基于PLC水塔液位控制系统设计

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【摘 要】作为一种控制系统，plc具有组网通信程度高、价格低廉、体积小、容量大、集成度大、功能齐全等发展趋势。PLC本身也具备很多优势，如更容易达成机电一体化、调试、施工、设计的时间较短、运用便捷、编程方便简单、可靠性大、抗干扰程度高等。

本设计对水塔液位自动控制系统的功能进行分析，以PLC可编程控制器作为水塔液位自动控制系统的核心，主要实现过程是通过传感器检测水塔液位，经A/D转换后，将水位具体信息传至PLC构成的控制模块，所得数据与设定值进行比较，进而控制抽水电机的动作。如果液位不等于某个设定值时，就会发出报警信号。此设计所实现的功能很大程度满足小区供水需求。

【关键词】水塔液位控制；PLC；A/D转换

1 绪论

1.1研究的目的

随着社会经济的发展，控制水位已经成为人们生活中常见的一个场景。作为一种供水系统，水塔水位控制机制已经被广泛运用于人们的居住环境中。以往的控水系统存在种种缺陷，如稳定性差、能源消耗量大、精确性差等，PLC技术的应用则成功地解决了这一难题。采用PLC技术的控水系统不仅能实现节约型用水，满足人们的用水需求，并且精确度高、价格低廉、简洁方便，是自动控制的完美体现者。PCL控水系统的具体运作流程是：为了使供水机制的质量得以提高，使水压和水位稳定在正常范围内，PLC控水系统对水位变化形成全时间段的监测，随后用电信号来反映变化的水位参数，接 着这种电信号被MCGS软件整合，从而准确显示历史曲线、实时曲线、故障报警信息、水位变化情况等。

1.2 研究的意义

水是生命之源，人们在生产和生活中是离不开水资源的。水资源的缺乏不仅会影响人们正常的日常生活，还会导致经济损失和生产事故，因此供水系统务必要实现供水的充足性、安全性、准确性、及时性。正如上文所言，以往的旧供水系统稳定性差、工作效率不高、能耗大，因此要想使供水系统真正能达到自动化、充足和安全的目标，就必须要改造供水控制系统。我们采用的改造方式是PCL自动控水装备，它在人们的日常生产和生活中扮演着重要角色，而且实用性很强。

2 PLC概述

2.1 PLC的特点

（1）能耗小、重量轻、体积小。

要想加快机电一体化的进程，就要提高PLC进驻机械内容的容易性，而体积小的PLC恰好满足这一要求。目前应用广泛的PLC就实现了能耗小、重量轻、尺寸小等优势。

（2）操作简单，实用性强。

作为一种工业控制装备，PLC主要应用对象是工矿行业。新型PLC采用的表达方法和符号图形是梯形图语言，这种语言简单易懂，要想发挥继电器的作用，只需要掌握一些控制指令即可。此外，工程技术工作者更易于掌握其编程语言，它的接口也是极其简单的。以上方法的使用使得工业控制变得更加简单，即便是那些不了解汇编语言计算机、电路的人也可以完成它的使用。

（3）易于改造、维护、建造和设计。

改造过的PLC的适用范围更加广泛。要想改动生产过程，只需将程序做些改变即可。同时，为了便于维护，减小制造时间，简化程序设计，改造过的PLC降低了外部接线的数量，并采用了存储逻辑。

（4）操作性强、功能齐全、配套完善。

现阶段，不同规模的工业控制中都有PLC的应用。PLC甚至被运用在复杂的工业控制里，因为PLC出现了很多功能单元。此外，PLC在数字控制场合中也有广泛的应用，因为数据运算功能已经被改造过的PLC所具备。

（5）抗干扰性大，可靠性强。

控水系统中，故障自诊断功能已经普及到各个设备中，这主要得益于故障自诊断程序的应用。PLC之所以能在器件出现毛病时发出报警信号，是因为自我检测功能已经被落实到PLC的设计当中。此外，为了提高PLC的抗干扰能力，PLC还采用了相应的高科技设备，并且制造工艺也变得更加娴熟，新型集成电路的应用更是使得PLC的可靠性得以提高。

