基于PLC的學(xué)生宿舍供水系統(tǒng)控制研究

李子昀

摘? ?要：文章主要針對(duì)學(xué)生宿舍現(xiàn)有供水體統(tǒng)的不穩(wěn)定性進(jìn)行改善，控制器選用西門子S7-200系列的CPU226，采用分立元件集合構(gòu)建硬件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)學(xué)生宿舍供水系統(tǒng)的控制，設(shè)計(jì)出基于PLC的學(xué)生宿舍供水系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有供水系統(tǒng)的不穩(wěn)定現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：可編程邏輯控制器;供水系統(tǒng);控制系統(tǒng)

伴隨著現(xiàn)代社會(huì)科技的進(jìn)步和物質(zhì)文化的發(fā)展，人們的生活水平也有了普遍的提高，水是日常生活中的必需品，人們對(duì)供水系統(tǒng)的性能也有了更高的要求。大學(xué)生宿舍現(xiàn)有的生活用水供水系統(tǒng)基本都是傳統(tǒng)的，通過高位水箱的高度水壓差來實(shí)現(xiàn)供水和水量控制，供水很不穩(wěn)定，給學(xué)生的生活帶來不便?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒rogrammable Logic Controller，PLC）作為高可靠性和高性價(jià)比的控制器，在現(xiàn)在工業(yè)控制中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，PLC現(xiàn)已大量應(yīng)用到生活中了，如洗衣機(jī)的控制、電梯的控制等，針對(duì)現(xiàn)有大學(xué)生宿舍供水系統(tǒng)的問題，采用PLC作為控制器來設(shè)計(jì)學(xué)生宿舍供水系統(tǒng)的控制系統(tǒng)[1]。

現(xiàn)在的供水控制系統(tǒng)采用市面上先進(jìn)的設(shè)備及儀表，使得供水控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性的要求也會(huì)更高更難，傳統(tǒng)的控制完全不能滿足要求?，F(xiàn)在的供水控制系統(tǒng)中所有的檢測(cè)儀表、設(shè)備及元件都集中在一起[2]，但是控制又是完全獨(dú)立的，PLC作為控制器完全能滿足這樣的系統(tǒng)要求。

1? ? 供水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)搭建

在現(xiàn)有學(xué)生宿舍供水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上搭建供水控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)供水系統(tǒng)不足的基礎(chǔ)上，確定了要實(shí)現(xiàn)學(xué)生宿舍供水系統(tǒng)的主要功能。水塔進(jìn)水泵根據(jù)水塔內(nèi)水量進(jìn)行自動(dòng)控制，當(dāng)水塔內(nèi)的水量低于設(shè)定的最低值時(shí)，水塔的進(jìn)水泵自動(dòng)啟動(dòng)，向水塔內(nèi)注入水量;當(dāng)水塔內(nèi)的水量達(dá)到設(shè)定的最高值時(shí)，水塔進(jìn)水泵就自動(dòng)關(guān)閉。水池的進(jìn)水泵是根據(jù)水池水量的多少來自動(dòng)控制的，如水池的水量達(dá)到設(shè)定的最低值時(shí)，那么水池的進(jìn)水泵就自動(dòng)啟動(dòng)，這樣就可以往水池中加入水量，當(dāng)水池的水量達(dá)到設(shè)定的最高值時(shí)，水池的進(jìn)水泵就自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)供水系統(tǒng)不在設(shè)定的正常工作狀態(tài)時(shí)視為系統(tǒng)故障，系統(tǒng)能進(jìn)行自動(dòng)檢查并發(fā)出報(bào)警警示。設(shè)計(jì)的學(xué)生宿舍供水系統(tǒng)控制裝置如圖1所示。

搭建的學(xué)生宿舍供水控制控制中有水池和水塔兩級(jí)級(jí)聯(lián)而成，外部水源直接供給水池，水池為供水系統(tǒng)的一級(jí)供水機(jī)構(gòu)，在此可以進(jìn)行水源質(zhì)量的凈化處理。水池水量是保障供水系統(tǒng)正常供水的一級(jí)源頭，其水量控制在最低水量和最高水量之間，能保證充足的供水又不會(huì)浪費(fèi)。二級(jí)供水機(jī)構(gòu)為水塔，水塔是宿舍用水的直接源頭，其出水口是各個(gè)宿舍用戶，正常供水時(shí)水量也限定在最高水位和最低水位之間;水池與水塔進(jìn)行級(jí)聯(lián)，通過水塔進(jìn)水泵把水池中的水提取到水塔中。

