PLC控制的水塔水位设计课程设计论文

1、plc 控制的水塔水位设计 摘要 很多城市的住宅小区广泛应用水塔水位控制系统。传统的控制方式存在控制 精度低、能耗大的缺点,研究设计的基于 plc 控制的多泵循环变频恒压供水系统, 采用可编程序控制器(plc)、变频器以及压力变送器等器件,完成逻辑控制、变频 调速和数据采样等功能,使系统实现自动控制,达到节能的目的,提高了供水系统 的质量。本方案考虑采用可编程序控制器、继电器和传感器技术,设计出一套实 用水位控制方案。方案在硬件基础上配合软件实现了低警戒水位报警、并可切换 手动/自动两种工作方式。利用高可靠性的 plc 系统实现水塔水位的自动控制从 而提高水塔供水的可靠性。该系统具有水源检测、

2、电机故障检测、报警等功能， 采用独立的电路实现超高、低警戒水位报警,超高警戒水位处理,并配有手动控制 电机电路。 关键词：水塔水位，可编程逻辑控制器（plc） ，手动/自动控制，继电器 plc-based level design of the water tower abstract many cities widely used in the residential district water tower level control system.existence of the traditional control method of low control accuracy, en

3、ergy consumption of the shortcomings of the study was designed plc-based control of multi-pump cycle constant pressure water supply system, using programmable logic controller (plc), the drive and pressure transmitters and other devices complete logic control, frequency control and data sampling and

4、 other functions, allowing the system to achieve automatic control, save energy, improve the quality of water supply systems. consider using programmable logic controllers, relays and sensors to design a practical level control scheme. program in the hardware with software on the basis of the low wa

5、ter level warning alarm, and switch the manual / automatic two methods of work. using the plc system to achieve high reliability of automatic water level control tower to improve the reliability of water supply towers. the system has the water testing, fault detection, alarm and other functions, the

6、 use of separate circuits high and low warning level alarm, high warning level processing and is equipped with manual control motor circuit. . key words: water tower levels, programmable logic controller（plc）, manual /automatic control, relay 目录 第 1 章 绪论.5 1.1 选题的背景与意义.5 1.1.1 选题的背景.7 1.1.2 选题的意义.7

7、第 2 章 系统总体设计.7 2.1 方案的选择.7 2.1.1 水塔系统方案论证.7 2.1.2 水塔水位的发展与应用.7 2.2 系统总体设计（要求有框图）.8 第 3 章 硬件设计.9 3.1 水塔水位控制示意图.9 3.1.1 系统设计与调试.9 3.1.2 给水泵电机主控回路图.9 3.2 输入/输出分配.9 3.2.1 输入输出接口分配表.9 3.2.2 输入输出设备.9 第 4 章 软件设计.9 4.1 工作过程.9 4.1 程序流程图.9 4.1 梯形图.9 4.1 指令表.9 第 5 章 设计总结.9 结论（心得体会）.12 参考文献.13 附录.15 第 1 章 绪论 1.

8、1 选题的背景与意义 1.1.1 选题的背景 水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，比如水塔、地下水、水 电站等情况下的水位控制。而以往水位的检测是由人工完成的，值班人员全天候 地对水位的变化进行监测，用有线电话及时把水位变化情况报知主控室。然后主 控室再开动电机进行给排水。很显然上述重复性的工作无论从人员、时间和资金 上都将造成很大的浪费。同时也容易出差错。因此急需一种能自动检测水位，并 根据水位变化的情况自动调节的自动控制系统。 水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。 本实验采用两种方法（单片机和时基集成电路）进行主控制，在水池上安装一个 自动测水位装置。

9、利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的 水位变化转换成相应的电信号，主控台应用单片微机或时基集成电路对接收到的 信号进行数据处理，完成相应的水位显示、控制及故障报警等功能。 1.1.2 选题的意义 目前，大量的高位生活用水和工业用水逐渐增加，因此，不少单位自建水塔 储水来解决高层楼房的用水问题，最初，大多用人工进行控制，由于人工无法每 时每刻对水位进行准确的定位监测，很难准确控制水泵的启停，要么水泵关停过 早：要么关停过晚，造成水塔溢出，浪费水资源，给用户造成不便，利用人工控 制水位供水会造成时有时无的不稳定供水情况，后来利用水位控制装置市供水状 况有了改变，但经常使用浮标或机

