摘要數(shù)字電路產(chǎn)品在生活中有著極其廣泛的應(yīng)用，包括計(jì)算機(jī)、數(shù)字通信、智能儀器儀表、自動控制及航天等領(lǐng)域中。這些給人們帶來了生活，工作等方面帶來了極大的方便。數(shù)字電路的發(fā)展，使得這門課程對于我們來說是很有必要學(xué)好。數(shù)字電路設(shè)備實(shí)現(xiàn)簡單，速度和可靠性好。在這次的數(shù)字電路制作中，本人制作八路智能搶答器。搶答器在比賽等場合中不可缺少的設(shè)備。本文就是從數(shù)字電路芯片的功能簡介開始，利用功能不同的數(shù)字電路芯片的組合來實(shí)現(xiàn)多路搶答器的功能。首先簡要的介紹了數(shù)字電路的發(fā)展和演變。然后介紹幾個主要集成芯片的管腳功能和用法。最后介紹多路搶答器的原理和設(shè)計(jì)過程。總結(jié)與改進(jìn)部分，講一些電路在實(shí)際設(shè)計(jì)調(diào)試中的不足，并加以改進(jìn)；SCH圖和PCB圖均在附錄中。關(guān)鍵詞置位；復(fù)位；鎖存第1章緒論水塔水位控制系統(tǒng)是我國住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng),傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點(diǎn),研究設(shè)計(jì)的基于PLC控制的多泵循環(huán)變頻恒壓供水系統(tǒng),采用可編程序控制器、變頻器以及壓力變送器等器件,完成邏輯控制、變頻調(diào)速和數(shù)據(jù)采樣等功能,使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動控制,達(dá)到節(jié)能的目的,提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量11水塔供水的發(fā)展供水是一個關(guān)系國計(jì)民生的重要產(chǎn)業(yè)。隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，對城市供水提出了更高的要求，要滿足及時(shí)、準(zhǔn)確、安全保證充足供水，如果仍然沿用人工方式，勞動強(qiáng)度大，工作效率低，安全性難以保障，為此必須進(jìn)行水塔水位控制自動化系統(tǒng)的改造?？删幊炭刂破鱌LC因其高可靠性和較高的性價(jià)比在工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用。本文針對目前比較流行的控制技術(shù)，利用PLC和傳感器構(gòu)成了水塔水位恒的控制系統(tǒng)。改造后的水塔水位自控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水塔水位自動控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)無人值守。第二章水泵21水泵的概述水泵的種類繁多，有不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用范圍，根據(jù)工作原理可分成三類葉片泵、容積泵、噴射泵。葉片泵是利用葉輪的葉片來輸送液體的，如離心泵、混流泵、軸流泵和旋渦泵等。在此次的水位控制系統(tǒng)中，采用了ISG系列的單級單吸立失管道離心泵，如圖所示。ISG系列單級單吸立式管道離心泵ISG系列單級單吸立式管道離心泵，是上海虹興泵業(yè)制造有限公司科技人員聯(lián)合國內(nèi)水泵專家選用優(yōu)秀水力模型，采用IS型離心泵之性能參數(shù)，在一般立式泵的基礎(chǔ)上進(jìn)行巧妙組合設(shè)計(jì)而成。同時(shí)根據(jù)使用溫度、介質(zhì)等不同在ISG型基礎(chǔ)上進(jìn)行巧妙組合設(shè)計(jì)而成。同時(shí)根據(jù)使用溫度、介質(zhì)等不同在ISG型基礎(chǔ)上派出適用熱水、高溫、腐蝕性化工泵、油泵。該系列產(chǎn)品具有高效節(jié)能、噪音低、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。22離心泵的主要部件離心泵主要部件有葉輪、泵殼和軸封裝置。221葉輪葉輪的作用是將原動機(jī)的機(jī)械能直接傳給液體，以增加液體的靜壓能和動能主要增加靜壓能。葉輪一般有612片后彎葉片。葉輪有開式、半閉式和閉式三種。