摘要：水塔水位控制系統(tǒng)是我國(guó)住宅小區(qū)、工廠企業(yè)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng)。為了達(dá)到節(jié)能的目的，提高供水系統(tǒng)的質(zhì)量，考慮采用可編程控制器（PLC）、繼電器、傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)采集，設(shè)計(jì)一套實(shí)用水位控制方案，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，以提高控制精度、可靠性和供水質(zhì)量。并通過(guò)模擬仿真來(lái)驗(yàn)證程序編寫的正確性。

1引言

水塔水位控制系統(tǒng)是我國(guó)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)l。在水資源日益匱乏的今天，節(jié)約用水、提高水資源的利用率就顯得十分必要。傳統(tǒng)的水塔水位控制為粗放式的，基本沒(méi)有對(duì)水泵的合理控制，且多為人力控制工作強(qiáng)度大、危險(xiǎn)。所以除了浪費(fèi)電能外，還造成了人員的浪費(fèi)。采用新型的PLC控制供水方式與過(guò)去舊的控制方式相比在運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、穩(wěn)定性等方面有顯著優(yōu)勢(shì)，特別是在提倡低碳的情況下有很好的節(jié)能效果，且由于PLC強(qiáng)大的擴(kuò)展性可以適應(yīng)今后城市供水建設(shè)的發(fā)展需要。

2水塔水位控制原理

水塔水位控制的原理圖如圖1所示。

其中，水塔和蓄水池的傳感器將表示液位的模擬量信號(hào)輸入PLC中，再由PLC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理后進(jìn)行相應(yīng)的輸出控制，輸出控制為對(duì)水泵、電磁閥和報(bào)警燈的控制。

3控制系統(tǒng)的控制要求

本設(shè)計(jì)水池和水塔分別各自采用一個(gè)液位傳感器，以為量取其各自的高低水位。它們傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳往PLC（可編程邏輯控制器），然后經(jīng)由PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、比較，最后輸出控制水泵和電磁閥。

系統(tǒng)通過(guò)PLC啟動(dòng)后，當(dāng)水池液位低于水池傳感器下限液位時(shí)，電磁閥打開，開始往水池里注水，當(dāng)5s以后，若水池液位沒(méi)有超過(guò)水池傳感器下限液位時(shí)，則系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。報(bào)警形式為光報(bào)警，表現(xiàn)為紅色指示燈每隔0.5s閃爍一次。待水位開始上升并被相應(yīng)的液位傳感器檢測(cè)到時(shí)自動(dòng)熄滅。若系統(tǒng)正常，此時(shí)水池傳感器下限液位向PLC輸入一個(gè)固定值，表示現(xiàn)在水位高于下限水位。當(dāng)水位液面高于上限水位時(shí)，電磁閥關(guān)閉停止向水池注水。

當(dāng)水塔水位低于水塔下限水位時(shí)，則水塔傳感器下限水位檢測(cè)不到有水，水泵開始工作，向水塔供水，當(dāng)10s以后，若水塔液位沒(méi)有超過(guò)水塔傳感器下限液位時(shí)，則系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。報(bào)警形式為光報(bào)警，表現(xiàn)同樣為紅色指示燈每隔0.5s閃爍一次。當(dāng)水塔傳感器下限檢測(cè)到有水時(shí)，表示水塔水位高于水塔下限水位，此時(shí)水泵繼續(xù)向水塔注水。當(dāng)水塔液面高于水塔上限水位時(shí)，則水塔傳感器上限水位檢測(cè)到有水，水泵停止抽水。

當(dāng)水塔水位低于下限水位，同時(shí)水池水位也第一下限水位時(shí)，水泵不能啟動(dòng)。

4系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)

4.1系統(tǒng)的輸入輸出分配

確定PLC所需要的各類繼電器，對(duì)其輸入和輸出進(jìn)行分配與編號(hào)。本設(shè)計(jì)共使用了2個(gè)輸入和8個(gè)輸出，控制中還包括水泵的星型-三角形啟動(dòng)方式。

4.2系統(tǒng)工作流程圖

圖2為系統(tǒng)工作的流程圖。

4.3系統(tǒng)程序

在程序編寫過(guò)程中，設(shè)兩個(gè)液位傳感器均為輸出4-20mA標(biāo)準(zhǔn)流信號(hào)，且范圍相同?？紤]到蓄水池水位應(yīng)高于水塔水位這樣才可以將水塔注滿水，所以設(shè)蓄水池的高液位限制對(duì)應(yīng)的電流為18.75mA（相應(yīng)PLC內(nèi)部數(shù)字量為30000），水塔的高液位限制對(duì)應(yīng)的電流為17.5mA（相應(yīng)PLC內(nèi)部數(shù)字量為28000）。兩個(gè)傳感器的低液位限制相同都為4mA（相應(yīng)PLC內(nèi)部數(shù)字量為6400）。

4.4系統(tǒng)的模擬仿真

程序編寫完成后，將其導(dǎo)入PLC模擬仿真中?？紤]到本文所用輸入輸出個(gè)數(shù)和現(xiàn)實(shí)需要，所以選擇西門子S7-200系列的CPU224模塊加擴(kuò)展模塊EM231。設(shè)置EM231模塊的模擬量輸入來(lái)代替兩個(gè)液位傳感器的傳輸?shù)哪M量。

通過(guò)觀察模擬仿真中各個(gè)輸入輸出狀態(tài)，可驗(yàn)證程序編寫的正確性，其滿足系統(tǒng)的控制要求。

5總結(jié)

本文給出了一個(gè)PLC水塔水位系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)傳感器所傳數(shù)據(jù)的分析處理從而完成了對(duì)水塔水位的控制。由于水位自動(dòng)控制，因此減少了工作人員的工作量有利于人員的合理配置。

作者：張少?gòu)?qiáng)

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