水塔水位PLC自动控制系统

1、摘要随着现代社会生产的发展和技术进步，现代工业自动化生产水平的日益提高， 微电子技术的飞速发展，在继电器控制系统的基础上产生了一种新型的工业控制装 置可编程控制器。随着科技的发展和现实暴露的一些问题，以便能更快捷更方 便的完成一些任务，在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量和控制。水位 控制在日常生活中应用也相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控 制。而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。本文采用 plc 进行主控制，在水箱上安装一个自动测水位装置。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 mcg

2、s 组态软件对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、故 障报警信息显示、实时曲线和历史曲线的显示，使水位保持在适当的位置关键词：plc(programmable logic controller)、自动化、水塔水位。摘目水塔水位 plc 自动控制系统设计说明书目 录要 1录 2第 1 章 概论 3第 2 章 水塔水位自动控制系统方案设计 4第 3 章 水塔水位自动控制系统硬件设计 53.1 水塔水位控制系统设计要求53.2 水塔水位控制系统主电路 63.3 水泵电机的选择 73.4 水位传感器的选择 73.5 plc i/o 接口分配83.6 plc 控制电路原理图10第 4 章 水塔

3、水位自动控制系统 plc 软件设计 114.1 程序流程图114.2 梯形图程序124.3 指令表 14总结 16参考文献 171水塔水位 plc 自动控制系统设计说明书 第 1 章 概论我国的水工业科技发展较快，与国际先进水平的差距正在不断缩小，水工业科技体系已初步形成，拥有一支从事水工业基础科学研究、应用研究、产品研制和工程化产业化开发的科技队伍。但是，在水工业科技领域普遍存在着实用性差、转化率低的情况。这已成为制约我国水工业产业化发展的关键。在水工业科技产业化大潮到来之际，认真分析我国水工业科技发展历程，总结我国水工业科技的特点和特长是寻找水工业产业化突破口的关键。目前，我国的供水自动化

4、系统发展已初有成效。供水自动化系统主要包括水厂自动化和供水管 网调度自动化两个方面。我国供水行业是推动水科技产业化的龙头。给水行业是城市基础设施投资的主要方向之一。在体制上，供水企业体制的变革已成为市场化发展的必然；在技术上，供水行业则面临着关键给水装备国产化、工艺技术成套设备化、自动控制现代化的迫切的技术要求。优质供水是水工业市场化发展的新增长点，同时要倡导节约用水，提高水的重复利用率，并逐步建立完善的水工业学科体系。完善的水工业学科体系是水工业产业发展的必要保证。传统的给水排水工程学科体系已难以包还水工业的丰富内涵，已不能很好地适应水工业发展的需要，而水工业学科体系正是在给水排水工程学科体

5、系发展而来。由水工业的社会性所决定，水工业的学科体系由多个相互关联的学科组成，包括：水质与水处理技术、水工业工程技术、水处理基础科学、水社会科学、水工业设备制造技术等，它们共同支撑着水工业的工业体系。而在这些学科中水质与水处理技 术和水工业工程技术是水工业学科体系中的主导学科。2水塔水位 plc 自动控制系统设计说明书第 2 章 水塔水位自动控制系统方案设计设计方案设水塔、水池初始状态都为空着的，液位指示灯全灭。当执行程序时，扫描到水池为液位低于水池下限液位时，进水阀打开，开始往水池里进水，如果进水超过3 秒，而水池液位没有超过水池下限位，说明系统出现故障，系统就会自动报警并切断电源。若 3

6、秒之后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亮，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，水泵开始工作，向水塔供水，当水池的液位超过水池上限液位时，水池上限指示灯亮，进水阀就关闭，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，则水塔下限指示灯亮，水泵继续工作，在抽水向水塔供水，水塔抽满时，水塔液位超过水塔上限，水塔上限指示灯亮，但刚刚给水塔供水的时候，水泵已经把水池的水抽走了，此时水塔液位已经低于水 池上限，水池上限指示灯灭。此次给水塔供水完成。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，水

7、泵不能启动。 当水塔水位低于下限位时，出水阀不能打开。3水塔水位 plc 自动控制系统设计说明书第 3 章 水塔水位自动控制系统硬件设计3.1 水塔水位控制系统设计要求 水塔水位控制装置如图 2-1 所示水塔上限液位开关s1水塔下限液位开关s2出水阀q水泵m水流进水阀y水流水池上限液位开关s3水池下限液位开关s4水塔水池图 3-1 水塔水位控制装置水塔水位的工作方式当水池液位低于下限液位开关 s4，s4 此时为 off，进水阀打开，开始往水池里注水，当 3s 以后，若水池液位没有超过水池下限液位开关时，则系统发出报警，若系统正常，此时水池下限液位开关 s4 为 on,表示水位高于下限水位。当水

