Разработка МПС регулирование уровня воды в водона-порной башне.

ВВЕДЕНИЕ.

Состояние проблемы на сегодняшний день.

Среди многих отраслей современной техники, направленных на повышение уровня жизни людей, благоустройства населенных пунктов и развития промышленности, водоснабжение занимает большое и почетное место.

Обеспечение населения чистой, доброкачественной водой имеет большое гигиеническое значение, так как предохраняет людей от различных эпидемических заболеваний, передаваемых через воду. Подача достаточного количества воды в населенный пункт позволяет поднять общий уровень его благоустройства. Для удовлетворения потребностей современных крупных городов в воде требуются громадные ее количества, измеряемые в миллионах кубических метров в сутки. Выполнение этой задачи, а также обеспечение высоких санитарных качеств питьевой воды требуют тщательного выбора природных источников, их защиты от загрязнения и надлежащей очистки воды на водопроводных сооружениях.

Производственные процессы на промышленных предприятиях также сопровождаются большим расходованием воды. При этом предприятия отдельных отраслей промышленности и энергохозяйства потребляют количество воды, нередко значительно превосходящее коммунальное недопотребление крупных городов. Некоторые промышленные предприятия предъявляют к качеству потребляемой воды специфические требования, иногда весьма высокие. От количества и качества используемой воды и организации водоснабжения промышленного предприятия в значительной мере зависят качество и себестоимость выпускаемой продукции. Таким образом,   правильная   организация   водоснабжения   промышленных предприятий имеет большое экономическое значение.

Комплекс сооружений, осуществляющих задачи водоснабжения, т. е. получение воды из природных источников, ее очистку, транспортирование и подачу   потребителям,   называется   системой   водоснабжения   или водопроводом.

Следует отметить, что кроме обеспечения водой населения и промышленности, осуществляемого системами водоснабжения, огромное народнохозяйственное значение имеет обеспечение водой сельского хозяйства для искусственного орошения земель в целях успешного выращивания сельскохозяйственных культур и получения высоких урожаев. В ряде районов такое искусственное орошение (ирригация) крайне необходимо и широко используется. Ирригация вследствие огромных объемов потребляемой воды и специфических методов ее использования представляет собой самостоятельную область водного хозяйства.

В настоящее время в связи с общим ростом объемов потребляемой ^воды и недостаточностью в ряде районов местных природных источников воды все чаще возникает необходимость комплексного решения водохозяйственных проблем для наиболее рационального и экономичного обеспечения водой всех водопользователей и водопотребителей данного района. В нашей стране комплексное решение проблем водного хозяйства широко используется при планировании развития народного хозяйства. Кроме   вопросов   водоснабжения   и   орошения   комплексные водохозяйственные проблемы довольно часто охватывают вопросы гидроэнергетики и водного транспорта, так как без этого не могут быть разумно использованы крупные природные источники воды [ 2 ].

Основные виды потребления воды.

При проектировании системы водоснабжения любого объекта прежде всего должно быть определено, сколько воды и какого качества требуется подавать данному объекту. Для решения этой задачи необходимо с возможной полнотой учесть все категории возможных потребителей и установить их требования к количеству и качеству подаваемой им воды.

Вода   расходуется   различными   потребителями   на   самые разнообразные нужды. Однако большинство видов использования воды в народное хозяйстве может быть сведено к следующим основным категориям:

а) хозяйственно-питьевые потребности людей (жителей населенных пунктов и рабочих во время их пребывания на производстве);

б) производственные потребности, связанные с использованием воды в технологических процессах различных производств, и другие технические нужды;

в) расходы воды, связанные с обеспечением благоустройства населенных пунктов и промышленных предприятий: поливка и мытье улиц и площадей, полив зеленых насаждений, газонов и т. п.;

г) расходы воды на пожаротушение.

Основной вид использования воды в сельском хозяйстве — на орошение — представляет собой отдельную отрасль водного хозяйства и не охватывается понятием "водоснабжение".

