自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括水廠自動(dòng)化和供水管網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化兩個(gè)方面。由水工業(yè)的社會(huì)性所決定，水工業(yè)的學(xué)科體系由多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的學(xué)科組成，包括：水質(zhì)與水處理技術(shù)、水工業(yè)工程技術(shù)、水處理基礎(chǔ)科學(xué)、水社會(huì)科學(xué)、水工業(yè)設(shè)備制造技術(shù)等，它們共同支撐著水工業(yè)的工業(yè)體系。而在這些學(xué)科中水質(zhì)與水處理技術(shù)和水工業(yè)工程技術(shù)是水工業(yè)學(xué)科體系中的主導(dǎo)學(xué)科。近幾十年來(lái)，自動(dòng)控制技術(shù)迅猛發(fā)展，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，交通運(yùn)輸，國(guó)防建設(shè)和航空，航天事業(yè)等領(lǐng)域中獲得廣泛的應(yīng)用。隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)至今已滲透到各種科學(xué)領(lǐng)域，成為促進(jìn)當(dāng)今生產(chǎn)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的重要因素。 比如在生活方面的溫度調(diào)節(jié)、濕度調(diào)節(jié)、自動(dòng)洗衣機(jī)、自動(dòng)售貨機(jī)、自動(dòng)電梯、空氣調(diào)節(jié)器、電冰箱、自動(dòng)路燈、自動(dòng)門、保安系統(tǒng)等。在工業(yè)方面主要分為兩大類：一類是氣體、液體、粉體、石油化工制藥、輕工食品、建材等行業(yè)。需要對(duì)溫度、壓力、物位、流量、成分等參數(shù)進(jìn)行控制。另一類是對(duì)已成型材料的進(jìn)一步加工或者對(duì)多種已成型材料的裝配，主要控制位移、速度、角度等參數(shù)這些都需要應(yīng)用自動(dòng)控制學(xué)科的知識(shí)?？刂评碚撘话惴譃榻?jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論兩大部分。 經(jīng)典控制理論最初稱為自動(dòng)調(diào)節(jié)原理，適用于較簡(jiǎn)單系統(tǒng)特定變量的調(diào)節(jié)。隨著后期現(xiàn)代控制理論的出現(xiàn)，故改稱為經(jīng)典控制理論。經(jīng)典控制理論以傳遞函數(shù)為數(shù)學(xué)工具研究單輸入、單輸出的自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法。主要研究方法有時(shí)域分析法、根軌跡法和頻率特性法?，F(xiàn)代控制理論的產(chǎn)生,隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，特別是空間技術(shù)和各類高速飛行器的發(fā)展，使各受控對(duì)象要求高速度、高精度，而系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，要求控制理論解決動(dòng)態(tài)耦合的多輸入多輸出、非線形以及時(shí)變系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題。此外，對(duì)控制性能的要求也在逐步提高，很多情況下要求系統(tǒng)的某種性能是最優(yōu)的，而且對(duì)環(huán)境的變化要有一定適應(yīng)能力等。這些新的要求用經(jīng)典理論是無(wú)法解決的，這同時(shí)也為現(xiàn)代控制理論的形成創(chuàng)造了條件。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，可靠性高，操作維修方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)是用于各種高層液體儲(chǔ)存的理想設(shè)備。摘要 大型水塔水箱是很多公司生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的部件，它的性能和工作質(zhì)量的優(yōu)良不僅僅對(duì)生產(chǎn)有著巨大的影響，而且也關(guān)系著生產(chǎn)的安全。在過(guò)去，大量的對(duì)水箱操作是由相應(yīng)的人員進(jìn)行操作的，這樣的人工方式帶來(lái)了很大的弊端，比如水位的控制，時(shí)刻監(jiān)控水箱的環(huán)境，夜間的監(jiān)控等等，操作員稍有疏忽，或者簡(jiǎn)易的監(jiān)則器件損壞，將帶來(lái)無(wú)法彌補(bǔ)的損失，更嚴(yán)重的會(huì)危機(jī)到生產(chǎn)人員的人身安全等。所以，對(duì)水箱控制，如果能夠使用精密的而且完全會(huì)嚴(yán)格按照生產(chǎn)規(guī)定運(yùn)行的自動(dòng)化系統(tǒng)，可以最大限度的避免事故的幾率，同時(shí)也能節(jié)省資源并能有效提高生產(chǎn)的效率。本文采用分立元件電路實(shí)現(xiàn)了水塔水位的自動(dòng)控制，設(shè)計(jì)出一種低成本、高實(shí)用價(jià)值的水塔水位控制器。采用獨(dú)立的電路實(shí)現(xiàn)超高、低水位處理，自動(dòng)控制電機(jī)電路。它能自動(dòng)完成上水停水的全部工作循環(huán)，保證液面高度始終處于較理想的范圍內(nèi)，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，靈敏度高，節(jié)約能源顯著，是用于各種高層液體儲(chǔ)存的理想設(shè)備。 一 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.