水塔水位自动控制器的设计

摘要：水塔水位控制系统是我国住宅小区、工厂企业广泛应用的供水系统。为了达到节能的目的，提高供水系统的质量，考虑采用可编程控制器（PLC）、继电器、传感器技术和数据采集，设计一套实用水位控制方案，使系统实现自动控制，以提高控制精度、可靠性和供水质量。并通过模拟仿真来验证程序编写的正确性。

1引言

水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统，传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点l。在水资源日益匮乏的今天，节约用水、提高水资源的利用率就显得十分必要。传统的水塔水位控制为粗放式的，基本没有对水泵的合理控制，且多为人力控制工作强度大、危险。所以除了浪费电能外，还造成了人员的浪费。采用新型的PLC控制供水方式与过去旧的控制方式相比在运行的经济性、可靠性、稳定性等方面有显著优势，特别是在提倡低碳的情况下有很好的节能效果，且由于PLC强大的扩展性可以适应今后城市供水建设的发展需要。

2水塔水位控制原理

水塔水位控制的原理图如图1所示。

其中，水塔和蓄水池的传感器将表示液位的模拟量信号输入PLC中，再由PLC对数据进行分析、处理后进行相应的输出控制，输出控制为对水泵、电磁阀和报警灯的控制。

3控制系统的控制要求

本设计水池和水塔分别各自采用一个液位传感器，以为量取其各自的高低水位。它们传输的数据传往PLC（可编程逻辑控制器），然后经由PLC进行数据处理、比较，最后输出控制水泵和电磁阀。

系统通过PLC启动后，当水池液位低于水池传感器下限液位时，电磁阀打开，开始往水池里注水，当5s以后，若水池液位没有超过水池传感器下限液位时，则系统发出警报。报警形式为光报警，表现为红色指示灯每隔0.5s闪烁一次。待水位开始上升并被相应的液位传感器检测到时自动熄灭。若系统正常，此时水池传感器下限液位向PLC输入一个固定值，表示现在水位高于下限水位。当水位液面高于上限水位时，电磁阀关闭停止向水池注水。

当水塔水位低于水塔下限水位时，则水塔传感器下限水位检测不到有水，水泵开始工作，向水塔供水，当10s以后，若水塔液位没有超过水塔传感器下限液位时，则系统发出警报。报警形式为光报警，表现同样为红色指示灯每隔0.5s闪烁一次。当水塔传感器下限检测到有水时，表示水塔水位高于水塔下限水位，此时水泵继续向水塔注水。当水塔液面高于水塔上限水位时，则水塔传感器上限水位检测到有水，水泵停止抽水。

当水塔水位低于下限水位，同时水池水位也第一下限水位时，水泵不能启动。

4系统的PLC设计

4.1系统的输入输出分配

确定PLC所需要的各类继电器，对其输入和输出进行分配与编号。本设计共使用了2个输入和8个输出，控制中还包括水泵的星型-三角形启动方式。

4.2系统工作流程图

图2为系统工作的流程图。

4.3系统程序

在程序编写过程中，设两个液位传感器均为输出4-20mA标准流信号，且范围相同。考虑到蓄水池水位应高于水塔水位这样才可以将水塔注满水，所以设蓄水池的高液位限制对应的电流为18.75mA（相应PLC内部数字量为30000），水塔的高液位限制对应的电流为17.5mA（相应PLC内部数字量为28000）。两个传感器的低液位限制相同都为4mA（相应PLC内部数字量为6400）。

4.4系统的模拟仿真

程序编写完成后，将其导入PLC模拟仿真中。考虑到本文所用输入输出个数和现实需要，所以选择西门子S7-200系列的CPU224模块加扩展模块EM231。设置EM231模块的模拟量输入来代替两个液位传感器的传输的模拟量。

通过观察模拟仿真中各个输入输出状态，可验证程序编写的正确性，其满足系统的控制要求。

5总结

本文给出了一个PLC水塔水位系统的控制设计，通过对传感器所传数据的分析处理从而完成了对水塔水位的控制。由于水位自动控制，因此减少了工作人员的工作量有利于人员的合理配置。

作者：张少强

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