技术领域
[0001] 本
发明涉及液位和流量控制领域，特别涉及一种三容水箱串级控制系统。
背景技术
[0002] 人们生活以及工业生产经常涉及到液位和流量的控制问题，例如饮料、
食品加工，居民生活用水的供应，溶液过滤，污
水处理，化工生产等多种行业的生产加工过程，通常要使用蓄液池。蓄液池中的液位需要维持合适的高度，太满容易溢出造成浪费，过少则无法满足需求；因此需设计合适的控制系统自动调整蓄液池的进出流量，使得蓄液池内液位保持正常水平，以保证产品的
质量和生产效益；这些不同背景的实际问题都可以简化为某种水箱的液位控制问题，因此液位是工业控制过程中一个重要的参数，特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的生产效果。
[0003] 目前，三容水箱控制系统已广泛应用于高等院校的计算机控制系统实验及工业实验中，使得三容水箱控制系统的研发得到快速的发展，但现有大多数系统对进入副回路的扰动的克服能
力较弱，
稳定性不足，工作可靠度低；同时，在实验基地已配备多种新
能源(包括
太阳能、
风能等)的情况下，控制系统还单一地使用市电作为供电电源，也不符合节能环保的社会需求。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种三容水箱串级控制系统，对进入副回路的扰动的克服能力较强，提高其稳定性及工作可靠度，并且能够使用新能源作为供电电源，符合节能环保的社会需求。
[0005] 本发明提供了一种三容水箱串级控制系统，包括储水箱及设在储水箱上方且从下往上依次设置的下水箱、中水箱及上水箱；所述储水箱与上水箱之间通过进水管相连通且进水管上设有用于将储水箱中的水送至上水箱的水
泵，所述水泵的进液端与储水箱之间设有电磁
阀Ⅰ、出液端与上水箱之间依次设有
电磁阀Ⅱ及电磁阀Ⅲ，所述电磁阀Ⅱ与电磁阀Ⅲ之间设有电动调节阀；
[0006] 所述上水箱与中水箱通过第一出水管相连通且第一出水管上设有电磁阀Ⅳ，所述中水箱与下水箱通过第二出水管相连通且第二出水管上设有电磁阀Ⅴ，所述下水箱与储水箱通过第三出水管相连通且第三出水管上设有电磁阀Ⅵ；
[0007] 所述上水箱通过第一溢水管与储水箱相连通且第一溢水管上设有电磁阀Ⅶ，所述中水箱通过第二溢水管与储水箱相连通且第二溢水管上设有电磁阀Ⅷ，所述下水箱通过第三溢水管与储水箱相连通且第三溢水管上设有电磁阀Ⅸ；
[0008] 所述上水箱内设有用于实时探测箱内水位的水位
传感器Ⅰ，所述中水箱内设有用于实时探测箱内水位的水位传感器Ⅱ，所述下水箱内设有用于实时探测箱内水位的水位传感器Ⅲ；
[0009] 所述水泵、电动调节阀、电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅲ、电磁阀Ⅳ、电磁阀Ⅴ、电磁阀Ⅵ、电磁阀Ⅶ、电磁阀Ⅷ、电磁阀Ⅸ、水位传感器Ⅰ、水位传感器Ⅱ及水位传感器Ⅲ分别与
控制器相连，所述控制器与上位机相连；
[0010] 该系统还包括用于给各用电部件供电的电源，所述电源包括直流转交流转换器、
蓄电池、锂电池及
风能发电设备，所述直流转交流转换器的交流电输出端分别连接水泵、电动调节阀、电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅲ、电磁阀Ⅳ、电磁阀Ⅴ、电磁阀Ⅵ、电磁阀Ⅶ、电磁阀Ⅷ、电磁阀Ⅸ、水位传感器Ⅰ、水位传感器Ⅱ、水位传感器Ⅲ、控制器及上位机的
电能输入端，
蓄电池与锂电池通过一切换
