基于PLC水塔液位控制系統(tǒng)設計

金澤漢

（河北樂亭第一中學高三（16）班 063600）

基于PLC水塔液位控制系統(tǒng)設計

金澤漢

（河北樂亭第一中學高三（16）班 063600）

作為一種控制系統(tǒng)，PLC具有組網(wǎng)通信程度高、價格低廉、體積小、容量大、集成度大、功能齊全等發(fā)展趨勢。PLC本身也具備很多優(yōu)勢，如更容易達成機電一體化、調(diào)試、施工、設計的時間較短、運用便捷、編程方便簡單、可靠性大、抗干擾程度高等。

本設計對水塔液位自動控制系統(tǒng)的功能進行分析，以 PLC可編程控制器作為水塔液位自動控制系統(tǒng)的核心,主要實現(xiàn)過程是通過傳感器檢測水塔液位，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，將水位具體信息傳至PLC構(gòu)成的控制模塊，所得數(shù)據(jù)與設定值進行比較，進而控制抽水電機的動作。如果液位不等于某個設定值時，就會發(fā)出報警信號。此設計所實現(xiàn)的功能很大程度滿足小區(qū)供水需求。

水塔液位控制；PLC；A/D轉(zhuǎn)換

1 緒論

1.1 研究的目的

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，控制水位已經(jīng)成為人們生活中常見的一個場景。作為一種供水系統(tǒng)，水塔水位控制機制已經(jīng)被廣泛運用于人們的居住環(huán)境中。以往的控水系統(tǒng)存在種種缺陷，如穩(wěn)定性差、能源消耗量大、精確性差等，PLC技術的應用則成功地解決了這一難題。采用 PLC技術的控水系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)節(jié)約型用水，滿足人們的用水需求，并且精確度高、價格低廉、簡潔方便，是自動控制的完美體現(xiàn)者。PCL控水系統(tǒng)的具體運作流程是：為了使供水機制的質(zhì)量得以提高，使水壓和水位穩(wěn)定在正常范圍內(nèi)，PLC控水系統(tǒng)對水位變化形成全時間段的監(jiān)測，隨后用電信號來反映變化的水位參數(shù)，接 著這種電信號被MCGS軟件整合，從而準確顯示歷史曲線、實時曲線、故障報警信息、水位變化情況等。

1.2 研究的意義

水是生命之源，人們在生產(chǎn)和生活中是離不開水資源的。水資源的缺乏不僅會影響人們正常的日常生活，還會導致經(jīng)濟損失和生產(chǎn)事故，因此供水系統(tǒng)務必要實現(xiàn)供水的充足性、安全性、準確性、及時性。正如上文所言，以往的舊供水系統(tǒng)穩(wěn)定性差、工作效率不高、能耗大，因此要想使供水系統(tǒng)真正能達到自動化、充足和安全的目標，就必須要改造供水控制系統(tǒng)。我們采用的改造方式是 PCL自動控水裝備，它在人們的日常生產(chǎn)和生活中扮演著重要角色，而且實用性很強。

2 PLC概述

2.1 PLC的特點

（1）能耗小、重量輕、體積小。

要想加快機電一體化的進程，就要提高 PLC進駐機械內(nèi)容的容易性，而體積小的PLC恰好滿足這一要求。目前應用廣泛的PLC就實現(xiàn)了能耗小、重量輕、尺寸小等優(yōu)勢。

（2）操作簡單，實用性強。

作為一種工業(yè)控制裝備，PLC主要應用對象是工礦行業(yè)。新型PLC采用的表達方法和符號圖形是梯形圖語言，這種語言簡單易懂，要想發(fā)揮繼電器的作用，只需要掌握一些控制指令即可。此外，工程技術工作者更易于掌握其編程語言，它的接口也是極其簡單的。以上方法的使用使得工業(yè)控制變得更加簡單，即便是那些不了解匯編語言計算機、電路的人也可以完成它的使用。

