水池水位智能控制系统

第1章引言

湖南三一工业职业技术学院课程设计说明书

设计题目: 水池水位智能控制系统

专业班级: 工程1006-7班

姓名: 李林、何欢欢、陈有志、邓俊学号: 1001010607、1001010406、1001010403、1001010404 指导教师: 程灯亮、郭超

2012 年 7 月 3 日

摘要

摘要

根据物体在水中漂浮的性质，可以用一个浮球来感知水池里水位的升降，用来控制水泵，使水泵能自动对水池上水，水满时能自动断电停止，真正做到了水池的全自动控制功能，解决了人们日常用水的诸多不便。此次设计的是水池水位自动控制电路。其作用是根据水位的高低，自动地控制水泵的启动与停止。水泵和水位的高低是相互反馈的。这样就可以实现水位自动控制的目的。我所设计的水位制动控制装置是有以下几部分组成：水位自动控制电路，高低水位报警器。水位自动控制在一定范围内（如2 -6米），当水位低至2米时使水泵启动上水；当水位升至6米时，使水泵停止工作。

关键词：水池；浮球；水位自动控制；水泵

I

目录

目录

第1章引言............................................................. - 1 -

1.1概述 (1)

1.2选题的意义 (1)

1.3国内外发展现状 (2)

第2章设计方案的确定 ................................................. - 3 -第3章水位自动控制装置整体电路图集工作原理........................ - 4 -

3.1电气原理图......................................... 错误！未定义书签。

3.2工作原理........................................... 错误！未定义书签。第4章元器件选型...................................................... - 6 -

4.1水泵与电机选型 (6)

4.1.1 水泵选型基本参数........................................ - 6 -

4.1.2 水泵选型 ................................................. - 6 -

4.1.3 管路材料和管径的选择.................................... - 7 -

4.2浮子开关选型 (7)

4.3交流接触器与中间继电器选型 (7)

4.4熔断器选型 (7)

第5章结论............................................................. - 8 -致谢 .................................................................. - 9 -参考文献. (10)

II

第1章引言

第1章引言

1.1 概述

乡人民生活水平的不断改善，许多家庭都使用上了高位水池自来水系统或楼顶太阳能热水箱。如果给这些水箱上装上下面介绍的装置，则可实现无人操作缺水自动上水、水满自动停水，既方便省事又节约水电资源，不会出现水上满后没有及时关掉电源而四处溢流的现象，本装置安装方便，使用简单、彻底解决了手动操作给人们带来的诸多不便、是家用水池目前最好的互补装置。本文介绍的水位自动控制装置可以根据使用者的要求，自动控制容器中水位的高低，当水位低于预先设定水位时，水位自动控制装置会自动启动抽水泵进行注水,达到一定的水位后,自动关闭抽水泵停止供水。该装置同时也适用用于工农业自动供水，可以对水池水位进行自动控制,实现断水自动停机、有水自动恢复运行的功能。

1.2 选题的意义

随着计算机技术和现代通信技术的迅速发展，液位报警计已经从普通型发展到智能化，而且液位报警计的功能日益趋向于完善，然而液位报警计的许多相关理论与技术仍在不断发展。本次设计的就是针对水池水位控制系统的一个课题。

因水池在工作下，水液会有一定的损耗，为了随时保证水位在允许状态下，水位控制系统必不可少。

这款系统可以无人操作缺水自动上水、水满自动停水，不会出现水上满后没有及时关掉电源而四处溢流的现象，本装置安装方便，使用简单、彻底解决了手动操作给人们带来的诸多不便。

- 1 -

第1章引言

1.3国内外发展现状

2009-2010年中国容器液位报警计产业专题调查分析报告中指出《中国容器液位报警计市场分析报告》立足于容器液位报警计市场发展现状分析，通过对容器液位报警计行业环境、容器液位报警计产业链、容器液位报警计市场供需、容器液位报警计价格、容器液位报警计生产企业的详尽分析，以使企业和投资者达到对容器液位报警计产品市场发展现状的全面、深入掌握；同时为使企业和投资者把握容器液位报警计未来的市场发展趋势，单位还对容器液位报警计行业未来发展趋势和市场前景进行科学、严谨的分析与预测；另外在投资分析部分，针对企业投资决策依据进行了重点分析，并综合给出投资建议。

目前国内外液位计的种类很多，有雷达液位计、磁性浮子液位计、石英管液位计、智能雷达液位计、彩色石英管液位计和超声波液位计等等。而生产液位计的公司有美国罗斯蒙特ROSEMOUNT、德国E+H、日本横河YOKOGAWA、德国西门子SIEMENS、瑞士ABB、德国VEGA 。这些只是常用而较热门的品牌。

- 2 -

第2章设计方案的确定

第2章设计方案的确定

设计的系统框图如图2.1所示：

被测物理量：主要是指非电的物理量，这里指液面高度。

传感器：将输入的物理量转换成相应的电信号输出，实现非电量到电量的变换。

这里指浮球开关。

电机控制电路：以小电流控制大电流，减小安全隐患。

电机：通过继电器控制电机电机的运转。

水泵：输送水的装置，其运转速度由电机控制。

- 3 -

第3章 电气控制原理图

- 4 -

第3章 电气控制原理图

当水池液位过低或没水时，浮球开关下止点a 、b 闭合，图3.1.1所示的水池水位控制

a b

c d

KM1 KM2 KM3 图3.1 水池水位控制电路 图3.2 电机启动控制电路

KM3

KM3

KM1 FR KM2

M

第3章电气控制原理图

电路接通，电路中红色指示灯亮，继电器KM1线圈得电，触点KM1闭合，图3.1.2所示的电机启动控制电路接通，KM3得电，KM3电机主电路KM3触点闭合，电机运转，水泵开始泵水，水池水位升高，KM1断电，图3.1.2所示的电机启动控制电路中KM1触点断开，但电路中KM3依旧闭合，电路保持接通，电机和水泵工作。随着水位升高，浮球开关上止点c、d闭合绿灯亮，电磁继电器KM2线圈得电，图3.1.2所示的电机启动控制电路中KM2触点断开，交流接触器KM3线圈断电，电机电路断开，电机停止工作，水泵停止泵水。