設(shè)計(jì)任務(wù)： 通過(guò)對(duì)制成品的分析，畫出電路原理圖，然后仿效制成品重新制作一個(gè)全自動(dòng)水塔水位控制器。2.設(shè)計(jì)要求：（1）能夠自主分析電路，然后畫出電路原理圖；（2）會(huì)應(yīng)用protel軟件；（3）效仿制成品重新制版，做一個(gè)全自動(dòng)水塔水位控制器；（4）電路能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)切換功能；（5）整理和總結(jié)設(shè)計(jì)文檔報(bào)告；二系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)1.方案論證： 1.1概述：自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，推動(dòng)了控制理論的發(fā)展，而自動(dòng)控制理論的發(fā)展，又指導(dǎo)了控制技術(shù)的應(yīng)用，使其進(jìn)一步完善，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)和理論已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于科技、冶金、石油、化工、電子、電力、航空、航海、航天、核反應(yīng)堆等各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。 近年來(lái)，控制科學(xué)的范圍還擴(kuò)展到生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)管理和其它許多社會(huì)領(lǐng)域，并為各個(gè)學(xué)科之間的相互滲透起了促進(jìn)作用，可以毫不夸張的講，自動(dòng)控制技術(shù)和理論已經(jīng)成為現(xiàn)代化社會(huì)的不可缺少的組成部分。自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用不僅使生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，從而提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，改善勞動(dòng)條件，而且在探索新能源，發(fā)展空間技術(shù)和創(chuàng)造社會(huì)文明等方面都具有十分重要的意義。1.2自動(dòng)水塔水位控制電路方案的選擇：方案一：基于單片機(jī)的全自動(dòng)水塔水位控制器。該系統(tǒng)為一個(gè)液位控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由控制部分和執(zhí)行部分組成?？刂撇糠职▎纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)模塊、鍵盤模塊、傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、顯示模塊、電源模塊等。執(zhí)行部分主要由水泵裝置組成。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集運(yùn)算，對(duì)液位參數(shù)的設(shè)置，對(duì)采集數(shù)據(jù)的顯示和水泵裝置的控制。方案二：基于模擬電路和繼電器的搭建的全自動(dòng)水塔水位控制器。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。繼電器的種類很多，如電磁繼電器，熱繼電器，混合式繼電器，高頻繼電器，同軸繼電器，固態(tài)繼電器等。在本次設(shè)計(jì)中我們用電磁繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)其控制功能。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。 本電路采用分立元件電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)水塔水位的自動(dòng)控制，設(shè)計(jì)出一種低成本、高實(shí)用價(jià)值的水塔水位控制器。采用獨(dú)立的電路實(shí)現(xiàn)超高、低水位處理，超高水位處理，自動(dòng)控制電機(jī)電路。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我們選擇了方案二，此方案電路圖構(gòu)成簡(jiǎn)單易懂，元器件的價(jià)格便宜，性能較穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，具有經(jīng)濟(jì)前景。2.系統(tǒng)原理框圖 三系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1.總原理圖及工作原理1.1總原理圖：1.2工作原理：（1）自動(dòng)控制：1、當(dāng)水位低于中時(shí)，水位傳感點(diǎn)1、2、3均懸空， Q3、Q4 均截止，繼電器由閉合狀態(tài)變成關(guān)斷狀態(tài)，繼電器管腳2-8和3-5導(dǎo)通，抽水機(jī)工作。2、當(dāng)水位達(dá)到高時(shí)，水位傳感點(diǎn)ABC均導(dǎo)通，Q3、Q4均導(dǎo)通，繼電器由關(guān)斷變成閉合狀態(tài)，繼電器管腳2-7和3-6導(dǎo)通，抽水機(jī)停止工作。3、當(dāng)水位從高位開(kāi)始下降，未到中時(shí)，水位傳感點(diǎn)AB導(dǎo)通，C懸空，由于繼電器已經(jīng)切到2-7和3-6導(dǎo)通，Q3、Q4仍然導(dǎo)通，抽水機(jī)仍然停止工作。（2）手動(dòng)控制：由于當(dāng)切換到手動(dòng)狀態(tài)時(shí)1和3線相連，當(dāng)220V交流電經(jīng)過(guò)變壓器T1和整流橋堆F1得到直流電，直流電供給與自動(dòng)手動(dòng)按鈕的1線，3線得電，由3線的開(kāi)關(guān)來(lái)控制繼電器K1的關(guān)斷，從而來(lái)控制繼電器K2的關(guān)斷，而繼電器K2的關(guān)斷直接控制整個(gè)電路的通斷。2.