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数字电路在水位控制中的应用 李平安 四川省都江堰东风渠管理处 【摘要】：该文通过数字电路中的基本元件，组成简单的结构逻辑电路，解决了在工作实践中 遇到的技术难题，即电路的“竞争冒险”现象。使得控制电路得以正常运行。从面数字电路的实际 应用方面给人以启迪。 【关键词】：数字电路水位控制 通常在某些数字电路中，如自动控制系统或数据采集系统中，在某种 特定的情况下，往往会出现电路的“竞争冒险”现象，致使电路不能正常地 运行。这是一种相当棘手的技术难题。笔者在制作并安装使用一台水塔 自控装置的过程中，就遇到了这个问题。经过多次检查外围设备及其电 路，并对其认真而细致地进行了分析和研究，最后终于找到了解决难题的 途径。应用数字电路中最基本的元件——门电路，如“与门、“或门”以及 555集成电路等器件经过巧妙地组合、装配，使这一技术难题迎刃而解。 下面就如何在实际工作中遇到了实际问题，如何寻找解决实际问题的途 径，面对现实问题如何选择正确的思路进行思考，并就所涉及到的相关基 础理论部分作一简要的论述，同时给出必要的图示。 为了适应某建设工地的需要，笔者曾设计、制作并实地安装了一台水 塔自控装置。该建设工地水塔高35米，储水容量200立方米，取水井深为 120米，电机功率为10千瓦。水塔自控装置的一端为装在水塔上的水位 传感器，而另一端是接在磁力启动器上的由若干继电器组成的硬逻辑电 路。该装置结构简单，性能稳定。按照自控逻辑的功能，当水塔中的水位 一193— 降到了设定的下限时，由传感器产生一个信号，使动力回路接通380V电 源，启动水泵向水塔送水。而后水位开始上升，当水位上升到设定的上限 时，由传感器产生另一个信号，使动力回路断开电源，停止水泵抽水。由于 工地和其他用水单位不断消耗用水，水塔中的水位又开始降下来，当水位 下降到设定的下限时，水塔自控装置便重复以上动作，又开始向水塔输水。 如此，水塔自控装置按照既定的控制逻辑，周而复始地运行。在一般正常 的情况下，是不会出现任何问题的。然而在实践中却出乎意料的遇到了一 个实际问题，即运行后不久便发现在某些情况下不能正常运行。经过认真 细致地分析和研究之后，终于发现问题的所在，原来是在磁力启动器中，由 原生产厂家加装了对电机和水泵的保护电路，而且该保护电路是多功能 的，它对电机的缺相、过压、欠压、过流、水浅等情况均能自动跳闸，即时切 断动力电源。当然，这种多功能的保护措施是必要的，因为它能有效地保 护电机和水泵不受损害，特别是此处的水泵为120米深的深水泵。可现在 遇到的问题是，当水塔中的水位降到了设定的下限时，按照水塔自控的控 制逻辑，应该接通动力电源，启动水泵抽水，可就在此时，由于用电环境恶 劣，电源电压波动很大，主要表现为欠压现象，于是保护电路运作，即时断 开动力电源；而此时，由于水位降到了下限，水塔自控电路又即时接通动力 电源，于是接通、断开，又接通、又断开，两者往返不停地交替进行，只听得 交流接触器发出“啪、啪、啪……”不停地接触又断开的响声。经过仔细检 查发现，原来是此时的保护电路和水塔自控电路发生了“竞争冒险现象， 在这种情况下，根本无法正常运行，必须立即关掉电源，停止运行。 面对现实问题，必须冷静地思考。为了解决所遇到的这个棘手技术问 题，不得不进行深入地研究和分析。经过具体地分析后得知，两种情况同 时出现，而且也只有在两种情况同时出现时，才会发生以上不正常的现象。 这两种情况便是：一、水塔水位到达了下限；二、380V电压出现了较大幅度 的波动，即表现为欠压(或过压)现象。当这两种情况同时出现时，保护与 一194— 自控电路便产生了“竞争冒险”的现象。而这两种情况同时出现，在逻辑 代数中属逻辑“与的关系。为了全面考虑问题，保护电路中有关对缺相、 过压、欠压、过流、水浅等情况，均有可能与水位达下限同时出现，这种情况 可以用逻辑代数中的“与或逻辑关系描述。为了说明问题，现对以上各 种情况使用逻辑代数中的逻辑变量来描述： 设水塔自控装置产生的控制信号为A 保护电路对缺相、过压、欠压、过流、水浅产生的控制信号分别为B、C、 D、E、Fo上六种信号均为逻辑变量，它们的直值为1或0。限于篇幅，它们 的真值表就不在此列出。因为逻辑变量有