水塔水位PLC检测控制系统的设计

1、水塔水位水塔水位 PLCPLC 检测控制系统的设计检测控制系统的设计摘要摘要为解决楼宇水塔抽水自动控制问题，水塔水位控制系统是我国小区广泛应用为解决楼宇水塔抽水自动控制问题，水塔水位控制系统是我国小区广泛应用的供水系统，传统的控制方式在控制精度低，能量消耗大的缺点，而自动控制的供水系统，传统的控制方式在控制精度低，能量消耗大的缺点，而自动控制原理，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，保持水压恒定，以满足用原理，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，保持水压恒定，以满足用水要求，从而提高俄供水系统的质量。而且成本低，安装方便，经过多次试验水要求，从而提高俄供水系统的质量。而且成本低，安装方

2、便，经过多次试验证明，灵敏性好，是节约水源，方便家庭和单位控制水塔水位的理想装置。水证明，灵敏性好，是节约水源，方便家庭和单位控制水塔水位的理想装置。水塔水位控制系统采用交流电压检测水位，水位低于下限时，水泵抽水，水位达塔水位控制系统采用交流电压检测水位，水位低于下限时，水泵抽水，水位达到最高水位时，水泵停止抽水，水位降低到最低水位时，恢复运行抽水。从而到最高水位时，水泵停止抽水，水位降低到最低水位时，恢复运行抽水。从而实现自动控制。实现自动控制。不论社会的经济如何飞速发展，水在人们日常生活中起到的作用是重要的。不论社会的经济如何飞速发展，水在人们日常生活中起到的作用是重要的。一旦缺少了水，轻

3、则给人们带来不便，重则可能造成严重的生产事故及损失，一旦缺少了水，轻则给人们带来不便，重则可能造成严重的生产事故及损失，从而对供水系统有饿更高的要求，满足及时，准确，安全充足的供水。如果仍从而对供水系统有饿更高的要求，满足及时，准确，安全充足的供水。如果仍然使用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保证，由此必须进行然使用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保证，由此必须进行自动化控制系统的改造。从而实现提供足够的水量，平稳的水压，水塔水位的自动化控制系统的改造。从而实现提供足够的水量，平稳的水压，水塔水位的自动控制有设计成本低，高使用价值的控制器，该设计采用分立的电路实现超自动

4、控制有设计成本低，高使用价值的控制器，该设计采用分立的电路实现超高，低警戒水位处理，实现自动控制，而达到节能的目的，提高供水系统的质高，低警戒水位处理，实现自动控制，而达到节能的目的，提高供水系统的质量。量。关键字：水塔自动，检测，节能。关键字：水塔自动，检测，节能。The water level of Water Tower PLC detection and control system designAbstract In order to achieve the goal of energy conservation，enhances the quality of the water s

5、upply system，it consider to use the technology of programmable ogic controler，the relay and the sensor，designs a set of practical water monitor plan It coordinate the software in the hardware foundation to realize the low warning water level to reportand design two kinds of working way manual and au

6、tomatic Programmable controller (PLC) day by day widespread in electricity control system. Carries on the transformation using PLC to the existing electricity conteol system. May the equipment function, the efficiency, the flexibility enhance to a new level. This article introduced the water level c

7、ontrol；electric circuit principle, the PLC elementary knowledge as well as STEP-7Mcriowin32 series PLC the characteristic and uses in the part programming part which the water level control circuit designs. With program the software according to above knowledge and some reference to use in PLC the b

8、oring lathe control circuit the design trapezoidal chart writing,then transforms the instruction list, finally debugs.Key words：water level control；manualautomatic control；programmable logic controller：relay目录目录第一章第一章 水塔水位控制器的介绍水塔水位控制器的介绍. 1.11.1 通过浮球开关来控制水位通过浮球开关来控制水位 -5-51.21.2 电子式水位开关电子式水位开关 -6 6

9、1.31.3 非接触式的水位开关非接触式的水位开关 -5 51.41.4 继电器继电器 -7 7第二章第二章 传感器的工作原理传感器的工作原理.82.12.1 传感器的工作原理传感器的工作原理 -8 82.22.2 传感器原理结构传感器原理结构 -8 8第三章水塔水位传感器的工作过程第三章水塔水位传感器的工作过程.93.13.1 传感器分类传感器分类 9 93.23.2 传感器的定义传感器的定义 10103.33.3 传感器的分类传感器的分类 10103.43.4 传感器的静态特性传感器的静态特性 11113.53.5 传器的动态特性传器的动态特性 11113.63.6 传感器的线性度传感器的