10、械水位控制装置，由于机械装置的故障多，可 靠性差，给维修带来很大的麻烦，为保证供水的稳定性和可靠性，本文设计采用 了西门子200cpu226plc 作为控制核心，辅以水位传感器做水位监测，可实现 水塔水位的自动控制，经过检测效果非常好，软件设计简单，硬件接口简易可行， 可靠性高。在一般住宅或大楼顶楼常设置水塔或水箱以提供充足的水压供用户使 用,另备有地下水槽储存自来水公司提供的水源并给顶楼水塔进水使用时序控制 器(plc)技术已日趋成熟,因而考虑利用它来实现水塔/水箱供水控制。 第 2 章 系统总体设计 2.1 水塔水位系统方案 2.1.1 水塔系统方案论证 在对水塔水位设计的控制方面，可采用

11、方案有：基本电器的控制，单片机微 机控制的以及 plc 控制。综合考虑，选择 plc 的控制，其原因在于： 1. 低成本 利用电力线上网，最大的优点就是成本低。由于利用电力线上网，直接使用 现有电力网就可以实现通信，而不需要另外铺设电话线、光电缆等，大大地减少 了在基础网络上的投资。 用户能自由选择在家中任何有电插座的角落上网，无 需通过电话线，不用担心相对昂贵的电话费了，也不用花钱铺设更多电话线，从 而能够享受到价格低廉的互联网接入服务。 2. 范围广 无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。电力线是最基础的网络，它的 规模之大，是其他任何网络无法比拟的。因为家家都有电力线，由此，运营商就

12、可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一个家庭.因此，这一技术一旦进入商业 化阶段，将会促进电信市场的变革，并给互联网普及带来极大的发展空间。 3 高 速 利用电力线上网能够提供高速传输。德国最大的电力设备生产商 rwe 承诺， 运用他们的电力线上网技术，其速度要比 isdn 拔号上网快 30 多倍, 比 adsl 更 快！足以支持现有网络上的各种应用。更高速率的 plc 产品正在研制之中。 4. 便 捷 不管在家里的哪个角落,只要连接到房间内的任何电源插座上，就可立即拥有 plc 带来的高速网络享受! 5. 永远在线 plc 属于即插即用，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络！ 6. 结

13、构灵活 通过 plc 技术实现 internet 接入，可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持 较高的利用率。目前还未有效解决电力线信号通过变压器的技术，因此，电力线 通信设备都是集中在 220v 线路变压器的用户端。一个民用 220v 变压器只覆盖 一定范围内的用户，所以在同一条电力线上的资源不会因为用户太多而降低效率。 在用户较少的情况下，可以把几个变压器线路区域内的用户联在一起，提高服务 器的利用率；如果用户增多，不同变压器区域内的用户又可分开，使用本区域的 主服务器。这样可使资源的利用率始终保持在较高的水准。 7. 家庭数字化 plc 技术能够通过电力线将整个家庭的电器与网络联为一体，在

14、室内的设备 之间构筑起可自由交换信息的局域网，使人们能够通过网络来控制自己家里的电 器设备。今后，随着能上网的电视机和冰箱等数字家电的普及，需要大幅度地增 加接入端口，而利用家庭和办公室中已有的万能插接板，通过电力线路高速接入 互联网就能解决这个问题。从某种意义上讲，电力线上网技术的推广应用，也推 动着家庭电器数字化的普及。 2.1.2 水塔水位的发展与应用 在对水塔水位设计的控制方面，可采用方案有：基本电器的控制，单片机微 机控制的以及 plc 控制。综合考虑，选择 plc 的控制，其原因在于： 1. 低成本 利用电力线上网，最大的优点就是成本低。由于利用电力线上网，直接使用 现有电力网就可

15、以实现通信，而不需要另外铺设电话线、光电缆等，大大地减少 了在基础网络上的投资。 用户能自由选择在家中任何有电插座的角落上网，无 需通过电话线，不用担心相对昂贵的电话费了，也不用花钱铺设更多电话线，从 而能够享受到价格低廉的互联网接入服务。 2. 范围广 无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。电力线是最基础的网络，它的 规模之大，是其他任何网络无法比拟的。因为家家都有电力线，由此，运营商就 可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一个家庭.因此，这一技术一旦进入商业 化阶段，将会促进电信市场的变革，并给互联网普及带来极大的发展空间。 3 高 速 利用电力线上网能够提供高速传输。德国最大的电力设备

16、生产商 rwe 承诺， 运用他们的电力线上网技术，其速度要比 isdn 拔号上网快 30 多倍, 比 adsl 更 快！足以支持现有网络上的各种应用。更高速率的 plc 产品正在研制之中。 4. 便 捷 不管在家里的哪个角落,只要连接到房间内的任何电源插座上，就可立即拥有 plc 带来的高速网络享受! 5. 永远在线 plc 属于即插即用，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络！ 6. 结构灵活 通过 plc 技术实现 internet 接入，可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持 较高的利用率。目前还未有效解决电力线信号通过变压器的技术，因此，电力线 通信设备都是集中在 220v 线路变压