2.2 PLC的基本原理

设计发明PLC的最初目的是替代以往的控制装置，然而他们却有着不一样的运行程序：就PLC而言，它的运行方式是取顺序逻辑法对程序进行扫描，也就是说倘若断开或接通一个逻辑线圈或输出线圈，PLC也只会在对接触点进行扫描后才会发生动作，而不是马上发生动作。而与此不同，以往的控制装置的运行方式是硬逻辑法，含常闭或常开触点在内的全部触点就会马上发生动作。不一样的运行方式往往使得测试结果不同，对此，需将扫描技术引入到PLC控制器中，因为用户在用PLC扫描程序时，其用时一般不大于100ms，而传统的控制装置则常常需要更长的时间，这样的操作的目的就是为了统一处理结果，无论其发生在什么场合。此外，还将扫描技术应用到PLC中，这样就能做到并行控制硬逻辑。相比传统的微型计算机而言，PLC的I/0响应时间更长，这也是因为设计将扫描技术与光电隔离技术应用到PLC中的缘故。

随着经济和科技的发展，PLC的发展潜力将会更大。就网络方面而言，可编程控制器技术的发展趋势是大型控制系统。就技术而言，可编程控制器与计算机技术的完美结合将会带来更先进的产品，同时也会增大储存容量，加快运行速度。就市场而言，未来社会中各种产品层出不穷，而发展的结果是世界市场被个别产品垄断，将出现一种世界性通用编程语言。就产品的配套性来看，为了满足人们的需求，产品功能将会更加齐全，款式更加新颖。就产品规模而言，未来产品的发展方向是走向超大型和超小型。PLC是组成国际通用网络与自动化控制网络中不可或缺的一部分，在未来的社会中，它势必将取得更大的进展。

3 水塔液位控制系统设计方案

3.1 水塔液位控制系统设计要求

水塔液位控制如图3-1所示。根据需要，规定S1和S2分别作为上下限液位的控制开关，电磁阀M1为水池注水开关，水泵M2为水塔液位注水开关，S3为水塔下限液位开关，S4为水塔上限液位开关。

首先比较实际水池液位与水池下限位的偏差，小于下限液位时，电磁阀M1打开，开始注水，4秒后，再次比较当前水位与下限水位的差值，小于则系统发出报警，如果高于则系统继续注水，直到水位高于水池上限液位，电磁阀M1关闭。当前水塔液位低于水塔下限水位时，水泵M2打开，水池开始向水塔注水，4秒后，当前水塔液位小于水塔下限液位，则系统发出报警，仍需继续注水，直到高于下限液位，报警停止。当水塔液位高于水塔上限位时，停止注水，水泵M2关断。

3.2 水塔液位控制系统主电路

连续控制按下按钮电动机通电启动运转，松开按钮后，电动机仍继续运行，只有按下停止按钮，电动机才失电直至停转。主电路由转换开关QS、熔断器FU、接触器主触点KM、热继电器FR、电动机M组成。

控制电路由熔断器、热继电器辅助触点、两个按钮SB1和SB2接触器辅助触点和线圈组成。只有只有在操作人员有准备的情况下才能再次启动按钮SB2，电机才能重新启动保证人和设备的安全。水塔液位主电路图描绘如图3-2所示：

3.3 I/O接口分配

（1） 外部接线与控制列表

（2） I/O口分配表

PLC的对外功能主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所管理的基本配置的能力限制即受最大的基板槽数限制。

结合设计需要，对功能进行具体分析，合理分配各个变量之间的关系，以下为表3.3-2 为水塔液位I/O口分配：

（3）可行性分析

系统的实现主要通过电路硬件设计，在程序运行中相对较为稳定，而软件设计不稳定因素较多。随着系统中水塔液位的改变，软件系统不能准确得出电位器中阻值，以至于水位控制不能得到有效的操作，针对不同的介质，实现其功能更为艰难。而硬件系统完全克服其缺点，能更好的兼容，实现水塔液位的精度控制，更好的服务于社会。

结论：

本设计是为了实现水塔液位的自动控制，能够实现供水系统的便捷化、简单化、稳定化、可靠化、节能化和高效化。本设计的设计步骤如下列所示：

（1）首先查阅文献，对水塔供水在国内外的发展现状进行了解和分析，进而了解水塔供水系统在人们生活中的重要意义。

（2）分析小区供水体系现状，完成水塔供水系统的总体设计方案。

（3）通过对水塔液位系统结构和传感器的选用，完成水塔液位的硬件设计与连接。通过对液位输出需求的分析，分配了开关量I/O点。

水塔供水的未来发展前景是一片光明的，传统供水模式已经满足不了人们需求，先进供水模式将被大量采用。更多的智能控水模式将被开发出来，满足人们日常生活的同时，最大程度节约水资源。

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