10、线性度 1111第四章液位控制器的工作原理第四章液位控制器的工作原理.134.14.1 液位控制器主要特点功能液位控制器主要特点功能 -13134.24.2 系统框图系统框图 -1515第五章水塔水位控制器的可行性试验第五章水塔水位控制器的可行性试验.185.15.1 可行性试验可行性试验 -18185.25.2 可行性分析可行性分析 -19195.35.3 水塔水位自动控制工序水塔水位自动控制工序 -20205.4I/O5.4I/O 接口分配接口分配 -21215.55.5 水塔水位控制系统的水塔水位控制系统的 I/OI/O 接线图接线图 -2222第六章水塔水位控制系统第六章水塔水位控制系

11、统 PLC 软件设计软件设计.236.16.1 梯形图程序设计及工作过程分析梯形图程序设计及工作过程分析 -23236.26.2 梯形图的编制规则梯形图的编制规则 -24246.36.3 梯形图的工作过程梯形图的工作过程 -2525第七章水塔水位控制系统第七章水塔水位控制系统 PLC 硬件设计硬件设计.277.17.1 水塔水位控制系统水塔水位控制系统 PLCPLC 硬件设计硬件设计 -27277.1.17.1.1 水塔水位控制系统设计要求水塔水位控制系统设计要求 -27277.1.27.1.2 水塔水控制系统的方式水塔水控制系统的方式 -2828参考文献-29平顶山工业职业技术学院毕业设计说

12、明书（论文） 第 1 页第一章第一章 水塔水塔水位控制器水位控制器的介绍的介绍水塔水位控制器是指应用在家用、水塔水位控制器是指应用在家用、机关单位机关单位、消防、学校、工厂等的水塔上进行自动水、消防、学校、工厂等的水塔上进行自动水位控制的仪器，一般要求是全自动型，能实现无人值守，缺水自动补水，水满能自动停止进位控制的仪器，一般要求是全自动型，能实现无人值守，缺水自动补水，水满能自动停止进水。并且要求水塔水位控制器安全性能好，稳定可靠。水。并且要求水塔水位控制器安全性能好，稳定可靠。水塔水位控制器的选择是多样性的，水塔水位控制器的选择是多样性的，分别举例说明：分别举例说明：1.11.1 通过浮球

13、开关来控制水位通过浮球开关来控制水位基本上有两种方式：一种是浮球开关带着一个大的基本上有两种方式：一种是浮球开关带着一个大的金属球金属球，浸在水中时浮力大，可以控，浸在水中时浮力大，可以控制两个水位，比如水满了，浮球因为浮力而上升，带动制两个水位，比如水满了，浮球因为浮力而上升，带动球阀球阀运动，使阀门关闭，停止进水，运动，使阀门关闭，停止进水， 当水少了，浮球下降，阀门打开，又再进水，如此循环。这种方式较多应用在煮开水器和卫当水少了，浮球下降，阀门打开，又再进水，如此循环。这种方式较多应用在煮开水器和卫生间的冲水器上。还有一种是带生间的冲水器上。还有一种是带干簧管干簧管的微型浮球开关，由外面

14、的带有磁性小浮球使杆里面的微型浮球开关，由外面的带有磁性小浮球使杆里面的干簧管闭合，从而控制水位，多数应用在清水的水位控制，一般十几块钱就有交易了，但的干簧管闭合，从而控制水位，多数应用在清水的水位控制，一般十几块钱就有交易了，但易受污物影响，不适用在污水上。第二种是电缆式浮球开关，该装置通过一弹性电线与水泵易受污物影响，不适用在污水上。第二种是电缆式浮球开关，该装置通过一弹性电线与水泵连接，可用于水塔、水池水位高低的连接，可用于水塔、水池水位高低的自动控制自动控制和缺水保护，允许接的用电器是和缺水保护，允许接的用电器是 220V,10A220V,10A 左左右，平衡锤或弹性电线的某一固定点到

15、浮筒间的电线长度，决定水位的高低。这种水位开关右，平衡锤或弹性电线的某一固定点到浮筒间的电线长度，决定水位的高低。这种水位开关价格便宜，对于一些要求不太严格的场合适用，有一定耐污能力。但存在这样的问题：浮球价格便宜，对于一些要求不太严格的场合适用，有一定耐污能力。但存在这样的问题：浮球易受外界杂物影响其稳定性，特别是纤维状的杂物缠绕而有失误，同一小水箱里不宜使用多易受外界杂物影响其稳定性，特别是纤维状的杂物缠绕而有失误，同一小水箱里不宜使用多个，否则会相缠绕。个，否则会相缠绕。使用寿命使用寿命相对短些，而且多数直接接在相对短些，而且多数直接接在 220V,220V,存在一定的存在一定的安全隐患

16、安全隐患，终，终有一天因为电线破损而漏电伤人。所以电缆式浮球开关一般有这样的警告：电源线是本装置有一天因为电线破损而漏电伤人。所以电缆式浮球开关一般有这样的警告：电源线是本装置的完整部分，一经发现电线受损，本装置应被替换，不准对电线进行修理。的完整部分，一经发现电线受损，本装置应被替换，不准对电线进行修理。1.21.2 电子式水位开关电子式水位开关水位开关和搭配的水位控制器水位开关和搭配的水位控制器(BZ201(BZ201、BZ202)BZ202)来控制，来控制， 电子式水位开关原理是通过电子电子式水位开关原理是通过电子探头对水位进行检测，再由水位检测专用芯片对检测到的信号进行处理探头对水位进

