锅炉储水罐液位控制系统的创新设计

胡江平

(湖北工程职业学院，湖北 黄石 435003)

液位是现代工业生产中最基本和最常见的参数之一,尤其在饮料、发酵、溶液过滤等产业中,液位必须要实现精确控制和实时监控。

超声波在空气中的传播速度为340m/s，因此，如果能测出超声波在空气中传播时间，就能算出其传播的距离。超声波测距就是通过测定超声波传播的时间间隔来测出声波传送的距离。

超声波液位测控装置就是利用超声波精确测距, 经超声波传感器将信号反馈给控制系统, 由控制系统通过调节调节阀开度来实现液位控制的装置。

1 原液位控制装置的结构和原理

原锅炉储水罐液位系统装置的结构，如图1 所示：

图1 原液位控制装置结构示意图

其工作原理是在锅炉储水罐上设置型号为UQK-61 的水位控制仪，将水位控制仪安装在储水罐的最高溢水口位置，水位控制仪的输出连接声光报警器并将声光报警器设置在值班处。其具有减少水资源浪费、节约生产成本的功效。但该装置的缺陷在于，不能精确控制水位。

针对现有技术的不足，设计了一种安全可靠、精确度高的超声波液位控制系统。

2 新型超声波液位控制系统的的结构和原理

如图2 所示，新型储水罐液位控制系统，包括超声波收发模块、AT8 9 S51 单片机、显示液位值的显示模块以及进水阀门，所述超声波收发模块置于所述容器之上，所述超声波收发模块与所述单片机电性连接，所述单片机输出端分别与显示模块以及进水阀门连接。本实用新型还包括出水阀门，单片机输出端与该出水阀门连接。所述显示模块包括当前液位显示模块与设定液位显示模块。优选地，所述进、出水阀门为电磁阀。优选地，所述超声波收发模块包括超声波发射器和超声波接收器。

图2 新型液位控制系统结构示意图

此外，新型储水罐液位控制系统还包括红外远程控制模块，所述红外远程控制模块的信号输出端与所述单片机的输入端连接。所述红外远程控制模块上设有用于控制液位升高或降低的按键。

新型超声波液位测控系统控制原理为：液位控制系统的控制目的是容器内液位保持恒定，假如管道中的压力是恒定的，管道阀门的开度对应一定的液体流量，这时为了保持液位恒定，只须测量当前液位，并与液位设定值进行比较，利用二者的偏差以PID控制规律控制管道阀门的开度。系统比对设定的液位值和当前的值，如果实际液位不等于设定液位则系统会自动控制进水、出水阀门调节液位，直至相差不大于1cm时关闭阀门。红外远程控制模块上控制液位升高或降低的按键用于直接控制进水阀门和出水阀门的开关。

在本设计中，超声波模块距离.储水罐底部距离为120cm,液位最大高度设置为100cm，故液位达到最高时，液位距离超声波模块有20cm距离。系统在0～100cm范围可自由调整液位高度，并实时在数码管上显示当前液位高度。

本设计的控制步骤为：根据实际需要，在单片机中设定液位值，超声波收发模块扫描得到的当前液位值与设定液位值做比较，若高于设定值，则由单片机向出水阀发出打开指令，直至相差不大于1cm时关闭阀门，此时，红外远程控制模块向单片机发出信号，通过按键直接控制进水阀门和出水阀门的开关，直到当前液位值与设定液位值相同。相反，若低于设定值，则由单片机向进水阀发出打开指令，直至液位差相差不大于1cm时关闭阀门，此时，红外远程控制模块向单片机发出信号，通过按键直接控制进水阀门和出水阀门的开关，直到当前液位值与设定液位值相同。

3 结语

本设计方案较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：①结构简单、安装方便、测量精度高；②通过超声波非接触测量，液体的物理化学性质的适应性极强，安全可靠，适用性广。

[1]程玉凯,陆倩. 基于超声波测距的液位控制系统设计[J].可编程控制器与工厂自动化，2011，(9).

[2]李新雨. 基于单片机的锅炉液位控制装置设计[J].电子技术，2011，(6).

[3]吴向前.基于ATmega16 单片机的超声波液位仪的研制[J].声学与电子工程，2011，(2).

[4]曹月真.基于51 单片机的超声波测距系统的设计[J].电子世界，2011，(10).

[5]鲁可,张晓东,马宏旭. 基于单片机的超声波液位检测系统设计[J].机电工程技术，2014，(8).