開式葉輪在葉片兩側(cè)無蓋板，制造簡單、清洗方便，適用于輸送含有較大量懸浮物的物料，效率較低，輸送的液體壓力不高；半閉式葉輪在吸入口一側(cè)無蓋板，而在另一側(cè)有蓋板，適用于輸送易沉淀或含有顆粒的物料，效率也較低；閉式葉輪在葉輪在葉片兩側(cè)有前后蓋板，效率高，適用于輸送不含雜質(zhì)的清潔液體。一般的離心泵葉輪多為此類。葉輪有單吸和雙吸兩種吸液方式。222泵殼作用是將葉輪封閉在一定的空間，以便由葉輪的作用吸入和壓出液體。泵殼多做成蝸殼形，故又稱蝸殼。由于流道截面積逐漸擴(kuò)大，故從葉輪四周甩出的高速液體逐漸降低流速，使部分動能有效地轉(zhuǎn)換為靜壓能。泵殼不僅匯集由葉輪甩出的液體，同時(shí)又是一個能量轉(zhuǎn)換裝置。223軸封裝置作用是防止泵殼內(nèi)液體沿軸漏出或外界空氣漏入泵殼內(nèi)。常用軸封裝置有填料密封和機(jī)械密封兩種。填料一般用浸油或涂有石墨的石棉繩。機(jī)械密封主要的是靠裝在軸上的動環(huán)與固定在泵殼上的靜環(huán)之間端面作相對運(yùn)動而達(dá)到密封的目的。23離心泵的工作原理231離心泵的工作原理葉輪安裝在泵殼2內(nèi)，并緊固在泵軸3上，泵軸由電機(jī)直接帶動。泵殼中央有一液體吸入4與吸入管5連接。液體經(jīng)底閥6和吸入管進(jìn)入泵內(nèi)。泵殼上的液體排出口8與排出管9連接，如圖22。在泵啟動前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體；啟動后，啟動后，葉輪由軸帶動高速轉(zhuǎn)動，葉片間的液體也必須隨著轉(zhuǎn)動。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣并獲得能量，以高速離開葉輪外緣進(jìn)入蝸形泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴(kuò)大而減速，又將部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場所。液體由葉輪中心流向外緣時(shí)，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中。可見，只要葉輪不斷地轉(zhuǎn)動，液體便會不斷地被吸入和排出。232氣縛現(xiàn)象當(dāng)泵殼內(nèi)存有空氣，因空氣的密度比液體的密度小得多而產(chǎn)生較小的離心力。從而，貯槽液面上方與泵吸入口處之壓力差不足以將貯槽內(nèi)液體壓入泵內(nèi)，即離心泵無自吸能力，使離心泵不能輸送液體，此種現(xiàn)象稱為“氣縛現(xiàn)象”。為了使泵內(nèi)充滿液體，通常在吸入管底部安裝一帶濾網(wǎng)的底閥，該底閥為止逆閥，濾網(wǎng)的作用是防止固體物質(zhì)進(jìn)入泵內(nèi)損壞葉輪或防礙泵的正常操作。24離心泵的主要性能參數(shù)（1）泵的流量離心泵的流量即為離心泵的送液能力，是指單位時(shí)間內(nèi)泵所輸送的液體體積。泵的流量取決于泵的結(jié)構(gòu)尺寸主要為葉輪的直徑與葉片的寬度和轉(zhuǎn)速等。操作時(shí)，泵實(shí)際所能輸送的液體量還與管路阻力及所需壓力有關(guān)。通常用的流量是體積流量Q單位為M3/H、L/MIN、M3/S（2）泵的揚(yáng)程揚(yáng)程是指單位重量流體經(jīng)泵后獲得的能量。有的也稱總揚(yáng)程或全揚(yáng)程，通常所抽送液體的液柱高度H表示，其單位是M。（3）泵的轉(zhuǎn)速泵的轉(zhuǎn)速指泵軸單位時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)，以N表示，單位是R/MIN。（4）泵的功率泵的軸功率是指單位時(shí)間內(nèi)由原動機(jī)傳到泵軸上的功，也稱輸入功率，單位是W或KW。（5）泵的效率泵效率是泵的有效功率與軸功率之比。（6）泵的比轉(zhuǎn)數(shù)251離心泵的選用離心泵的選用，通常可按下列原則進(jìn)行（1）根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)和操作條件，初步確定泵的系列及生產(chǎn)廠；（A）根據(jù)輸送介質(zhì)決定選用清水泵、油泵、耐腐蝕泵、屏蔽泵等；（B）根據(jù)現(xiàn)場安裝條件決定選用臥式泵、立式泵（含液下泵、管道泵）等；（C）根據(jù)流量大小選用單吸泵、雙吸泵等；（D）根據(jù)揚(yáng)程大小選單級泵、多級泵、高度泵等。