水塔水位自动控制系统仿真设计

韩璐斌，胡小峰

（西北民族大学电气工程学院，甘肃 兰州 730124）

1 课题背景

水塔水位自动控制装置在工业生产和日常生活中具有十分广泛的应用，其中就有水塔以及楼房水箱的应用。微机式控制装置成本昂贵，但具有操作方便的特点，浮子开关式控制装置的维护较为困难，这归因于它的机械式结构。这些控制装置都存在一些缺点，因此本设计以实用性和经济性为标准，简化装置结构，实现了维护的便利性，并利用一些方法克服了其他系统存在的缺陷。同时，本次设计通过电路处理来进行输入与输出工作，真正做到处理效果与处理能力全面优化[1]。该系统降低了成本，在很多场合下均可采用。该系统通过对水位高低的判断，实现对电机运行状态的指示，主要采用了74LS147 优先编码器来实现水位的控制工作。

2 总体设计

该系统由两大部分组成，分别为控制检测部分和驱动电路部分。控制检测部分实现对水位的检测并将电平信号发送至驱动控制电路，驱动控制电路由74LS147 以及水泵电动机构成。本水塔水位控制系统由四个水位检测输入组成，分别以H1、H2、H3、H4 为对应的顺序。

2.1 水位控制检测部分

该部分水位与电机开与关的关系为：当水位低于H1 时，打开水泵M1 和M2；当水位由H1 上升至H3 时，关掉水泵M1；当水位高于H4 时，关掉两台水泵；当水位由H4 降至H2 时，打开水泵M1。

2.2 驱动电路处理模块

驱动控制电路处理模块需要将水塔水位控制在H1至H4 水位之间，具体为水位低于H1 时使两台电机工作，水位升到H3 时使一台电机停止工作，水位升到H4时两台电机停止工作。当水塔处于不同水位时，把测得的水位变化转换成相应的电平信号，主控电路根据电平信号经74LS147 编码器编码后，实现对电机的控制。

此外，它能实现对相应水位显示以及故障报警的功能。水塔水位自动控制功能的实现经过信号产生、处理、控制的过程。

3 系统仿真软件

Multisim 交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真，Multism 软件进行仿真分析，加深对时序逻辑电路设计过程的理解[2]。此次设计就是应用此仿真软件进行电路仿真搭建。

4 系统的仿真

4.1 系统仿真电路

图1 为系统仿真电路图。

4.2 系统仿真结果

当水位低于H1 时，打开水泵M1、M2，同时向水塔注水，如图2 所示。

当水位由H1 上升至H3 时，关掉水泵M1，水泵M2 继续向水塔注水，如图3 所示。

当水位高于H4 时，关掉两台水泵M1、M2。

图1 系统仿真电路图

图2 效果图

图3 效果图

5 结 论

此设计对水塔水位的检测和控制能起到一定的作用，有效地降低水塔水位过高或过低对工业生产所带来的隐患。随着社会对工业生产效率要求的提高，对于水塔水位自动控制系统的要求也在同步提升，将水塔水位的控制与自动控制系统结合到一起能够大幅度提升生产的安全性和有效性，具有较好的市场前景。