开关连接直流转交流转换器的直流电输入端，切换开关用于切换选择蓄电池与锂电池中的任意一个与直流转交流转换器相连，所述蓄电池与风能发电设备相连并用于储存风能发电设备产生的电能。
[0011] 优选地，所述第一溢水管、第二溢水管及第三溢水管均连接至一总溢水管，所述总溢水管与储水箱相连通。
[0013] 优选地，所述风能发电设备包括
风力发
电机、发电
主轴、扇叶和
支撑杆，所述支撑杆顶端固定连接有风力发电机，所述风力发电机的输出端固定连接有发电主轴，所述发电主轴固定连接有扇叶，所述发电主轴外壁滑动连接有减震盘，所述发电主轴外壁固定连接有固定盘，所述减震盘
侧壁通过
连接杆与扇叶滑动连接，所述减震盘与固定盘之间设有主减震
弹簧，所述连接杆与扇叶之间设有前减震弹簧，所述减震盘侧壁固定连接有三
角架，所述三角架顶部固定连接有叶尖保护套，所述叶尖保护套内固定套有扇叶。
[0014] 优选地，所述扇叶端部开设有插槽，所述叶尖保护套内壁固定连接有插板，所述插板插入插槽内并固定连接。
[0015] 优选地，所述三角架底部固定连接有缓冲柱，所述缓冲柱内滑动连接有缓冲伸缩柱，所述缓冲伸缩柱端部固定连接有缓冲触点，所述缓冲柱与缓冲伸缩柱之间设有触点弹簧。
[0016] 优选地，所述三角架端部固定连接有接闪器，所述接闪器通过三角架内部线路与接地线路连接。
[0017] 优选地，所述主减震弹簧套设在主轴外壁，所述前减震弹簧套设在连接杆外壁，所述减震盘内壁固定连接有延伸滑筒；所述每个扇叶后方均设有三角架，所述叶尖保护套为金属套。
[0018] 本发明的有益效果：
[0019] 第一，本发明的三容水箱串级控制系统，在水泵、电动调节阀的两侧均设置了相关电磁阀，同时在溢水管也增设了相关电磁阀，通过相关水位传感器的检测和控制器的处理，可进行及时有效的反馈控制，使得系统对进入副回路的扰动的克服能力较强，提高了其稳定性及工作可靠度；而且可实现各种复杂的扰动实验，也为控制
算法的研究提供了良好的平台。
[0020] 第二，电源通过蓄电池与锂电池两种供电模式，蓄电池便于通过风能实现供电，锂电池作为
备用电池在风力不足或极端条件下应急供电，适用于脱离市电时的正常供电。
[0021] 第三，风能发电设备中，通过扇叶后方设有的三角架，当扇叶风吹产生震动后，传递给其后方的三角架，使减震盘向前或向后有一
定位移，通过减震盘
挤压其后方的主减震弹簧或挤压前方的前减震弹簧，吸收震动，扇叶产生的轻微形变，由于扇叶后方的缓冲触点与扇叶
接触，将缓冲伸缩柱挤压收回在缓冲柱内，触点弹簧被压缩，吸收一部分震动，减缓减轻扇叶的形变，保护扇叶，且加上三角架的稳固支撑作用，使得扇叶不会弯折，产生巨大形变，造成扇叶损坏，通过三角架和其上各组弹簧作用，吸收扇叶的震动，加强支撑，保护扇叶。
附图说明
[0022] 图1为本发明的结构示意图；
[0024] 图3为本发明风能发电设备第一视角结构示意图；
[0025] 图4为本发明风能发电设备第二视角结构示意图；
[0026] 图5为本发明风能发电设备第三视角结构示意图。
具体实施方式
[0027] 为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体