252泵型號的確定第三章可編程序控制器31可編程序控制器概述目前的控制器有很多種，有可編程序控制器、單片機(jī)、工業(yè)計(jì)算機(jī)等，而可編程序控制器具有驅(qū)動能力好、通信接口不復(fù)雜、指令簡單、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，所以本課題選用可編程序控制器可編程序控制器（簡稱PLC）是在繼電順序控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的以微處理器為核心的通用自動控制裝置，PLC是電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電邏輯自動控制系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物。PLC作為自動控制系統(tǒng)中的一個核心部件，要使它能在控制系統(tǒng)中充分發(fā)揮其功能，就必須了解PLC的結(jié)構(gòu)、工作原理等。以可編程控制器為核心單元的控制系統(tǒng)稱為可編程控制系統(tǒng)。可編程控制系統(tǒng)可分為硬件和軟件。PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口電源等部分組成。其中，CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連接。對于整體式PLC，所有部件都裝在同一機(jī)殼內(nèi)，其組成框圖如圖11所示；對于模塊式PLC，各部件獨(dú)立封裝成模塊，各模塊通過總線連接，安裝在機(jī)架或?qū)к壣?，其組成框圖如圖12所示。無論是哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可根據(jù)用戶組需要進(jìn)行配置與組合。32可編程序控制器的工作原理PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的一個掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。PLC在輸入采樣階段首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。PLC在程序執(zhí)行階段按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。PLC在程序執(zhí)行階段按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。輸出刷新階段當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動相應(yīng)輸出設(shè)備工作。33可編程控制器的結(jié)構(gòu)（1）按硬件的結(jié)構(gòu)類型分類可編程控制器是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)的。為了便于在工業(yè)現(xiàn)場安裝，便于擴(kuò)展，方便接線，其結(jié)構(gòu)與普通計(jì)算機(jī)有很大區(qū)別，常見的有單元式、模塊式及疊裝式三種結(jié)構(gòu)。（2）按應(yīng)用規(guī)模及功能分類為了適應(yīng)不同工業(yè)生產(chǎn)過程的應(yīng)用要求，可編程控制器能夠處理信號的輸入信號數(shù)量是不一樣的。一般將一路信號稱作一個點(diǎn)，將輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)數(shù)的總和稱為機(jī)器的點(diǎn)。按照點(diǎn)數(shù)的多少，可將PLC分為超小（微）、小、中、大、超大等五種類型?？删幊炭刂破鬟€可以按功能分為低檔機(jī)、中檔機(jī)及高檔機(jī)。而可編程控制器按功能劃分及按點(diǎn)數(shù)規(guī)模劃分是有一定聯(lián)系的。一般大型、超大型機(jī)都是高檔機(jī)。機(jī)型和機(jī)器的結(jié)構(gòu)形式及內(nèi)部存儲器的容量一般也有一定的聯(lián)系，大型機(jī)都是模塊式機(jī)，具有很大的存儲容量。第四章變頻器41變頻器的概述變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置?？煞譃榻唤蛔冾l器，交直交變頻器。交交變頻器可直接把交流電變成頻率和電壓都可變的交流電；交直交變頻器則是先把交流電經(jīng)整流器先整流成直流電，再經(jīng)過逆變器把這個直流電流變成頻率和電壓都可變的交流電。變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無級調(diào)速的需要而誕生的。