自动水位控制系统设计

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1、冃

2、J§自动化专业主要研究的是自动控制的原理和方法，自动化单元技术和集成技术及其在各类控制系统中的应用。它以口动控制理论为基础，以电了技术、电力电了技术、传感器技术、计算机技术、网络与通信技术为主要工具，面向工业生产过程门动控制及各行业、各部门的自动化。它具有“控（制）管（理）结合，强（电）弱（电）并重，软（件）硕（件）兼施”鲜明的特点，是理、工、文、管多学科交叉的宽口径工科专业。学生在毕业后能从事自动控制、自动化、信号与数据处理及计算机应用等方面的技术工作。此设计是为学院教学大楼全自动水位控制系统的开发，利用P

3、LC系统对水位进行及时的调整。原来的控制系统在全校用水高峰时，会出现水流很小的情况。而且向楼顶水箱送水的水泵一直处于频繁工作状态，使得液位传感器因频繁使用，容易损坏。针对这一状况我们在楼顶的水箱内加了七个液位传感器，编制PLC控制程序，通过三菱FX2N可编程序控制器，根据水箱内液位传感器检测到的信号对水泵电动机进行控制。通过对学院教学大楼每日用水需求量和用水高峰时段用水量的实际调查，楼顶的水箱设计为长2米、宽2米、高2.5米，而地下水源蓄储室则是楼顶水箱容积的4倍，即满足正常供水，又不会造成水的滞留。三相异步电动

4、机与水泵装置在地下水源蓄储室的旁边,可以方便进水与机械维修。楼顶水箱与地卜•工作间用两根上水管（消防管、生活用水管且消防管是生活用水管直径的2倍）和连，即是楼顶水箱的供水管。楼顶水箱内的水位状态通过液位传感器向PLC传送开关量信号，PLC按照预定程序控制水泵的运行状态，即进水量。注满水后能自动停止进水。当用水量增大时，PLC按照预定程序控制水泵的运行状态,即加人进水量，使水箱水位基本保持。供水系统框图如下图所示。整套系统虽然结构简单,但是它集节水和节能等优点，给师生员工的生活带来了方便。地卜'蓄水室楼顶水箱第一章

5、自动水位控制系统理论概述1.1水泵1.1.1水泵的分类及泵的性能参数泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液休，使液休能量增加。泵的种类繁多，有不同的结构特点和使用范围，根据工作原理可分成三类：叶片泵、容积泵、喷射泵。叶片泵是利用叶轮的叶片来输送液体的，如离心泵、混流泵、轴流泵和旋涡泵等。本次设计采用的是离心泵，所以下面详述一下离心泵。离心泵的主要性能参数(1)泵的流量流量是泵在单位时间内所抽送液体的数量，有体积流量和重量流量两种表示方法。常用的流量是体积流量，以0表示，其单位是m

6、3/ho重量流量以G表示，其单位是kgf/hoG与Q的关系是G二yQ(1-1)式中了-液体重度(kgf/n?)0-泵的流量(m3/h)(2)泵的扬程扬程是单位重量的液体通过泵后获得的能量，有的也称总扬程或全扬程，通常用所抽送液体的液柱高度H表示，其单位是叽(3)泵的转速转速是指泵的转子每分钟旋转的圈数，以〃表示，其单位是r/mino(4)泵的功率叶片泵的功率是指泵的轴功率，也是原动机传给泵的功率，用P表示，单位是kW。泵的输出功率，也称有效功率，用/V表示，它是单位时间内泵输送出去的液体从泵中获得的冇效能量。的习

7、惯计算式为:式屮了-液体重度(kgf/m3)(5)泵的效率吨側)泵的流量(m3/h)(1-2)H-泵的扬程(m)叶片泵的轴功率P与冇效功率的差值，是泵工作时损失的功率。其大小用效率来衡量。效率是屁与P的比值，以〃表示，〃的计算式为〃二等我们知道泵的有效功率屁(或流量Q、扬程H）和效率〃后，就可以计算出泵的轴功率：P=—=^L（kW）（1-3）〃102〃（6）泵的比转数斤，比转数么是水力机械的一个重要参数。但了解该参数前，必须搞清楚相似定律。当离心泵出口阀关小后，由于扬程不变，流量减少，那么泵的电流减小，如果是全关

8、则电流最小，但略大于空转，因为水有阻力的。离心泵电流最小的时候，是空转的时候，即泵体内什么水都没有，和大气直接连接,泵轮空转（当然潜水泵这样长时间转是会导致过热损坏的，而且即便是普通的泵，这样转也不好）。而离心泵电流最大的时候，是当进口连接源物，比如水，而出口不加以限制，比如直接和大气相连，连管道都不接，这个时候，流量最大，泵的电流将最大。但是，一般厂家的水泵，匹配的电机都是按照额定流量吋计算的，像这样不加限制的时候就有可能导致电机过载烧毁，但是大厂家的则不一样，他们通常都是按照最大极限匹配电机的，即便这样不加限

9、制，最多效率不高，但泵不会损坏。泵的相似定律：在叶片泵的设计研究中，由于经济性或技术条件的限制，经常将实型泵缩小成模型泵进行试验，再将模型泵放人成实型泵，这就必须用到流体动力相似定律。工况相似的实型泵和模型泵，其流量、扬程、功率与泵的尺寸。转速及效率之间有以下三个关系：泵的流量相似定律：Qn