17、行检测，再由水位检测专用芯片对检测到的信号进行处理, ,当被测液体到达动当被测液体到达动作点时，芯片输出高或低电平信号，再配合水位控制器，从而实现对液位的控制。不需浮球作点时，芯片输出高或低电平信号，再配合水位控制器，从而实现对液位的控制。不需浮球和干簧管和干簧管, ,外部无机械动作外部无机械动作, ,耐污耐用耐污耐用, ,不怕漂浮物影响，任意角度安装不怕漂浮物影响，任意角度安装, ,该种水位控制器有较该种水位控制器有较强的耐污能力和较强的防波浪功能，适宜长时间浸在水中强的耐污能力和较强的防波浪功能，适宜长时间浸在水中, ,工作电压工作电压是直流是直流 5-24V5-24V，很安全。，很安全。

18、这种方式较实用，耐污，寿命长，安全。这种方式较实用，耐污，寿命长，安全。1.31.3 非接触式的水位开关非接触式的水位开关 液位控制器的探头产生高频液位控制器的探头产生高频 超声波脉冲耦合到容器外壁。这个脉冲会在容器壁和液体中超声波脉冲耦合到容器外壁。这个脉冲会在容器壁和液体中传播，还会被容器传播，还会被容器内表面内表面反射回来。通过对这种反射特性的检测和计算，就可以判断出液位反射回来。通过对这种反射特性的检测和计算，就可以判断出液位是否达到了液位控制器安装的位置。液位控制器输出继电器信号，来完成对液位的监控。主是否达到了液位控制器安装的位置。液位控制器输出继电器信号，来完成对液位的监控。主要

19、用于监测储罐液面，实现上下限报警或监测管道中是否有液体存在，储罐材质可以是各类要用于监测储罐液面，实现上下限报警或监测管道中是否有液体存在，储罐材质可以是各类金属、金属或不发泡塑料。这种方式不受介质密度、金属、金属或不发泡塑料。这种方式不受介质密度、介电常数介电常数、导电性、导电性、反射系数反射系数、压力、压力、平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 2 页温度、沉淀等因素的影响，所以适用于医药，石油，化工，电力，食品等行业的各类液体液温度、沉淀等因素的影响，所以适用于医药，石油，化工，电力，食品等行业的各类液体液位工程控制，对于有毒的、强腐蚀危险品液体的检测，该产品更是理想的选择，

20、但在有泡沫位工程控制，对于有毒的、强腐蚀危险品液体的检测，该产品更是理想的选择，但在有泡沫的情况下也易出现误动作。属于高档产品，价格不菲的情况下也易出现误动作。属于高档产品，价格不菲1.41.4 继电器继电器本产品采用集成电路，并结合高层楼宇上、下水池的水位分级提升进行设计，具有上下本产品采用集成电路，并结合高层楼宇上、下水池的水位分级提升进行设计，具有上下水池联合控制、水池排水及缺水保护等功能，可实现水箱补水、排水，并有效防止水池联合控制、水池排水及缺水保护等功能，可实现水箱补水、排水，并有效防止 水池水水池水位过高溢出或溢出空转损坏。效果还可以，这种方式怕水垢，水垢厚了就就容易误判。位过高

21、溢出或溢出空转损坏。效果还可以，这种方式怕水垢，水垢厚了就就容易误判。平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 3 页第第二二章章 传感器的工作原理传感器的工作原理2.12.1 传感器传感器的工作原理的工作原理传感器把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。有两类：有源的和无源的。有源传传感器把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。有两类：有源的和无源的。有源传感器能将一种能量形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或激励源。感器能将一种能量形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或激励源。2.1.12.1.1 无源传感器无源传感器无源传感器不能直接转换能量形式，但它能控制从另一输入端输入的

22、能量或激励能，传无源传感器不能直接转换能量形式，但它能控制从另一输入端输入的能量或激励能，传感器承担将某个对象或过程的特定特性转换成数量的工作。其感器承担将某个对象或过程的特定特性转换成数量的工作。其“对象对象”可以是固体、液体或可以是固体、液体或气体，而它们的状态可以是静态的，也可以是动态气体，而它们的状态可以是静态的，也可以是动态( (指的是过程指的是过程) )的。对象特性被转换量化后的。对象特性被转换量化后可以通过多种方式检测。对象的特性可以是物理性质的，也可以是化学性质的。按照其工作可以通过多种方式检测。对象的特性可以是物理性质的，也可以是化学性质的。按照其工作原理，它将对象特性或状态