17、器的用户端。一个民用 220v 变压器只覆盖 一定范围内的用户，所以在同一条电力线上的资源不会因为用户太多而降低效率。 在用户较少的情况下，可以把几个变压器线路区域内的用户联在一起，提高服务 器的利用率；如果用户增多，不同变压器区域内的用户又可分开，使用本区域的 主服务器。这样可使资源的利用率始终保持在较高的水准。 7. 家庭数字化 plc 技术能够通过电力线将整个家庭的电器与网络联为一体，在室内的设备 之间构筑起可自由交换信息的局域网，使人们能够通过网络来控制自己家里的电 器设备。今后，随着能上网的电视机和冰箱等数字家电的普及，需要大幅度地增 加接入端口，而利用家庭和办公室中已有的万能插接板

18、，通过电力线路高速接入 互联网就能解决这个问题。从某种意义上讲，电力线上网技术的推广应用，也推 动着家庭电器数字化的普及。 2.2 系统总体设计（要求有框图） 系统的总体设计方框图 水箱水泵检测 驱动 故障及报 警 报警确认 逻辑判断 第 3 章 塔水位系统硬件设计 3.1 水塔水位控制示意图 3.1.1 系统设计与调试 1）保持水池的水位在 s3s4 之间，当水池水位低于下限液位开关 s3， 此时 s3 为 on，电磁阀打开，开始往水池里注水，当 5s 以后，若水池水位没有 超过水池下限液位开关 s3 时，则系统发出警报；若系统正常运行，此时水池下 限液位开关 s3 为 off，表示水位高于

19、下限水位。当页面高于上限水位 s4 时，则 s4 为 on，电磁阀关闭。 2）保持水塔的水位在 s1s2 之间，当水塔水位低于水塔下限水位开关 s2 时，则水塔下限液位开关 s2 为 on，则驱动电机 m 开始工作，向水塔供水。当 s2 为 off 时，表示水塔水位高于水塔下限水位。当水塔液面高于水塔上限水位 开关 s1 时，则 s1 为 on，电机 m 停止抽水。 当水塔水位低于下限水位时，同时水池水位也低于下限水位时，电机 m 不 能启动。 3.1.2 给水泵电机主控回路图 2.3 输入输入/输出分配输出分配 2.3.1 列出水塔水位控制系统列出水塔水位控制系统 plc 的输入的输入/输出

20、接口分配表输出接口分配表 水塔水位系统 plc 的输入/输出接口分配表 输入 继电器 输入变量名 输出 继电器 输出变量名 x0控制开关y0电磁阀 x1 水塔上限液位 开关 y1电机 m x2 水塔下限液位 开关 y2 水池下限指示灯 a1 x3 水池下限液位 开关 y3 水池上限指示灯 a2 x4 水池上限液位 开关 y4 水塔下限指示灯 a3 y5 水塔上限指示灯 a4 y6报警指示灯 a5 2.3.2 水塔水位系统的输入水塔水位系统的输入/输出设备输出设备 这是一个单体控制小系统，没有特殊的控制要求，它有 5 个开关量，开关 量输出触点书有 8 个，输入、输出触点数共有 13 个，只需选

21、用一般中小型控 制器即可。据此，可以对输入、输出点作出地址分配，水塔水位控制系统的 i/o 接线图如下： 第三章 水塔水位控制系统 plc 软件设计 3.1 工作过程工作过程 设水塔、水池初始状态都为空着的，4个液位指示灯全亮。当执行程序是， 扫描到水池为液位低于水池下限位时，电磁阀打开，开始往水池里进水，如果进 水超过5s，而水池液位没有超过水池下限位，说明系统出现故障，系统就会自动 报警。若5s只有水池液位按预定的超过水池下限位，说明系统在正常的工作，水 池下限位的指示灯a1灭。此时，水池的液位已经超过了下限位了，系统检测到此 信号时，由于水塔液位低于水塔水位下限，电机m开始工作，向水塔供水，当水 池的液位超过水池上限液位时，水池上限指示灯a2，电磁阀就关闭，但是水塔现 在还没有装满，可此时水塔液位已经超过水塔下限水位，则水塔下限指示灯a3灭， 电机m继续工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽满是，水塔也未超过水塔上限， 水塔上限指示灯a4灭，但刚刚给水塔供水的时候，电机m已经把水池的水抽走了，