Требования, предъявляемые отдельными категориями потребителей к количеству и качеству используемой воды, весьма различны. К воде, используемой для хозяйственно-питьевых целей, предъявляются высокие санитарные и вкусовые требования. Требуемые качества воды, используемой для нужд различных отраслей промышленности, определяются характером технологических процессов и весьма разнообразны. Наконец, к качеству воды, используемой для поливки проездов и зеленых насаждений, а также для нужд пожаротушения, практически специальных требований не предъявляется.

Чтобы обеспечить равномерную и бесперебойную работу систем водоснабжения по обеспечению людей и промышленных предприятий водой необходимо создавать резервуары для накопления воды. Чтобы при заполнении емкости, вода не вытекла за край резервуара необходимо использовать специальные приборы для измерения уровня жидкости.

В ряде отраслей промышленности, например в химической и пищевой, в промышленности строительных материалов или в области подъемно-транспортной технике, к приборам для измерения уровня жидкости, или уровнемерам предъявляют различные требования . В ряде случаев требуется только сигнализация определенного предельного уровня, в других случаях необходимо непрерывное измерение уровня жидкости с целью осуществления производственного контроля. При выборе уровнемера необходимо учитывать такие физические и химические свойства жидкости, как температура, вязкость, проводимость, радиоактивность, химическая агрессивность и т. д. Кроме того принимать во внимание рабочие усилия в резервуаре или около него: давление, вакуум, отопление , охлаждение , пневматический или механический способ заполнения или опорожнения резервуара, наличие мешалки, огнеопасность и взрывоопасность.

В настоящее время промышленностью разработано много различных видов уровнемеров, применяемых в тех или иных случаях, в зависимости от их достоинств [ 2 ].

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЦЕССА.

В данной работе будет разработана система для регулирования уровня жидкости. Соответственно необходимой составной частью системы является резервуар в который заливается вода. При достижении определенного уровня нам необходимо прекратить подачу жидкости, отключив двигатель, который качает воду в резервуар. Т. е. нам надо предотвратить переполнение резервуара и следовательно поломку нашей конструкции. Для этого мы должны иметь информацию об уровне жидкости в емкости для воды. Получать эту информацию мы будем при помощи датчика, который преобразует изменение уровня жидкости в электрический сигнал, который в последствии мы сможем обработать, и использовать для управления подачи воды путем открытия или закрытия трубы через которую жидкость поступает в резервуар. Итак бочка наполнена и подача воды преостановленна. Очевидно, что затем по мере необходимости жидкость будет потребляться из резервуара и ее уровень будет снижаться. Чтобы у нас не возникли простои, связанные с отсутствием воды, нам вовремя необходимо включить подачу жидкости. Однако надо учесть, что уровень жидкости будет снижаться и за счет испарения. Для того чтобы постоянно не включать и не отключать подачу жидкости на непродолжительный срок при незначительном отклонении уровня от заданного значения необходимо установить нижнюю границу при достижении которой необходимо отключить двигатель, качающий жидкость, заполняющую резервуар.

Недостатком чисто аналоговых систем является ограниченная возможность обработки данных и [при необходимости] способа обработки информации. Ввод в систему ЭВМ позволяет существенно увеличить число операций над сигналами. В ряде случаев это позволяет производить быстрый анализ таких характеристик, которые прямо измерены быть не могут кроме того здесь обеспечивается простой метод обработки управляющих способов. Другое достоинство состоит в том, что ЭВМ может нормализовать измеряемые электрические измерения, идентифицируя любые ложные колебания показания и/или фильтруя любой шум, присутствующий в сигнале. Поэтому для обработки данных будем использовать ЭВМ в этой системе.

РАЗРАБОТКА И ОПИСАНИЕ БЛОК СХЕМЫ.