單元電路設(shè)計(jì)電源電路由電源變壓器、整流二極管和濾波電容器組成。液位檢測(cè)電路由高液位電極A、低液位電極B和主電極組成。控制執(zhí)行電路由繼電器、控制晶體管和交流接觸器等元件組成。交流220V電壓經(jīng)電源變壓器降壓電容濾波后，產(chǎn)生交流12V電壓，供給控制執(zhí)行電路。四總結(jié)雖然這次畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過(guò)程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，各種元件的安裝方式，我們都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我們很大的信心，讓我們了解專業(yè)知識(shí)的同時(shí)也對(duì)本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心，無(wú)論給水系統(tǒng)還是排水系統(tǒng)，都采用了一些新的技術(shù)和設(shè)備，他們有著很多的優(yōu)越性，但同時(shí)也存在一定的不足，這些不足在一定程度上限制了我們的創(chuàng)造力。比如設(shè)計(jì)在節(jié)約水能源上就有很大的不足，在這個(gè)能源緊缺節(jié)能被高度重視的社會(huì)中，這無(wú)疑是很讓我們感到遺憾的，可這些不足正是我們?nèi)ジ玫难芯扛玫膭?chuàng)造的最大動(dòng)力，只有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題面對(duì)問(wèn)題才有可能解決問(wèn)題，不足和遺憾不會(huì)給打擊只會(huì)更好的鞭策我們前行，今后我們會(huì)多關(guān)注新技術(shù)新設(shè)備新工藝的出現(xiàn)，并爭(zhēng)取盡快的掌握這些先進(jìn)的知識(shí)，更好的為祖國(guó)奉獻(xiàn)。五心得體會(huì) 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先達(dá)到了老師預(yù)期所希望的，提升了我們自主分析電路和效仿的能力；雖然這次的設(shè)計(jì)難度不大，通過(guò)效仿重制一個(gè)作品，但是通過(guò)分析電路并畫出原理圖還是有難度，考核了對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，同時(shí)提高了對(duì)protel軟件的使用能力。畢業(yè)論文是我們學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過(guò)這次比較完整的水塔水位的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我們擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，同時(shí)也提高了我們查閱文獻(xiàn)資料，設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過(guò)對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我們很多方面的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，分析能力，效仿能力，抗壓能力及耐力也得到了不同程度的提升。這是我們希望看到也是進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，和老師的溝通時(shí)間比較多，他使我們從經(jīng)濟(jì)角度對(duì)設(shè)計(jì)有了新的認(rèn)識(shí)，也讓我們對(duì)自己提出了新的要求，提高是有限的但也是全面的，正是這次設(shè)計(jì)讓我們積累了無(wú)數(shù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使我們的頭腦更好的被知識(shí)武裝起來(lái)，也必然會(huì)讓我們?cè)谖磥?lái)的工作學(xué)習(xí)中變現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通能力和理解能力。 六致謝語(yǔ)畢業(yè)設(shè)計(jì)在緊張和忙碌中畫上了句號(hào)。在這期間我設(shè)計(jì)小組得到了指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷，對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)的指導(dǎo)，并督促我按時(shí)、按計(jì)劃的完成預(yù)計(jì)進(jìn)度。除此之外，吳老師還傳授我們一些他認(rèn)為對(duì)我們學(xué)習(xí)、工作方面有益的東西，教導(dǎo)我們?cè)趺磻?yīng)用網(wǎng)絡(luò)來(lái)查找、學(xué)習(xí)、解決問(wèn)題。正是因?yàn)閰抢蠋煹木礃I(yè)和對(duì)學(xué)生的關(guān)心才使我們的這次設(shè)計(jì)及時(shí)完成。在畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束之際，特此表示我們最真誠(chéng)的謝意，謝謝吳老師！祝您在以后的生活中身體健康、工作順利！同時(shí)，也很感謝在大學(xué)里教過(guò)和指導(dǎo)過(guò)我的老師，謝謝你們對(duì)我的栽培與關(guān)心。大學(xué)三年是我一生的重要階段，是學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)及提高各方面能力為以謀生發(fā)展的重要階段。從跨入大學(xué)的校門的那一刻起我就把這一信念作為人生的又一座右銘。在這大學(xué)生涯里有喜有憂也有悲，但這正是添加生活色彩的顏料，謝謝一路一起走過(guò)的同學(xué)們，舍友們還有朋友們，謝謝你們一直以來(lái)的幫助和支持，讓我堅(jiān)持到了最后。七參考文獻(xiàn)八附錄1.元器件清單：位 號(hào)代 號(hào)名 稱 和 型 號(hào)(基 本 數(shù) 據(jù))數(shù)