23、原理，它将对象特性或状态参数转换参数转换成可测定的电学量，然后将此电信号分离出来，送入传成可测定的电学量，然后将此电信号分离出来，送入传感器系统加以评测或标示。感器系统加以评测或标示。2.22.2 传感器原理传感器原理结构结构 在一段特制的弹性轴上粘贴上专用的检测扭动应片并组成变桥，即为基础在一段特制的弹性轴上粘贴上专用的检测扭动应片并组成变桥，即为基础扭矩传感器扭矩传感器；在轴上固定着：在轴上固定着：(1)(1)能源能源环形变压器环形变压器的次级线圈，的次级线圈，(2)(2)信号环形变压器初级线圈，信号环形变压器初级线圈，(3)(3)轴上印刷电路板，电路板上包含整流稳定电源、仪表轴上印刷电路

24、板，电路板上包含整流稳定电源、仪表放大电路放大电路、V/FV/F 变换电路及信号变换电路及信号输出电路。输出电路。在传感器的外壳上固定着：在传感器的外壳上固定着：（1 1）激磁激磁电路，电路，(2)(2)能源环形变压器的初级线圈能源环形变压器的初级线圈( (输入输入) )，(3)(3) 信号环形变压器次级线信号环形变压器次级线圈圈( (输出输出) )，(4)(4)信号处理电路信号处理电路平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 4 页第三章第三章 水塔水位传感器的工作过程水塔水位传感器的工作过程向传感器提供向传感器提供15V15V 电源，激磁电路中的电源，激磁电路中的晶体振荡器晶体振荡

25、器产生产生 400Hz400Hz 的的方波方波，经过，经过 TDA2030TDA2030功率放大器功率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器 T1T1 从静止的初级线圈传递至旋从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路滤波电路得到得到5V5V 的的直流电源直流电源，该电源做，该电源做运算放大器运算放大器 AD822AD822 的工作电源；由基准电源的工作电源；由基准电源 AD589AD589 与双运放与双运放 AD822AD822 组成的高精度组成的高精度稳压电源稳压电

26、源产产生生4.5V4.5V 的精密直流电源，该电源既作为的精密直流电源，该电源既作为电桥电桥电源，又作为电源，又作为放大器放大器及及 V/FV/F 转换器的工作电转换器的工作电源。源。当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的 mVmV 级的应变信号通过仪表放大器级的应变信号通过仪表放大器 AD620AD620 放大成放大成1.5v1v1.5v1v 的强信号，再通过的强信号，再通过 V/FV/F 转换器转换器 LM131LM131 变换成频率信号，通过信号环形变压器变换成频率信号，通过信号环形变压器 T2T2 从从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈，再经过外壳上的信号处理电

27、路滤波、整形即可得到与旋转的初级线圈传递至静止次级线圈，再经过外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的弹性轴承受的扭矩扭矩成正比的频率信号，该信号为成正比的频率信号，该信号为 TTLTTL 电平电平, ,既可提供给专用既可提供给专用二次仪表二次仪表或或频率频率计计显示也可直接送计算机处理。显示也可直接送计算机处理。由于该由于该旋转变压器旋转变压器动动-静环之间只有零点几毫米的间隙，加之传感器轴上部分都密封在静环之间只有零点几毫米的间隙，加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰能力。金属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰能力。3.13.

28、1 传感器分类传感器分类 3.1.13.1.1 倾角传感器倾角传感器倾角传感器在军事、航天航空、工业自动化、工程机械、铁路机车、消费电子、海洋船倾角传感器在军事、航天航空、工业自动化、工程机械、铁路机车、消费电子、海洋船舶等领域得到广泛运用。辉格公司为国内用户提供全球最全面、最专业的舶等领域得到广泛运用。辉格公司为国内用户提供全球最全面、最专业的产品方案产品方案和服务。和服务。提供超过提供超过 500500 种规格的种规格的伺服伺服型、型、电解质电解质型、电容型、型、电容型、电感电感型、光纤型等原理的倾角传感器。型、光纤型等原理的倾角传感器。加速度传感器加速度传感器( (线和角加速度线和角加速

29、度) )分低频高精度分低频高精度力平衡力平衡伺服型、低频低成本热对流型和中高频电容式加速度伺服型、低频低成本热对流型和中高频电容式加速度位移传感器位移传感器。总总频响范围频响范围从从 DCDC 至至 3000Hz3000Hz。应用领域包括汽车运动控制、汽车测试、家电、游戏产品、。应用领域包括汽车运动控制、汽车测试、家电、游戏产品、办办公自动化公自动化、GPSGPS、PDAPDA、手机、震动检测、建筑仪器以及、手机、震动检测、建筑仪器以及实验设备实验设备等。等。3.1.23.1.2 红外红外温度传感器温度传感器广泛应用于家用电器广泛应用于家用电器( (微波炉、空调、微波炉、空调、油烟机油烟机、吹