实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0028] 如图1所示：本实施例提供的一种三容水箱串级控制系统，包括储水箱1及设在储水箱1上方且从下往上依次设置的下水箱21、中水箱22及上水箱23；所述储水箱1与上水箱23之间通过进水管3相连通且进水管3上设有用于将储水箱1中的水送至上水箱23的水泵4，所述水泵4的进液端与储水箱1之间设有电磁阀Ⅰ51、出液端与上水箱23之间依次设有电磁阀Ⅱ52及电磁阀Ⅲ53，所述电磁阀Ⅱ52与电磁阀Ⅲ53之间设有电动调节阀6；下水箱21的液位为系统的主控制量，其余两个水箱的液位均为副控制量。
[0029] 所述水泵4优选为磁力驱动泵结构，磁力驱动泵由泵、磁力传动器、
电动机三部分组成，关键部件磁力传动器由外磁
转子、内磁转子及不导磁的隔离套组成，当电动机带动外磁转子旋转时，
磁场能穿透空气隙和非
磁性物质，带动与
叶轮相连的内磁转子作同步旋转，实现动力的无接触传递，将动密封转化为静密封；电动调节阀6采用智能直行程
电动阀结构，用来对控制回路的流量进行调节；各电磁阀作为电动调节阀6的旁路，可起到阶跃干扰的作用。
[0030] 所述上水箱23与中水箱22通过第一出水管71相连通且第一出水管71上设有电磁阀Ⅳ54，所述中水箱22与下水箱21通过第二出水管72相连通且第二出水管72上设有电磁阀Ⅴ55，所述下水箱21与储水箱1通过第三出水管73相连通且第三出水管73上设有电磁阀Ⅵ56；所述上水箱23通过第一溢水管81与储水箱1相连通且第一溢水管81上设有电磁阀Ⅶ57，所述中水箱22通过第二溢水管82与储水箱1相连通且第二溢水管82上设有电磁阀Ⅷ58，所述下水箱21通过第三溢水管83与储水箱1相连通且第三溢水管83上设有电磁阀Ⅸ59；优选地，所述第一溢水管81、第二溢水管82及第三溢水管83均连接至一总溢水管84，所述总溢水管84与储水箱1相连通，以简化系统布置；所述上水箱23内设有用于实时探测箱内水位的水位传感器Ⅰ91，所述中水箱22内设有用于实时探测箱内水位的水位传感器Ⅱ92，所述下水箱
21内设有用于实时探测箱内水位的水位传感器Ⅲ93；各水位传感器可为液位变送器结构或者压力变送器结构。
[0031] 本实施例中，所述水泵4、电动调节阀6、电磁阀Ⅰ51、电磁阀Ⅱ52、电磁阀Ⅲ53、电磁阀Ⅳ54、电磁阀Ⅴ55、电磁阀Ⅵ56、电磁阀Ⅶ57、电磁阀Ⅷ58、电磁阀Ⅸ59、水位传感器Ⅰ91、水位传感器Ⅱ92及水位传感器Ⅲ93分别与控制器101相连，所述控制器101与上位机102相连；所述控制器101例如可为PLC(即可编程逻辑控制器)，且PLC采用PID运算方式对数据进行处理，结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便；所述上位机102例如可为PC机，所述上位机102中也通过组态王进行组态，可智能控制并显示，极大地减小了资源浪费，并且可通过上位机显示，方便管理操作；所述控制器101可通过PC/PPI
电缆与上位机相连，保证通信的有效性。
[0032] 如图2所示，该系统还包括用于给各用电部件供电的电源，所述电源包括直流转交流转换器11、蓄电池12、锂电池13及风能发电设备14，所述直流转交流转换器11的交流电输出端分别通过相应的
导线连接水泵4、电动调节阀6、电磁阀Ⅰ51、电磁阀Ⅱ52、电磁阀Ⅲ53、电磁阀Ⅳ54、电磁阀Ⅴ55、电磁阀Ⅵ56、电磁阀Ⅶ57、电磁阀Ⅷ58、电磁阀Ⅸ59、水位传感器Ⅰ91、水位传感器Ⅱ92、水位传感器Ⅲ93、控制器101及上位机102的电能输入端，蓄电池12与锂电池13通过一切换开关15连接直流转交流转换器11的直流电输入端，切换开关15用于切换选择蓄电池12与锂电13池中的任意一个与直流转交流转换器11相连，所述蓄电池12与风能发电设备14相连并用于储存风能发电设备14产生的电能。蓄电池12与锂电池13均可独立外置于储水箱1；锂电池30为可更换的结构。通过蓄电池12与锂电池13两种供电模式，蓄电池12便于通过风能实现供电，锂电池13作为备用电池在风能不足或极端条件下应急供电，适用于脱离市电时的正常供电。其中锂电池13可使用市电进行充电。