- 5 -

第4章元器件选型

第4章元器件选型

4.1 水泵与电机选型

水泵是一种面大量广的通用型机械设备，它广泛地应用于石油、化工、电力冶金、矿山、造船、轻工、农业、民用和国防各部门，在国民经济中占有重要的地位。但是目前在国民经济各个领域中，由于选型不合理，许多的泵处于不合理运行状况，运行效率低，浪费了大量能源。还有的泵由于选型不合理，根本不能使用，或者使用维修成本增加，经济效益低。由此可见，合理选泵对节约能源同样具有重要意义。所谓合理选泵，就是要综合考虑泵机组和泵站的投资和运行费用等综合性的技术经济指标，使之符合经济、安全、适用的原则。具体来说，有以下几个方面：必须满足使用流量和扬程的要求，即要求泵的运行工次点经常保持在高效区间运行，这样既省动力又不易损坏机件。所选择的水泵既要体积小、重量轻、造价便宜，又要具有良好的特性和较高的效率。具有良好的抗汽蚀性能，这样既能减小泵房的开挖深度，又不使水泵发生汽蚀，运行平稳、寿命长。按所选水泵建泵站，工程投资少，运行费用低。

4.1.1 水泵选型基本参数

正常涌水量：Qz=100m3/h 正常涌水期Rz=320天

最大涌水量：Qmax=170m3/h 最大涌水期Rman=45天

排水高度：从+500水平至+520水平总计20米

4.1.2 水泵选型

①、正常涌水期，水泵必须的排水能力

Q B≥Qz=1.2×50=60m3/h

②、最大涌水期，水泵必须的排水能力

Qmax≥Qmax=1.2×100=120 m3/h

- 6 -

第4章元器件选型

③、水泵必须的扬程

H B=(20+5) ×(1.25~1.35)=31~34m

④、初选水泵

根据涌水量Q B和排水高度H B,查泵产品目录选取100QJ8-37.5/8型号泵,其额定流量Qe=70m3/h,额定扬程He=33m.额定效率为0.77

4.1.3 管路材料和管径的选择

由于排水高度为100m，从建设经济型角度考虑，选用焊接钢管

初选管径：选择排水管径是针对一定的流量寻找运转费用和初期投资费用两者之和最低的管径。由于管路的初期投资费用与管径成正比，而运转费所需的电耗与管径成反比。所以，通常用关内流速的方法求得，经济Vp=0.65~1m/s。

排水管内径：

从《五金手册》中，选取近似的标准管径，初选管内径径为Φ20mm，外径为Φ22mm，壁厚δ=2mm。

水泵选100QJ8-37.5/8,查设备表配用电机型号，功率为2.2KW,额定电流为5.6A

4.2 浮子开关选型

利用浮球液位开关的浮子随液位升或降，使传感器检测管内设定位置的干簧管芯片动作，发出接点开（关）转换信号，在本次设计中，选用MD-UK221

4.3 交流接触器与中间继电器选型

电机的操作频率不高，其额定电流大于负载额定电流即可。根据本次设计电路的参数，选用CJ10. 根据控制电路额定电压与额定电流大小选用欧姆龙G5LA-14-24V继电器

4.4熔断器选型

熔体额定电流＝(1.5～2.5)×电动机额定电流=8.4~14A,选额定电流为10A的融断器

- 7 -

第5章结论

第5章结论

通过为期一个月的实训和课程设计，让我们学习并巩固了大学以来学习的理论知识，还要做到理论与实践相结合。如电机机型和元器件的选择，要以性价比高为原则，以组成最小最优化的系统，这些都是在设计中应该考虑的。学到了许多课本上学不到的知识软件，通过这次设计使动手能力和理论知识有了很大的提高。

- 8 -

致谢

经历了一个月的公司实训与设计，在这短暂的时间里，它不仅仅使我学到了宝贵的知识，更重要的是它使我学到了怎样去独立思考问题，解决问题，大大提高了我自己的动手能力和操作能力，为我今后的工作奠定坚实的基础。

这次们设计的课题为——水池水位智能控制系统的设计，它不仅是必须完成的课目，其真正的目的是我对实训期间的学习情况做一个总结。

在这次课程设计与实训中中，我特别感谢我的指导老师的耐心帮助和各位同学大力支持。

在这次编写设计报告中，由于时间的紧促和编写者的专业知识的有限，再加上我们缺少实践经验，对使得所写的课程设计的知识覆盖面有很大的局限性，而且报告中难免有不妥之处，所以我恳请各位指导老师能够给予批评指正。

李林何欢欢邓俊程有志 2012年 7 月

- 9 -

参考文献

参考文献

[1]王家帧，王俊杰．传感器与变送器．北京：清华大学出版社． 1996.

[2]张国忠，赵家贵．检测技术．北京：中国计量出版社． 1998.

[3]王俊杰．检测技术与仪表．武汉：武汉理工大学出版社． 2008.

[4]付植桐，《电子技术》，高等教育出版社，2004年.

[5]苏海宾，《电力电子技术》，高等教育出版社，2004年。

[6]马镜澄，《低压电器》，北京兵器工业出版社，1993年.

10