30、风机吹风机、烤面包机烤面包机、电磁炉电磁炉、炒锅、炒锅、暖风暖风机机等等) )、医用、医用/ /家用家用体温计体温计、办公自动化、便携式非接触红外温度传感器、工业现场、办公自动化、便携式非接触红外温度传感器、工业现场温度测量温度测量仪器以及电力自动化等。不仅能提供传感器、模块或完整的测温仪器，还能根据用户需要提仪器以及电力自动化等。不仅能提供传感器、模块或完整的测温仪器，还能根据用户需要提供包括光学透镜、供包括光学透镜、ASICASIC、算法等、算法等一揽子一揽子解决方案。解决方案。平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 5 页3.23.2 传感器的定义传感器的定义 国家标准国家标准

31、 GB7665-87GB7665-87 对传感器下的定义是：对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显

32、示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。动检测和自动控制的首要环节。 3.33.3 传感器的分类传感器的分类 目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下三种：目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下三种：（1 1）按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器）按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器 （2 2）按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热）按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。电偶等传感器。 （3

33、3）按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量（）按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量（“”和和 ”或或“开开”和和“关关”）的开关型传感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。）的开关型传感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。 3.43.4 传感器的静态特性传感器的静态特性 传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可系。因为这时输入量和输出量都和时间无

34、关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨力和迟滞出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。等。 3.53.5 传感器的动态特性传感器的动态特性 所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输

35、入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。 3.63.6 传感器的线性度传感

36、器的线性度 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 6 页通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪器通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪器| |仪表仪表| |仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度（非线性误差）就是这个近似程度的一个性能指标。拟合直线的选取有多种方法。如将零输（非线性误差）就是这个近似程度的一个性能指标。拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线；或将与特性曲

37、线上各点偏差的平方和为最入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线；或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。小的理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。第四章液位控制器的工作原理第四章液位控制器的工作原理平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 7 页通过发射信号与接收信号的时间，计算时间，计算传感器与被测物之间的距离。由于在通过发射信号与接收信号的时间，计算时间，计算传感器与被测物之间的距离。由于在空气中的传播速度是一定的，液位传感器与容器的底部的距离是一定的，就可以知道被测物空气中的传播速度是一定的，液位传感器

38、与容器的底部的距离是一定的，就可以知道被测物的液位。的液位。4.14.1 液位控制器主要特点功能液位控制器主要特点功能 外形小巧紧凑，适合柜内导轨安装。外形小巧紧凑，适合柜内导轨安装。 就地液位控制或报警。就地液位控制或报警。 另一突出特点为可以检测另一突出特点为可以检测调节阀调节阀的工作状态，关闭严不严的工作状态，关闭严不严( (有无泄漏有无泄漏) )。 用于给排水控制的双电极液位控制器用于给排水控制的双电极液位控制器1 1、进液控制、进液控制 液位低于下限时液位低于下限时, ,继电器吸合继电器吸合, ,红色报警灯亮；红色报警灯亮；液位高于上限时液位高于上限时, ,继电器断开继电器断开, ,

39、红色报警灯灭红色报警灯灭2 2、排液控制、排液控制 液位高于上限时液位高于上限时, ,继电器吸合继电器吸合, ,红色报警灯亮；红色报警灯亮；液位低于下限时液位低于下限时, ,继电器断开继电器断开, ,红色报警灯灭。红色报警灯灭。“水塔水位自动控制系统水塔水位自动控制系统”的控制对象为水泵，的控制对象为水泵，容器为水塔或储液罐。水位高度正常情况下控制在容器为水塔或储液罐。水位高度正常情况下控制在 C C、D D 之间，如图之间，如图 1 1（a a）。）。平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 8 页当水位在低于当水位在低于 C C 点时，水泵开始进水，如图点时，水泵开始进水，如图 1

40、 1（b b）。当水位高于）。当水位高于 D D 点时，水泵停止进水，点时，水泵停止进水，如图如图 1 1（c c）。当水位低于）。当水位低于 C C 点并到达点并到达 B B 点时就报警，采取手动启动水泵，如图点时就报警，采取手动启动水泵，如图 1 1（d d）。当）。当水位超过水位超过 D D 点并到达点并到达 E E 点时上限报警，采取强制停止水泵，水位从溢流口流出，如图点时上限报警，采取强制停止水泵，水位从溢流口流出，如图1 1（e e）。）。为了精确的实现对水位的控制，必须建立闭环控制系统。根据水塔中的进、出水的水位可为了精确的实现对水位的控制，必须建立闭环控制系统。根据水塔中的进、