8、位液面高 于上限水位，则 s3 为 on，进水阀关闭。当水塔水位低于水塔下限水位时，则水塔下限水位开关 s2 为 off，水泵开始工作，向水塔供水，当 s2 为 on 时，表示水塔水位高于水塔下限水位。当水塔液面高 于水塔上限水位时，则水塔上限水位开关 s1 为 on，水泵停止。当水塔水位低于下限水位，同时水池水位也低于下限水位时，水泵不能启动。3.2 水塔水位控制系统主电路4fnn n水塔水位 plc 自动控制系统设计说明书l1 l2 l3fukm1km3m3 km2图 3-2 水泵控制图水泵启动工作：当收到 plc 的启动水泵指令后，线圈 km1、km2 中有电流流过，km1 和 km2

9、的主触点闭合，电机低速启动（星启），当电机启动经过一段时间后，plc 控制 km3 线圈得电，使 km3 主触点闭合;同时控制 km2 线圈失电，使 km2 主 触点断开。使电机高速转动（角转）。水泵停止工作：当收到 plc 的停止水泵指令后，线圈 km1、km2、km3 中无电流 流过，km、km2、km3 的主触点断开，电机停止工作。fu：熔断器，当通过熔断器的电流超过一定数值并经过一定的时间后，电流在熔体上产生的热量使熔体某处熔化而切断电路，从而保护电路和设备。熔体的额定 电流 i （1.52.5）i ，i 为电动机额定电流。5水塔水位 plc 自动控制系统设计说明书3.3 水泵电机的选

10、择由于本次设计选用的水泵电机功率较大，初始运行时的启动电流过大，故主电路 中采用星-角变换减压启动，启动时电机的绕组接成星形，进而限制启动电流，当反 映启动过程结束的定时器发出指令再后将电机的绕组改接成三角形联结实现全压工 作。一般的水塔供水系统中水塔高度都在 30 米以上，所用水泵电机在向水池抽水时消耗的能量较大，为了保证水泵能可靠、安全、经济地运行，故综合考虑后将水泵电机额定功率选为 11kw，型号为 y2-160l-6，其重要参数有额定电流为 24.23a， 额定转速为 970r/min。水泵扬程为 40 米，流量为 35 立方米/小时。3.4 水位传感器的选择根据本设计的要求所选传感器

11、要求在水面和水底都可以使用，且要考虑到对水质的影响，所以选择超声波液位传感器 u9uls 系列的 u9uls10/100 系列。u9uls系列超声波液位传感器开关使用范围非常广。具有焊接的不锈钢传感器探头，没有缝隙不会泄露，另外没有易损的活动部件，它不会受温度、压力、密度和液体类型等参数的影响。在大多数情况下，电子设备放在铸铝的，nema 4/nema 7 防爆且防 水的壳体中。u9uls 具有以下特点：可应用于多种液体中可承受高达 1000psi 的压力不受气泡、蒸汽、杂质后湍流等因素的影响。长度达 121in(303.3cm)可安装在侧面、顶部或底部工作原理：u9uls 系列是给予超声波理

12、论工作的。当超声波在空气中传播时，会被严重衰减 相反地，如果在液体中传播时，超声波的传播会被大大增强。电子控制单元发出一系列的电信号，传感器将其转化为超声能量脉冲，并在被6水塔水位 plc 自动控制系统设计说明书探测区内传播。当另一端街道有效信号时，就发出数据有效的信号，表明有液体存 在。这个信号输送到继电器，从而产生输出信号。u9uls100 系列产品具有性能优异的传感器探头，可在温度为 300f 和压力 为 1000psi 的情况下良好的工作。u9uls10 系列产品为更靠近池底，将顶端的探头设计成缺口形状。控制电 路设计成小型，密封的结构，可安装在远程的控制地点。特点：10a 的继电器输

13、出115/230v ac，12v dc 或 24v dc 输入高增益。无需效准，工作温度可达 300 长度可达 151.5cm3.5 plc i/o 接口分配 输出部分名称sb1sb2plc 接口x000x005注释启动停止输入部分sb3sq1sq2sq3sq4x006x001x002x003x004出水阀开关水塔上限位水塔下限位水池上限位水池下限位输出部分7水塔水位 plc 自动控制系统设计说明书输出部分名称km1km2km3km4km5yl1yl2yl3fms1s2s3s4hl1hl2hl3plc 接口y001y015y016y002y003y004y005y006y007y011y012

