開(kāi)題報(bào)告基于PLC的水箱液位測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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1、附錄：開(kāi)題報(bào)告（或數(shù)據(jù)報(bào)告）水箱液位測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1選題依據(jù)液位測(cè)量與控制是工業(yè)生產(chǎn)，如食品、制藥、化工、石油等，交通運(yùn)輸，如飛機(jī)、船、汽車等油箱液位，大型儲(chǔ)油罐、城市供水與排水裝置及水塔水位控制等必不可少的檢測(cè)裝置。由此可見(jiàn)需要對(duì)液位進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制的場(chǎng)合非常多，而水箱液位的技術(shù)指標(biāo)是許多工業(yè)場(chǎng)合的重要參數(shù)，因此研制可靠且實(shí)用的水箱液位測(cè)量系統(tǒng)顯得非常重要。同時(shí)，在一些特殊工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，由于其使用環(huán)境和要求具有特殊性，要求液位測(cè)量裝置具有高靈敏度、高精度、高強(qiáng)度的性能，并在惡劣環(huán)境下具有持續(xù)穩(wěn)定的工作狀態(tài)。本課題中以水箱液位為研究對(duì)象，采用一種利用純光學(xué)原理及力學(xué)原理設(shè)計(jì)的浮子式光纖液位傳感器，

2、它精度高，抗干擾性能較好，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。本設(shè)計(jì)中液體是水，是一個(gè)浮子式液位傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用實(shí)例，雖然比較簡(jiǎn)單，但其原理與其它復(fù)雜溶液液位測(cè)量的原理基本相同。浮子式光纖液位傳感器是利用傳統(tǒng)的浮子式液位計(jì)原理，再加上光纖傳光系統(tǒng)按照一定的機(jī)理組合而成，它最大的特性是除信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)外，整個(gè)測(cè)量過(guò)程用的是純光學(xué)及力學(xué)原理，這個(gè)特性極大地拓寬了它的使用范圍，同時(shí)它操作簡(jiǎn)單，誤差較小，是較為理想的液位傳感器之一。許多實(shí)驗(yàn)結(jié)論表明，此傳感器的運(yùn)用具有很大的實(shí)際意義，因?yàn)閭鞲衅鞯臉?gòu)造和制作工藝是筒單的，不用復(fù)雜的光學(xué)元件，而且價(jià)格便宜，經(jīng)久耐用，具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用性和擴(kuò)展性。2研究?jī)?nèi)容和研究方法2．1研

3、究?jī)?nèi)容完成水箱液位測(cè)量系統(tǒng)方案論證；水箱液位測(cè)量系統(tǒng)的硬件選擇；水箱液位測(cè)量系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)。2．2研究方法本課題中以水箱液位為研究對(duì)象，采用一種利用純光學(xué)原理及力學(xué)原理設(shè)計(jì)的浮子式光纖液位傳感器，它精度高，抗干擾性能較好，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。課題中通過(guò)該液位傳感器采集液位信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路和放大電路對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行整理和放大后，輸出標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，液位的輸出可采用數(shù)字顯示或燈光顯示，也可設(shè)計(jì)報(bào)警功能。2.2.1液位測(cè)量方法傳感器在工作時(shí)浮子總是浮在被測(cè)液面上，此時(shí)浮子受到鋼繩拉力T，浮力F，重力G，液面不動(dòng)時(shí)，T+F=G，三力平衡，當(dāng)液面上升的瞬間，浮子所受浮力有增大趨向，而拉力F還沒(méi)來(lái)的及發(fā)生變

4、化。此時(shí)，T+F>G，所以浮子要隨液面上浮直至達(dá)到新的平衡，當(dāng)液位降低時(shí)，原理相同。這樣，浮子總是隨液面的改變而上下浮動(dòng)。通過(guò)鋼繩的連接作用，液面的改變量總與轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)相等，本傳感器的轉(zhuǎn)軸半徑r與轉(zhuǎn)盤的半徑R比為1：2，由此可知，若光學(xué)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過(guò)x弧長(zhǎng)，則液位的改變量為=x／2，這樣根據(jù)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)量很容易測(cè)出液位的改變量。光學(xué)轉(zhuǎn)盤上光柵窗的最小寬度為0.8mm，只需轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的弧長(zhǎng)達(dá)到0.8mm，則光探測(cè)量器就有光信號(hào)通過(guò)，由以上分析可知被測(cè)液位就有0.4mm的改變量，因此由光柵的寬度確定該傳感器的精確度為0.4mm，這是一般液位傳感器所不能比擬的。根據(jù)該傳感器的精確度只要數(shù)出光學(xué)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過(guò)的光

5、柵窗數(shù)目N，則被測(cè)液位的改變量△h=N×0.4mm。2.2.2信號(hào)處理方法實(shí)際測(cè)量液位的過(guò)程中，既看不到被測(cè)液面也看不到光學(xué)轉(zhuǎn)盤，唯一能夠得到的是信號(hào)顯示系統(tǒng)顯示的光脈沖信號(hào)，所以實(shí)際操作時(shí)必須對(duì)所得信號(hào)進(jìn)行分析才能得到要測(cè)量的結(jié)果。如圖1所示，置兩根平行光纖在1位置，此時(shí)信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)得到的光信號(hào)為01狀態(tài)，將光學(xué)轉(zhuǎn)盤逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤上2，3，4，5位置依次轉(zhuǎn)到光纖所在的1位置時(shí)檢測(cè)器得到的光信號(hào)分別為11，00，O1，11，反映到平面坐標(biāo)軸上，再經(jīng)疊加后進(jìn)入顯示系統(tǒng)，顯示出如圖2(c)所示的方波波形信號(hào)。同理，當(dāng)光學(xué)轉(zhuǎn)盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)則先將兩根平行光纖位于圖1中的5位置，當(dāng)4，3，2，1位置依

6、次轉(zhuǎn)到光纖所在的5位置時(shí)，便在顯示器得到新的波形圖2（f）。由原理圖可知當(dāng)示波器上出現(xiàn)圖2（c）波形時(shí)，表示液位降低，出現(xiàn)圖2(f)波形時(shí)，液位升高。由前面的精度分析可知顯示器上每顯示一個(gè)方波，表示轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小光柵，以圖2(c)中波形為例，顯示了5個(gè)小方波，所以測(cè)定該液位降低了5×0．4=2．0mm，這樣通過(guò)信號(hào)處理，能方便快捷地測(cè)量液位的變化。其中，波形圖2中（a）表示小光柵的波形圖，（b）表示大光柵的波形圖，（c）表示二者的疊加波形，（d）表示小光柵的波形圖，（e）表示大光柵的波形圖，（f）表示二者的疊加波形。圖1光學(xué)轉(zhuǎn)盤上光柵窗示意圖圖2信號(hào)顯示系統(tǒng)顯示的光信號(hào)3預(yù)計(jì)可獲得的成果設(shè)計(jì)

7、基于液位傳感器的液位測(cè)量系統(tǒng)，撰寫(xiě)畢業(yè)論文，并撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，能提供硬件連接的電路圖。4工作進(jìn)度計(jì)劃2008.12.20-2009.03.01布置畢業(yè)設(shè)計(jì)、開(kāi)始需求分析、查找資料2009.3.1-2009.3.28交開(kāi)題報(bào)告，檢查初步分析，開(kāi)始系統(tǒng)設(shè)計(jì)2009.3.29-2009.4.11完成系統(tǒng)分析，開(kāi)始系統(tǒng)設(shè)計(jì)2009.4.12-2009.5.9基本完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，逐步開(kāi)始系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)、調(diào)試2009.5.10-20