41、出水的水位可以自动控制水泵，使水位处于动态的平衡状态。以自动控制水泵，使水位处于动态的平衡状态。（1 1）555555 定时器组成的水位自动控制器。图定时器组成的水位自动控制器。图 2 2 可以看出，电路设计过于简单化，没有可以看出，电路设计过于简单化，没有考虑异常情况的排除方法。例如：探头发生故障，则此系统无法检测，导致水位控制器操作考虑异常情况的排除方法。例如：探头发生故障，则此系统无法检测，导致水位控制器操作异常异常; ;没有设计报警电路，无法方便地读取水位实际数值。没有设计报警电路，无法方便地读取水位实际数值。平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 9 页图图 2 水位自动控

42、制系统水位自动控制系统（2 2）用）用 5151 单片机设计的水位自动控制系统。单片机设计的水位自动控制系统。5151 单片机实际是个小的微型机，除了硬单片机实际是个小的微型机，除了硬件电路的搭接外，还需要软件的开发和应用。这样会使设计变得很繁琐，同时从电磁兼容方件电路的搭接外，还需要软件的开发和应用。这样会使设计变得很繁琐，同时从电磁兼容方面考虑，软件设计存在系统地不稳定性。在实际应用中，为了满足工厂的实际条件，大部分面考虑，软件设计存在系统地不稳定性。在实际应用中，为了满足工厂的实际条件，大部分自动化控制装置采用纯硬件的电路设计。此外，该电路不能检测液体的电导率，不适用水塔自动化控制装置采

43、用纯硬件的电路设计。此外，该电路不能检测液体的电导率，不适用水塔中液体性质改变的情况。中液体性质改变的情况。4.24.2 系统框图系统框图控制系统主要分为模拟检测和逻辑判断两大块。如图控制系统主要分为模拟检测和逻辑判断两大块。如图 4 4 所示，模拟检测实际上测量的所示，模拟检测实际上测量的是是 B B、C C、D D、E E 四个探头相对于四个探头相对于 A A 点（即地）电位的高低，在水塔中清水里的四个探头点（即地）电位的高低，在水塔中清水里的四个探头B B、C C、D D、E E 各点和探头各点和探头 A A 点之间实际上相当于一个可变电阻。当电阻值发生变化时，各点点之间实际上相当于一个

44、可变电阻。当电阻值发生变化时，各点的电位值不同，通过逻辑判断，就得到不同的输出，即操作控制不同的动作。的电位值不同，通过逻辑判断，就得到不同的输出，即操作控制不同的动作。平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 10 页图图 3 水塔水位控制电路水塔水位控制电路图图 4 系统框图系统框图平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 11 页图图 5 5 为最优方案的原理图。如图所示：水位正常情况下应处于为最优方案的原理图。如图所示：水位正常情况下应处于 C C、D D 之间，此时，之间，此时，BCDEBCDE 四个四个探头的逻辑电平为探头的逻辑电平为 00110011，即保持状态，

45、即保持状态; ;当水位低于当水位低于 C C 点，处于点，处于 B B、C C 之间时，之间时，BCDEBCDE 四个探头四个探头的逻辑电平为的逻辑电平为 01110111，即进水状态，即进水状态; ;当水位高于当水位高于 D D 点，处于点，处于 D D、E E 之间时，之间时，BCDEBCDE 四个探头的逻四个探头的逻辑电平为辑电平为 00010001，即停进状态，即停进状态; ;当水位低于当水位低于 B B 点或水位高于点或水位高于 E E 点，此时，点，此时，BCDEBCDE 四个探头的逻辑四个探头的逻辑电平为电平为 11111111 或或 00000000 时，水塔水位的报警电路开始

46、工作，产生下限报警或上限报警，即低报时，水塔水位的报警电路开始工作，产生下限报警或上限报警，即低报和高报。这时，需要工作人员进行手动关闭报警设备才可以解除警报。和高报。这时，需要工作人员进行手动关闭报警设备才可以解除警报。图图 5 水塔供水系统的最终连线图水塔供水系统的最终连线图平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 12 页从图从图 5 5 中可以看出，中可以看出，B B、C C、D D、E E 四个探头每个都接有一个运算放大器。实际运行中，四个探头每个都接有一个运算放大器。实际运行中，当某个探头出现故障时，系统可以及时检测到，不会造成误动作的产生。同时，新增了报警当某个探头出现故

47、障时，系统可以及时检测到，不会造成误动作的产生。同时，新增了报警确认电路。这样，当误动作产生以及水塔内水位的过低或者过高，都会启动报警装置。一旦确认电路。这样，当误动作产生以及水塔内水位的过低或者过高，都会启动报警装置。一旦系统发生报警，就可以及时去处理问题。问题处理完毕之后，工作人员可以手动关闭报警装系统发生报警，就可以及时去处理问题。问题处理完毕之后，工作人员可以手动关闭报警装置。因此，优化的方案增强了系统的可靠性、稳定性和实用性。置。因此，优化的方案增强了系统的可靠性、稳定性和实用性。平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 13 页第五章水塔水位控制器的可行性试验第五章水塔水位