В данной работе разрабатывается система регулирования уровня воды в резервуаре. Для измерения уровня используем емкостной уровнемер, представляющий из себя емкость. Уровнемер подключаем к схеме Клааппа -автогенератору синусоидальных колебаний, амплитуда и частота которых зависит от емкости конденсатора. Чем выше уровень воды, тем больше емкость, тем меньше частота и амплитуда сигнала с выхода генератора. Т.е. информация об уровне сигнала у нас содержится в частотеУПеред тем как подавать этот сигнал на обработку в микропроцессор его необходимо усилить. Для этого используем усилитель, включенный по схеме с общим эмиттером. Чтобы последующие каскады не влияли на работу автогенератора между ним и усилителем ставим эмиторный повторитель. Для этой же цели соединение генератора, эмиторного повторителя и усилителя осуществляется через соединительные конденсаторы. Усиленный сигнал подаем на триггер Шмитта. Триггер Шмитта формирует резкие перепады напряжения из медленно меняющихся синусоидальных колебаний, т. е. он формирует сигнал который можно будет обработать при помощи микропроцессорной системы. C выхода триггера сигнал подаем на счетчик, который будет считать количество импульсов поступивших за определенное равное время. Это время будет задаваться программно при помощи таймера. Цифровой сигнал, содержащий информацию об уровне, подается в микропроцессор через регистр. Микропроцессорная система осуществляет обработку этого сигнала и выдает в случае необходимости соответствующие сигналы в ЦАП. Аналоговый сигнал с выхода ЦАП усиливается и при помощи схемы включения-выключения   исполнительного   механизма   осуществляет управление двигателем.

ВЫБОР ДАТЧИКА.

Как уже было отмечено для получения информации об уровне жидкости будем использовать уровнемер. Существуют различные виды уровнемеров [ 8 ].

1) измерение уровня жидкости механическим способом: измерение с помощью поплавка, с помощью измерительных пластин.

2) электромеханические методы, которые состоят из сочетания механической системы передачи сигналов о перемещении поплавка с электрическим устройством съема сигналов и электрической системы дальнейшей передачи информации об этом перемещении. , а) измерение с помощью, сельсина,

б) с помощью потенциометрических датчиков,

в) метод передачи показаний шаговым переключением,

г) метод кодовой посылки импульсов.

Эти методы не позволяют осуществлять непрерывную индикацию, поэтому не могут быть использованы в разрабатываемой системе.

К электромеханическим методам измерения уровня жидкости относятся также уровнемеры с индуктивными датчиками и с индикацией уровня при помощи магнитной передачи перемещения поплавка.

Достоинствами этих уровнемеров является возможность применения в различных условиях эксплуатации независимо от температуры и состава жидкости. Недостаток их заключается в наличии движущихся частей, нуждающихся в постоянном обслуживании, поэтому такой датчик нам тоже не подходит.

Широкое применение при проектировании датчиков-уровнемеров нашли емкостные измерительные преобразователи, которые могут применяться для измерения уровня:

1) мазута, топлива, воды, кислот, щелочей и вязких материалов в баках.

2) порошкообразных пищевых продуктов, зерна, порошка, песка, цемента, извести, угольной пыли в бункерах и хранилищах.

Емкостные уровнемеры можно использовать как для сигнализации предельных значений, так и для, необходимого нам, непрерывного измерения. Так же эти датчики просты в эксплуатации и изготовлении, что позволяет применить их в разрабатываемой системе регулирования уровня жидкости.

Существуют также и другие виды уровнемеров более точные, но и более сложные, например оптические датчики и т. д. Поэтому остановим свой выбор на емкостном уровнемере.

Физические основы емкостного метода измерения уровня.

Название метода предполагает измерение емкости в зависимости от уровня наполнения. Конденсатор образован стенкой резервуара и щупом, погруженным в его содержимое. Емкость этого конденсатора находится в диапазоне нескольких нФ, что обуславливает необходимость применения напряжения высокой частоты. Измерение емкости осуществляется, как правило, при помощи резонансных схем или мостов переменного тока с само уравновешиванием. Мы возьмем резонансную схему включения.