（3）易于改造、維護、建造和設計。

改造過的 PLC的適用范圍更加廣泛。要想改動生產(chǎn)過程，只需將程序做些改變即可。同時，為了便于維護，減小制造時間，簡化程序設計，改造過的 PLC降低了外部接線的數(shù)量，并采用了存儲邏輯。

（4）操作性強、功能齊全、配套完善。

現(xiàn)階段，不同規(guī)模的工業(yè)控制中都有PLC的應用。PLC甚至被運用在復雜的工業(yè)控制里，因為PLC出現(xiàn)了很多功能單元。此外，PLC在數(shù)字控制場合中也有廣泛的應用，因為數(shù)據(jù)運算功能已經(jīng)被改造過的PLC所具備。

（5）抗干擾性大，可靠性強。

控水系統(tǒng)中，故障自診斷功能已經(jīng)普及到各個設備中，這主要得益于故障自診斷程序的應用。PLC之所以能在器件出現(xiàn)毛病時發(fā)出報警信號，是因為自我檢測功能已經(jīng)被落實到PLC的設計當中。此外，為了提高PLC的抗干擾能力，PLC還采用了相應的高科技設備，并且制造工藝也變得更加嫻熟，新型集成電路的應用更是使得PLC的可靠性得以提高。

2.2 PLC的基本原理

設計發(fā)明 PLC的最初目的是替代以往的控制裝置，然而他們卻有著不一樣的運行程序：就 PLC而言，它的運行方式是取順序邏輯法對程序進行掃描，也就是說倘若斷開或接通一個邏輯線圈或輸出線圈，PLC也只會在對接觸點進行掃描后才會發(fā)生動作，而不是馬上發(fā)生動作。而與此不同，以往的控制裝置的運行方式是硬邏輯法，含常閉或常開觸點在內(nèi)的全部觸點就會馬上發(fā)生動作。不一樣的運行方式往往使得測試結(jié)果不同，對此，需將掃描技術引入到 PLC控制器中，因為用戶在用PLC掃描程序時，其用時一般不大于100ms，而傳統(tǒng)的控制裝置則常常需要更長的時間，這樣的操作的目的就是為了統(tǒng)一處理結(jié)果，無論其發(fā)生在什么場合。此外，還將掃描技術應用到 PLC中，這樣就能做到并行控制硬邏輯。相比傳統(tǒng)的微型計算機而言，PLC的I/0響應時間更長，這也是因為設計將掃描技術與光電隔離技術應用到PLC中的緣故。

隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展，PLC的發(fā)展?jié)摿蟆＞途W(wǎng)絡方面而言，可編程控制器技術的發(fā)展趨勢是大型控制系統(tǒng)。就技術而言，可編程控制器與計算機技術的完美結(jié)合將會帶來更先進的產(chǎn)品，同時也會增大儲存容量，加快運行速度。就市場而言，未來社會中各種產(chǎn)品層出不窮，而發(fā)展的結(jié)果是世界市場被個別產(chǎn)品壟斷，將出現(xiàn)一種世界性通用編程語言。就產(chǎn)品的配套性來看，為了滿足人們的需求，產(chǎn)品功能將會更加齊全，款式更加新穎。就產(chǎn)品規(guī)模而言，未來產(chǎn)品的發(fā)展方向是走向超大型和超小型。PLC是組成國際通用網(wǎng)絡與自動化控制網(wǎng)絡中不可或缺的一部分，在未來的社會中，它勢必將取得更大的進展。

3 水塔液位控制系統(tǒng)設計方案

3.1 水塔液位控制系統(tǒng)設計要求

圖3-1：水塔液位控制裝置圖

水塔液位控制如圖3-1所示。根據(jù)需要，規(guī)定S1和S2分別作為上下限液位的控制開關，電磁閥M1為水池注水開關，水泵M2為水塔液位注水開關，S3為水塔下限液位開關，S4為水塔上限液位開關。