48、控制器的可行性试验5.15.1 可行性试验可行性试验图图 6 6 为水塔水位控制器的外观正视图，由电源指示灯、报警确认灯、水位指示灯以及报为水塔水位控制器的外观正视图，由电源指示灯、报警确认灯、水位指示灯以及报警确认开关组成。接通电源时，电源指示灯亮，当水塔中水深处于不同位置时，水位指示灯警确认开关组成。接通电源时，电源指示灯亮，当水塔中水深处于不同位置时，水位指示灯B B、C C、D D、E E 情况不同。情况不同。图图 6 水塔水位控制器外观图水塔水位控制器外观图当水位处于当水位处于 B B 点之下，指示灯点之下，指示灯 B B、C C、D D、E E 全亮，报警电路开始报警，即下限报警。

49、全亮，报警电路开始报警，即下限报警。当水位处于当水位处于 B B、C C 之间，指示灯之间，指示灯 B B 灭，灭，C C、D D、E E 亮，水泵开始进水。亮，水泵开始进水。当水位处于当水位处于 C C、D D 之间，指示灯之间，指示灯 B B、C C 灭，灭，C C、D D 亮，保持状态，即保持进水。亮，保持状态，即保持进水。当水位处于当水位处于 D D、E E 之间，指示灯之间，指示灯 B B、C C、D D 灭，灭，E E 亮，停进状态，即水泵不工作。亮，停进状态，即水泵不工作。当水位处于当水位处于 E E 点之上，指示灯点之上，指示灯 B B、C C、D D、E E 全灭，水泵不工作

50、，报警电路开始溢出报警，全灭，水泵不工作，报警电路开始溢出报警，即上限报警。即上限报警。报警电路可以手动关闭，只要按下报警确认开关，就可以解除报警的蜂鸣声。此时，报警报警电路可以手动关闭，只要按下报警确认开关，就可以解除报警的蜂鸣声。此时，报警确认灯亮起。处理完故障时，必须关闭报警确认灯，报警确认电路复位，恢复其监测故障的确认灯亮起。处理完故障时，必须关闭报警确认灯，报警确认电路复位，恢复其监测故障的功能。功能。5.25.2 可行性分析可行性分析此方案采用纯硬件电路设计，避免了软件程序设计中的不稳定因素，提高了实际运用中此方案采用纯硬件电路设计，避免了软件程序设计中的不稳定因素，提高了实际运用

51、中平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 14 页的可靠性。同时，对于不同类型的液体，此系统均有良好的兼容性。当水塔中液体改变时，的可靠性。同时，对于不同类型的液体，此系统均有良好的兼容性。当水塔中液体改变时，只需要将电位器中的阻值和该液体的阻值调节到一个数量级上就可以很方便的实现此液体的只需要将电位器中的阻值和该液体的阻值调节到一个数量级上就可以很方便的实现此液体的水位控制操作。试验证明，此水塔水位控制器不仅实现了对水塔水位的精确控制，而且，此水位控制操作。试验证明，此水塔水位控制器不仅实现了对水塔水位的精确控制，而且，此系统更具有工业生产的实际性。系统更具有工业生产的实际性。图图

52、 7 电子式水位开关的密度比水大很多，自然吊下去的时候不会浮起来，不容易晃动，这种从上电子式水位开关的密度比水大很多，自然吊下去的时候不会浮起来，不容易晃动，这种从上而下吊下来的的安装方式比较方便而且普遍安装的时候一个放在高水位，另一个放在低水位，而下吊下来的的安装方式比较方便而且普遍安装的时候一个放在高水位，另一个放在低水位，高低水位开关的位置可以根据自己的需要来调整高低水位开关的位置可以根据自己的需要来调整电子式水位开关的线长标配是电子式水位开关的线长标配是 3 3 米，如果不够长也可以自己加线延长，延长米，如果不够长也可以自己加线延长，延长 200200 米左右米左右是没问题的，但要注意

53、接口的位置尽量不要浸在水中，加长线用是没问题的，但要注意接口的位置尽量不要浸在水中，加长线用 3*0.33*0.3 平方的线或平方的线或 0.30.3 平方平方以上线径的电缆线以上线径的电缆线如果要避免电子式水位开关的线长期泡在水里而泡坏的话，可以用普通的如果要避免电子式水位开关的线长期泡在水里而泡坏的话，可以用普通的 PVCPVC 管和内牙管和内牙螺纹搭配把电线封住与水隔绝螺纹搭配把电线封住与水隔绝5.35.3 水塔水位自动控制工序水塔水位自动控制工序S1S1 水塔水位上限：当水塔达到此位置时液位传感器将向水塔水位上限：当水塔达到此位置时液位传感器将向 PLCPLC 发出最高水位信号请求停发