20世紀(jì)60年代以后，電力電子器件經(jīng)歷了SCR晶閘管、GTO門極可關(guān)斷晶閘管、BJT雙極型功率晶體管、MOSFET金屬氧化物場效應(yīng)管、SIT靜電感應(yīng)晶體管、SITH靜電感應(yīng)晶閘管、MGTMOS控制晶體管、MCTMOS控制晶閘管、IGBT絕緣柵雙極型晶體管、HVIGBT耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管的發(fā)展過程，器件的更新促進(jìn)了電力電子變換技術(shù)的不斷發(fā)展。20世紀(jì)70年代開始，脈寬調(diào)制變壓變頻PWMVVVF調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀(jì)80年代，作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世紀(jì)80年代后半期開始，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國家的VVVF變頻器已投入市場并獲得了廣泛應(yīng)用。42變頻器的分類變頻器即電壓頻率變頻器，是一種將固定頻率的交流電變換成頻率、電壓連續(xù)可調(diào)的交流電，以供給電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的電源裝置。目前國內(nèi)外變頻器的種類很多，可按以下幾種方式分類。421按變換環(huán)節(jié)分類1交直交變頻器交直交變頻器首先將頻率固定的交流電整流成直流電，經(jīng)過濾波，再將平滑的直流電逆變成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電。2交交變頻器交交變頻器把頻率固定的交流電變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電。422按電壓的調(diào)制方式分類1PAM（脈幅調(diào)制）所謂PAM，是PULSEAMPLITUDEMODULATION的簡稱，它是通過調(diào)節(jié)輸出脈沖的幅值來調(diào)節(jié)輸出電壓的一種方式，調(diào)節(jié)過程中，逆變器負(fù)責(zé)調(diào)頻，相控整流器或直流斬波器負(fù)責(zé)調(diào)壓。2PWM（脈寬調(diào)制）所謂PWM，是PULSEWIDTHMODULATION的簡稱，它是通過改變輸出脈沖的寬度和占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓的一種方式，調(diào)節(jié)過程中，逆變器負(fù)責(zé)調(diào)頻調(diào)壓。423按濾波方式分類1電壓型變頻器2電流型變頻器424按輸入電源相數(shù)分類1三進(jìn)三出變頻器2單進(jìn)三出變頻器425按控制方式分類1U/F控制變頻器2轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器3矢量控制方式變頻器43變頻器的基本構(gòu)成變頻器的基本構(gòu)成如圖所示，由主電路和控制電路組成。變頻器的基本構(gòu)成44變頻器的工作原理變頻器的工作原理我們知道，交流電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位N60F1S/P1式中N異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；F異步電動機(jī)的頻率；S電動機(jī)轉(zhuǎn)差率；P電動機(jī)極對數(shù)。由式1可知，轉(zhuǎn)速N與頻率F成正比，只要改變頻率F即可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率F在050HZ的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。整流器控制電路M控制指令控制指令逆變器第五章傳感器在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的現(xiàn)代社會中,人類已進(jìn)入瞬息萬變的信息時(shí)代。人們在從事工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等活動中,主要依靠對信息資源的開發(fā)、獲取、傳輸和處理。傳感器處于研究對象與測控系統(tǒng)的接口位置,是感知、獲取與檢測信息的窗口,一切科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)過程,特別是自動檢測和自動控制系統(tǒng)要獲取的信息,都要通過傳感器將其轉(zhuǎn)換為容易傳輸與處理的電信號。