首先比較實際水池液位與水池下限位的偏差，小于下限液位時，電磁閥M1打開，開始注水，4秒后，再次比較當前水位與下限水位的差值，小于則系統(tǒng)發(fā)出報警，如果高于則系統(tǒng)繼續(xù)注水，直到水位高于水池上限液位，電磁閥M1關閉。當前水塔液位低于水塔下限水位時，水泵M2打開，水池開始向水塔注水，4秒后，當前水塔液位小于水塔下限液位，則系統(tǒng)發(fā)出報警，仍需繼續(xù)注水，直到高于下限液位，報警停止。當水塔液位高于水塔上限位時，停止注水，水泵M2關斷。

3.2 水塔液位控制系統(tǒng)主電路

連續(xù)控制按下按鈕電動機通電啟動運轉(zhuǎn)，松開按鈕后，電動機仍繼續(xù)運行，只有按下停止按鈕，電動機才失電直至停轉(zhuǎn)。主電路由轉(zhuǎn)換開關QS、熔斷器FU、接觸器主觸點KM、熱繼電器FR、電動機M組成。

控制電路由熔斷器、熱繼電器輔助觸點、兩個按鈕SB1和SB2接觸器輔助觸點和線圈組成。只有只有在操作人員有準備的情況下才能再次啟動按鈕SB2，電機才能重新啟動保證人和設備的安全。水塔液位主電路圖描繪如圖3-2所示：

3.3 I/O接口分配

（1） 外部接線與控制列表

圖3.3-1 傳統(tǒng)水塔水位控制電氣接線圖

（2） I/O口分配表

PLC的對外功能主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的，按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所管理的基本配置的能力限制即受最大的基板槽數(shù)限制。

結(jié)合設計需要，對功能進行具體分析，合理分配各個變量之間的關系，以下為表3.3-2 為水塔液位I/O口分配:

表3 -3：為水塔液位I/O口分配

（3）可行性分析

系統(tǒng)的實現(xiàn)主要通過電路硬件設計，在程序運行中相對較為穩(wěn)定，而軟件設計不穩(wěn)定因素較多。隨著系統(tǒng)中水塔液位的改變，軟件系統(tǒng)不能準確得出電位器中阻值，以至于水位控制不能得到有效的操作，針對不同的介質(zhì)，實現(xiàn)其功能更為艱難。而硬件系統(tǒng)完全克服其缺點，能更好的兼容，實現(xiàn)水塔液位的精度控制，更好的服務于社會。

結(jié)論:

本設計是為了實現(xiàn)水塔液位的自動控制，能夠?qū)崿F(xiàn)供水系統(tǒng)的便捷化、簡單化、穩(wěn)定化、可靠化、節(jié)能化和高效化。本設計的設計步驟如下列所示：

（1）首先查閱文獻，對水塔供水在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀進行了解和分析，進而了解水塔供水系統(tǒng)在人們生活中的重要意義。

（2）分析小區(qū)供水體系現(xiàn)狀，完成水塔供水系統(tǒng)的總體設計方案。

（3）通過對水塔液位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和傳感器的選用，完成水塔液位的硬件設計與連接。通過對液位輸出需求的分析，分配了開關量I/O點。

水塔供水的未來發(fā)展前景是一片光明的，傳統(tǒng)供水模式已經(jīng)滿足不了人們需求，先進供水模式將被大量采用。更多的智能控水模式將被開發(fā)出來，滿足人們?nèi)粘Ｉ畹耐瑫r，最大程度節(jié)約水資源。

[1] 郭世榮,孫錦,束勝等.國外傳感器教程[J].南京農(nóng)業(yè)大學學報.2012(5):43-47.

[2] 魏珉,李清明.美國PLC發(fā)展現(xiàn)狀及特點[J].農(nóng)業(yè)工程技術學報.2012(16):11-12.

[3] 周長吉.日韓過程控制系統(tǒng)[J].中國花卉學報.2012(8):1-14.