54、出最高水位信号请求停止水泵工作。止水泵工作。S2S2 水塔水位下限：当水塔达到此位置时液位传感器将向水塔水位下限：当水塔达到此位置时液位传感器将向 PLCPLC 发出最低水位信号请求开发出最低水位信号请求开启水泵工作。启水泵工作。 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 15 页水塔水位自动控制简图水塔水位自动控制简图 8 8如下图是整个系统由一个水位传感器，一台如下图是整个系统由一个水位传感器，一台 PLCPLC 和一台水泵以及若干部件组成。安装于和一台水泵以及若干部件组成。安装于水塔的水位转化成水塔的水位转化成 1-51-5 伏的电信号，电信号到达伏的电信号，电信号到达 PLCP

55、LC 后，后，PLCPLC 将控制水泵的开关启动或停止将控制水泵的开关启动或停止向水塔供水。向水塔供水。系统组成框图系统组成框图 9 9在水塔水位检测系统中通过超声波液位传感器将水位信号转换成电信号输入在水塔水位检测系统中通过超声波液位传感器将水位信号转换成电信号输入 PLCPLC 中，再通中，再通过过 PLCPLC 控制水泵的启动或关闭。在系统运行中当水位低于最低值时控制水泵的启动或关闭。在系统运行中当水位低于最低值时 PLCPLC 将启动水泵向水塔中将启动水泵向水塔中加水，当水塔中的水达到最高值时加水，当水塔中的水达到最高值时 PLCPLC 使水泵停止运动即向水塔供水。等到水塔水位达到控使

56、水泵停止运动即向水塔供水。等到水塔水位达到控制的最低水位时，系统再次重复这个过程。制的最低水位时，系统再次重复这个过程。平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 16 页水塔水位控制系统主电路水塔水位控制系统主电路 如下图所示如下图所示图图 1010 5.4I/O5.4I/O 接口分配接口分配水塔水位控制系统 PLC 的 I/O 接口分配如下表所示。表 1-1 水塔水位控制系统 PLC 的 I/O 接口分配表平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 17 页符号地址绝对地址数据类型说明1S1IO1BOOL水塔上限水位2S2IO2BOOL水塔下限水位3S3IO3BOOL水池上限水

57、位4S4IO4BOOL水池下限水位5STARTIO0BOOL控制开关6YQO1BOOL水阀7M1QO2BOOL抽水电机8QO3BOOL水池下限指示灯9QO4BOOL水池上限指示灯10QO5BOOL水塔下限指示灯11QO6BOOL水塔上限指示灯12QO7BOOL报警指示灯5.5 水塔水位控制系统的 I/O 接线图这是一个单体控制小系统，没有特殊的控制要求，他有 5 个开关量，开关量的输出触点数目有 8 个，输入，输出触点数目共有 13 个，只需要选择一般中小型控制器即可。据此，可以对输入，输出点做出地址分配，水塔水位控制系统的I/O 接线图如图所示 图 11平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（

58、论文） 第 18 页第六章第六章 水塔水位控制系统水塔水位控制系统 PLCPLC 软件设计软件设计6.1 梯形图程序设计及工作过程分析 图 12 水塔水位控制系统的 PLC 控制流程图梯形图编程语言是一种图形化编程语言，他沿用了传统的继电接触器控制中的触点，线圈，串并联等术语和图形符号，与传统的继电控制原理电路图非常相似，但又加入了许多功能强又实用灵活的指令，他比较直观，形象，对于那些熟悉继电器-接触器控制系统的人来说易于接受。继电器梯形图多半适用于比较简单的控制功能的编程，绝大多数 PLC 用户都首选梯形图编程。平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 19 页6.2 梯形图的规则梯

59、形图编程的一般规则有：1. 梯形图按自上而下，自左而右的顺序排列，每一个逻辑行始于左母线然后是触点的各种连接。最后是线圈或线圈与右母线相连，整个图形呈现阶梯型，梯形图所使用的原件编号地址必须在所实用 PLC 的有效范围内。2. 梯形图是 PLC 形象化的编程方式，其左右两端母线并不接任何电源。因而图中各支路也没有真实的电流流动。但为了读图方便。常用“有电源，“得电”等来形象的描述用户程序结算中满足输出线圈的动作条件。他仅仅是概念上虚拟的电流，而且认为他只能由左至右单方向流动，层次的改变也只能自上而下。3. 梯形图中的继电器实质上是变量寄存器中的位触发器。相应某位触发器为“1 态”时，表示继电器线圈通电，其动合触头闭合，动断触头断开，反之为“0 态”，梯形图中继电器线圈又是广义的，除了输出继电器，内部继电器线圈外，还包括定时器，计数器，移位寄存器，状态器等的线圈以及各种比较，运算的结果。4. 梯形图中的信息流程从左至右，继电器线圈应与右母线相连，线圈的右边不能有触电，而左边必须有触点。5. 继电器线圈在一个程序不能重复使用：而继电器的触点，在编程中可以重复使用，且使用次数不受限制。