2? ? 供水控制系統(tǒng)硬件構(gòu)建

進(jìn)行學(xué)生宿舍供水系統(tǒng)的控制系設(shè)計(jì)時(shí)，文章本著成本最低、實(shí)用上限的原則，既要滿足控制功能的要求，又不浪費(fèi)資源和成本來選擇元器件搭建控制系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)系統(tǒng)的控制要求，控制器選取西門子S7-200PLC來對(duì)供水控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)[3]，其型號(hào)選擇為S7-200系列中S2子序列的CPU 226CN。S7-200可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立模塊控制，而且具有擴(kuò)展性，其編程采用的是簡(jiǎn)單易操作的STEP7 Micro/WIN軟件，且S7-200 PLC是可靠、快速、靈活的控制器，以極高的可靠性、極豐富的指令集、易于掌握的便捷操作、豐富的內(nèi)置集能、實(shí)時(shí)特性、強(qiáng)勁的通信能力[4]、豐富的擴(kuò)展模塊得到廣大設(shè)計(jì)者的青睞，所以應(yīng)用推廣也非常迅速。CPU 226采用的是集成24 V電源，電源模塊為交流電220 V，有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)，完全可以滿足學(xué)生宿舍供水系統(tǒng)的控制，還有空間進(jìn)行后期拓展[5]。另外采用分立的電子元件系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止開關(guān)SB1，SB2，水池進(jìn)水泵M1，水塔進(jìn)水泵M2，水池設(shè)定的上、下限位檢測(cè)開關(guān)S1，S2，水塔設(shè)定的上、下限位檢測(cè)開關(guān)S3，S4，水池上、下位時(shí)的指示燈L1，L2，水池故障報(bào)警警示燈L3，水塔上、下位時(shí)的指示燈L4，L5，水塔故障報(bào)警警示燈L6。對(duì)其控制進(jìn)行分析后確定控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)為啟停開關(guān)、限位檢測(cè)開關(guān)，共為6個(gè)，編址為I0.0—I0.5，輸出信號(hào)為水池和水塔的進(jìn)水泵、水池和水塔各極限水量的指示和故障時(shí)的指示，共為8個(gè)，編址為Q0.0—Q0.7。在分配輸入輸出地址時(shí)，盡量選擇連續(xù)的點(diǎn)、按照一定順序來對(duì)應(yīng)，為后面的硬件電路的實(shí)物連接帶來很大的方便，大大地避免了出現(xiàn)紊亂和錯(cuò)接的現(xiàn)象。在輸入輸出端都留有空余，可以用來做測(cè)試或者是后續(xù)的系統(tǒng)改造和功能拓展等。分配好控制系統(tǒng)的I/O地址之后，設(shè)計(jì)的學(xué)生宿舍供水體統(tǒng)的控制系統(tǒng)硬件接線如圖2所示。

圖2中SB1，SB2分別為啟動(dòng)和停止開關(guān)，傳感器1，2，3，4分別為水池下限位檢測(cè)開關(guān)、水池上限位檢測(cè)開關(guān)、水塔下限位檢測(cè)開關(guān)、水塔上限位檢測(cè)開關(guān)，KM1，KM2分別為水池進(jìn)水泵對(duì)應(yīng)的接觸器、水塔進(jìn)水泵對(duì)應(yīng)的接觸器。

3? ? 供水控制系統(tǒng)控制流程實(shí)現(xiàn)

為了更好地實(shí)現(xiàn)學(xué)生宿舍供水系統(tǒng)的自動(dòng)控制，保證供水系統(tǒng)穩(wěn)定、有效地自動(dòng)運(yùn)行，系統(tǒng)開始后，根據(jù)水池和水塔的水量來判斷處理，根據(jù)水量的情況自動(dòng)控制水池和水塔進(jìn)水泵的啟停，并且根據(jù)工作狀態(tài)來確定是存在故障，自動(dòng)報(bào)警，控制系統(tǒng)的流程如圖3所示。

啟動(dòng)供水控制系統(tǒng)后，水池和水塔都要進(jìn)行水量的檢測(cè)，且是同時(shí)進(jìn)行的。水池向水塔提供水源，水池中的水量就會(huì)降低，當(dāng)水池中的水量降低到最低時(shí)，水池下限液位檢測(cè)開關(guān)S1就會(huì)給出信號(hào)。在正常工作狀態(tài)時(shí)，水池進(jìn)水泵M1會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，往水池中注水，保障水池在運(yùn)行過程中的正常水量，一旦水池的水量達(dá)到最高值，水池上限位液位檢測(cè)開關(guān)S2就會(huì)給出信號(hào)，這時(shí)水池進(jìn)水泵M1會(huì)自動(dòng)停止。當(dāng)水池下限液位開關(guān)S1和水池上限液位開關(guān)S2同時(shí)給出檢測(cè)信號(hào)，系統(tǒng)就是出現(xiàn)故障狀態(tài)，要啟動(dòng)水池故障保障指示。

4? ? 結(jié)語

對(duì)傳統(tǒng)的宿舍供水系統(tǒng)進(jìn)行改造和重新構(gòu)建后，在其控制系統(tǒng)上采取PLC來做控制器，硬件電路中采取分離元件集合的形式來實(shí)現(xiàn)，控制流程上既并行控制又能順序拓展，改造后的供水系統(tǒng)能夠真正達(dá)到自動(dòng)恒水位運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無人值守，大大減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。學(xué)生宿舍的供水實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，解決了傳統(tǒng)供水系統(tǒng)不穩(wěn)定、低效率、不智能等問題，在原來的手動(dòng)開關(guān)水泵來實(shí)現(xiàn)加水的基礎(chǔ)上，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、及時(shí)、安全、穩(wěn)定地供水。PLC控制系統(tǒng)在運(yùn)行維護(hù)方面也很簡(jiǎn)單，在后續(xù)的供水系統(tǒng)的改造、功能升級(jí)和拓展上也留有空間，實(shí)施起來很方便。整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)過了試驗(yàn)運(yùn)行測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行正常，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

[1]曾繁玲.基于PLC和變頻器的疊壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2016.

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[3]王濱，何周亮. PLC與變頻器在水塔水位控制系統(tǒng)中應(yīng)用研究[J].深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2019（1）：26-28.

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[5]謝檬.水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)研究[J].可編程控制器與工廠自動(dòng)化，2007（5）：852-854.