[0033] 如图3-5所示，所述风能发电设备14包括包括风力发电机1401、发电主轴1402、扇叶1403和支撑杆1404，支撑杆1404顶端固定连接有风力发电机1401，风力发电机1401的输出端固定连接有发电主轴1402，发电主轴1402固定连接有扇叶1403，发电主轴1402外壁滑动连接有减震盘1405，发电主轴1402外壁固定连接有固定盘1406，减震盘1405侧壁通过连接杆1407与扇叶1403滑动连接，减震盘1405与固定盘1406之间连接有主减震弹簧1408，连接杆1407与扇叶1403之间连接有前减震弹簧1409，减震盘1405侧壁固定连接有三角架1410，三角架1410顶部固定连接有叶尖保护套1411，叶尖保护套1411内固定套有扇叶1403。
整个风能发电设备140架设在室外；风力发电机1401与蓄电池12以可拆卸方式电连接。
[0034] 其中，扇叶1403端部开设有插槽1412，叶尖保护套1411内壁固定连接有插板1413，插板1413插入插槽1412内并固定连接。三角架1410底部固定连接有缓冲柱1414，缓冲柱1414内滑动连接有缓冲伸缩柱1415，缓冲伸缩柱1415端部固定连接有缓冲触点1416，缓冲柱1414与缓冲伸缩柱1415之间固定连接有触点弹簧1417。三角架1410端部固定连接有接闪器1418，接闪器1418通过三角架1410内部线路与接地线路连接。主减震弹簧1408套设在主轴外壁，前减震弹簧1409套设在连接杆1407外壁，减震盘1405内壁固定连接有延伸滑筒
1419。每个扇叶1403后方均设有三角架1410，叶尖保护套1411为金属套。
[0035] 在该风能发电设备140中，通过扇叶1403后方设有的三角架1410，当扇叶1403风吹产生震动后，传递给其后方的三角架1410，使减震盘1405向前或向后有一定位移，通过减震盘1405挤压其后方的主减震弹簧1408或挤压前方的前减震弹簧1409，吸收震动，扇叶1403产生的轻微形变，由于扇叶1403后方的缓冲触点1416与扇叶接触，将缓冲伸缩柱1415挤压收回在缓冲柱1414内，触点弹簧1417被压缩，吸收一部分震动，减缓减轻扇叶1403的形变，保护扇叶1403，且加上三角架1410的稳固支撑作用，使得扇叶1403不会弯折，产生巨大形变，造成扇叶1403损坏，通过三角架1410和其上各组弹簧作用，吸收扇叶1403的震动，加强支撑，保护扇叶1403和发电设备。在雷雨天气，通过设有的叶尖保护套1411保护脆弱的叶尖，通过三角架1410端部的接闪器1418将雷电通过接地线路引致地面，防止扇叶1403
雷击损坏，且通过三角架1410接地，导引雷电，而不是扇叶1403本体接引，降低了扇叶1403损坏风险。
[0036] 最后说明的是，本文应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，在不脱离本发明原理的情况下，还可对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明的保护范围内。