14、y013y014y001y002y003注释水泵 m星启（低速）角转（高速）进水阀 y出水阀 q水泵故障指示灯进水阀故障指示灯正常工作指示灯蜂鸣器水塔上限位灯水塔下限位灯水池上限位灯水池下限位灯水泵 m 工作指示灯进水阀指示灯出水阀指示灯3.6 plc 控制电路原理图8水塔水位 plc 自动控制系统设计说明书根据设计要求，plc 控制电路原理图如图 3-3 所示进 出水 水 水泵 阀 阀m y q进水 水泵 阀故 故障 障灯 灯正常工 蜂作 鸣灯 器水塔上限位灯水塔下限位灯水池上限位灯水池下限位 星 角灯 启 转ackm1 m4km5fmkm2km3s1 s2 s3 s4220vhl1hl2h

15、l3yl1yl2yl3km3nl comy0 y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7 y10 y11 y12y13y14y15y16fx -48mr2n24+ comx0 x1 x2 x3 x4 x5 x6sb1sq1sq2sq3sq4 b2sb3启 水动 塔上限位水塔下限位水池上限位水池下限位停 出止 水阀第 4 章图 3-3 水塔水位自动控制系统 plc 控制电路原理图水塔水位自动控制系统 plc 软件设计9水塔水位 plc 自动控制系统设计说明书4.1 程序流程图水塔水位自动控制系统的 plc 控制流程图，根据设计要求，控制流程图，如图 4-1 所示：开始水池水位是否 低于下限位是否报

16、警并切断电源否进水阀y 打开3s 后水池水位是否高 于下限位是继续进水水池水位高于上限 位否水塔水位是否 低于下限位是水泵 m 启动，给水进水阀y 关闭塔供水水塔水位高于上限 位3s 后水塔水位是 否高于下限位是否报警并切断电源水池水位低于下限位水泵 m 停止工作结束图 4-1 plc 控制流程图10水塔水位 plc 自动控制系统设计说明书4.2 梯形图程序根据控制要求，设计的梯形图程序如图 4-2 所示。11水塔水位 plc 自动控制系统设计说明书图 4-2 梯形图程序4.3 指令表12水塔水位 plc 自动控制系统设计说明书13水塔水位 plc 自动控制系统设计说明书14水塔水位 plc

17、自动控制系统设计说明书总结我做的这个题目是有关与 plc 系统理论与实践相结合的设计。在此时对以前学 习的知识的挑战与突破。在对这个设计的材料的搜索进行独立搜索时，对于办公软 件的应用有了进一步的提高。同时在对搜集的材料进行整核，结合所学理论知识， 以及实际应用操作的情况下，提高了实际操作和独立解决问题的能力。通过这次设计实践。让我更熟练的掌握了三菱的 plc 软件的简单编程方法，对 于三菱的 plc 的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在理论的运用中，也提 高了我的工程素质。刚开始学习三菱 plc 软件时，由于我对一些细节的不加重视， 当我把自己想出来的一些认为是对的程序运用到梯形图编辑

18、时，问题出现了。转换 成指令表后则显示不出很多正确的指令程序，这主要是因为我没有把理论和实践相 结合，缺乏动手能力而造成的结果，最后通过老师的纠正和自己的实际操作，终于 把正确的结果做了出来，同样也看清了自己的不足之处。设计过程中得到老师的意见和同学的提醒，再加上上网搜集到的资料，我也明 白了不是每个问题都能自己解决的，只有通过自己努力以及别人的帮助才能把工作 做得更好，古人说：三人行必有我师、思而不学则殆。所以说学习要善于向别人请 教，学思结合。如今课程设计是做完了，可是我的学习之路还没有完，是这次设计让我明白了 人这一辈子不能仅仅局限于那一点点满足感，要放眼望去，通过去参与各种实践， 提升自己的动手能力，创造属于自己的未来。15水塔水位 plc 自动控制系统设计说明书参 考 文 献1 漆汉宏主编 plc 电气控制技术 机械工业出版，20082 齐占庆，王振臣. 电气控制技术m. 北京：化学工业出版社，2002 3 三菱微型可编程控制器手册 m. mitsubishi socio-tech,200316电气工程学院课程设计评审意见表 指导教师评语：(1)、学习态度及平时表现 ( 出勤等) a b c d e (2)、查阅资料，分