51傳感器的概述傳感器通常是指按一定規(guī)律將所感受的被測非電量（包括物理量、化學(xué)量、生物量等）轉(zhuǎn)換成便于處理與傳輸?shù)碾娏浚ㄉ贁?shù)為其他物理量，如光信號）的器件或裝置。傳感器包含兩個必不可少的內(nèi)容一是拾取信息，二是將拾取到的信息進(jìn)行變換，使之變成為一種與被測量有確定函數(shù)關(guān)系且便于處理與傳輸?shù)奈锢砹?，多?shù)為電量。傳感器是傳感系統(tǒng)的一個組成部分，它是被測量信號輸入的第一道關(guān)口。52傳感器的分類液位傳感器有很多種，有側(cè)裝式磁翻柱，頂裝式磁翻柱，浮球連桿式，靜壓式液位計(jì)，浮球液位開關(guān)等。如圖41所示。下面我將介紹浮子液位傳感器。UHZ/Q型系列浮子液位計(jì)適用工業(yè)生產(chǎn)中各種高位、低位容器中各種液體介質(zhì)的液面位置的測量。它的接收部份采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼材料，利用干簧受磁性吸合的原理，把液面位置的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕淖兓⒖筛郊右何挥?jì)上下越位報(bào)警器及遠(yuǎn)距離信號變送器，將液位變化轉(zhuǎn)換成420MA直流信號，與組合儀表配套使用，達(dá)到液位的遠(yuǎn)距離指示檢測與監(jiān)控。53傳感器的組成一般是由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件組成。敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測非電量，并將其送到“轉(zhuǎn)換元件”轉(zhuǎn)換成電量的部分。轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號部分。因?yàn)檎n題用于水中因此選用液位傳感器，利用液體浮力測液位的原理應(yīng)用廣泛，靠浮子隨液面升降的位移反映液位變化的，屬于恒浮力式；靠液面升降對物體浮力改變反映液位的屬于變浮式力。自由狀態(tài)下的浮子能跟隨液面升降，這是人盡皆知的水漲船高規(guī)律。當(dāng)浮子的升降程度到達(dá)設(shè)定的刻度時(shí)，行程開關(guān)開始工作。并將采集到的信號傳送給PLC。浮子式水位傳感器是選用JZB系列絕對編碼器，配用線輪、不銹鋼繩、重錘、防浪錘和浮子等構(gòu)成。此傳感器安裝在測井口上方，連接浮子和重錘的測繩掛在掛輪上。當(dāng)水位變化時(shí)浮子隨之上升或F降，測繩便帶動線輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，傳感器輸出與水位相應(yīng)的編碼數(shù)字量。適用于水庫、水電站、水文站、水廠、江河、湖泊等水位測量。傳感器以絕對編碼的方式，輸出并行循環(huán)參碼供儀表采集，配以變送裝置可輸出420MA或RS485供PLC或微機(jī)采集，該傳感器性能穩(wěn)定可靠，適應(yīng)性強(qiáng)，具有絕對編碼器的突出優(yōu)點(diǎn)，深受廣大水文、水利工程技術(shù)人員的好評。第六章系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)第七章結(jié)束語經(jīng)過了兩個多月的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了水塔水位自動控制系統(tǒng)這篇論文。從開始接到論文題目到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在技師上課期間獨(dú)立完成的最大的項(xiàng)目。在這段時(shí)間里，我學(xué)到了很多知識也有很多感受，從對PLC，傳感器，變頻器等相關(guān)技術(shù)很不了解的狀態(tài)我開始了獨(dú)立的學(xué)習(xí)和試驗(yàn)，查看相關(guān)的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起來，每一次改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一次試驗(yàn)的成功都會讓我興奮好一段時(shí)間。從我也認(rèn)識到了PLC那巨大的用處。雖然我的論文作品不是很成熟，還有很多不足之處，但我可以自豪的說，這里面的每一段代碼，都有我的勞動。當(dāng)看著自