基于PLC及組態(tài)王的水塔液位控制系統(tǒng)要點

1、摘要目前，大量的高位生活用水和工作用水逐漸增多。因此，不少單位自建水箱儲水來解決高層樓房的用水問題。 最初，大多用人工進行控制，由于人工無法 每時每刻對水位進行準確的定位監(jiān)測，很難準確控制水泵的起停。要么水泵關停 過早，造成水箱缺水；要么關停過晚，造成水箱溢出，浪費水資源，給用戶造成 不便。利用人工控制水位會造成供水時有時無的不穩(wěn)定供水情況。后來，使用水位控制裝置使供水狀況有了改變，但常使用浮標或機械水位控制裝置，由于機械 裝置的故障多，可靠性差，給維修帶來很大的麻煩。因此為更好的保證供水的穩(wěn) 定性和可靠性，傳統(tǒng)的供水控制方法已難以滿足現(xiàn)在的要求。本文采用的是三菱FXZN型 PLC可編程控制器

2、作為水箱水位自動控制系統(tǒng)的 核心，對水箱水位自動控制系統(tǒng)的功能性進行了需求分析。 主要實現(xiàn)方法是通過 傳感器檢測水箱的實際水位，將水位具體信息傳至PLC勾成的控制模塊，來控制 水泵電機的動作，同時顯示水位具體信息，若水位低于或高于某個設定值時， 就 會發(fā)出危險報警的信號，最終實現(xiàn)對水箱水位的自動。另外在PLC的基礎上，運 用組態(tài)王Kingview工業(yè)監(jiān)控軟件，它將 PLC過程控制設計、現(xiàn)場操作及資源管 理于一體，將水箱控制系統(tǒng)的應用以及信息交流匯集在一起，實現(xiàn)最優(yōu)化管理。關鍵詞：水位自動控制、三菱 FX2N組態(tài)王、水泵、傳感器摘要1第一章 緒論11.1本課題的選題背景與意義 11.2可編程邏輯

3、控制器簡述 1第二章水箱水位控制系統(tǒng)硬件設計 22.1基于PLC的水箱水位控制系統(tǒng)基本原理 22.2水箱控制系統(tǒng)要求22.3 PLC I/O 口的分配32.4系統(tǒng)硬件元器件選擇4第三章水箱水位系統(tǒng)的 PLC軟件設計53.1水箱水位控制系統(tǒng)的梯形圖設計 5第4章水箱水位控制系統(tǒng)的組態(tài)設計 64.1水箱液位控制系統(tǒng)監(jiān)控界面 64.2組態(tài)畫面監(jiān)控運行演示 6第四章總結(jié)9參考文獻10附錄:組態(tài)王命令程序 10第一章緒論1.1本課題的選題背景與意義在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、液位、流量、和開關量等都是常用的主要被 控參數(shù)。其中，水位控制越來越重要。在社會經(jīng)濟飛速發(fā)展的今天，水在人們正常生活和生

4、 產(chǎn)中起著越來越重要的作用。一旦斷了水，輕則給人民生活帶來極大的不便，重則可能造成 嚴重的生產(chǎn)事故及損失。因此給水工程往往成為高層建筑或工礦企業(yè)中最重要的基礎設施之 一。任何時候都能提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、合格的水質(zhì)是對給水系統(tǒng)提出的基本要求。 就目前而言，多數(shù)工業(yè)、生活供水系統(tǒng)都采用水箱、層頂水箱等作為基本儲水設備，由一級 或二級水泵從地下市政水管補給。傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大、可靠性差等缺 點?？删幊炭刂破鳎≒LC是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應用 而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點，目前水位控制的方式被PLC空制取代。同時，又有PID控

5、制技術的發(fā)展，因此，如何建立一個可靠安全、又易于維護的給水系統(tǒng)是值 得我們研究的課題。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活應用中，常常會需要對容器中的液位（水位）進行自動控制。 比如自動控制水箱、水池、水槽、鍋爐等容器中的蓄水量，生活中抽水馬桶的自動補水控制、 自動電熱水器、電開水機的自動進水控制等。雖然各種水位控制的技術要求不同，精度不同。 但其原理都大同小異。特別是在實際操作系統(tǒng)中，穩(wěn)定、可靠是控制系統(tǒng)的基本要求。因此 如何設計一個精度高、穩(wěn)定性好的水位控制系統(tǒng)就顯得日益重要。 采用PLC空制技術能很好的 解決以上問題，使水位控制在要求的位置。1.2可編程邏輯控制器簡述可編程邏輯控制器簡稱PLC，是從

6、早期的繼電器邏輯電氣控制系統(tǒng)發(fā)展而來，它不斷吸收微型計算機控制技術，使之功能不斷增強。逐漸適合復雜的電氣控制系統(tǒng)。PLC之所以有較強的生命力，在于它更加適應工業(yè)現(xiàn)場和市場要求。具有可靠性高、抗干擾能力強、編程方便、 價格低、壽命長等特點。13第二章水箱水位控制系統(tǒng)硬件設計2.1基于PLC的水箱水位控制系統(tǒng)基本原理如下圖整個系統(tǒng)由水位傳感器，一臺PL（和水泵以及若干部件組成。安裝于水箱上的傳感器將水箱的水位轉(zhuǎn)化成1-5伏的電信號；電信號到達 PLC各控制控制水泵的開關。水箱水位自動控制系統(tǒng)由PLC核心控制部件高低位水箱的水位檢測電路高低水位信號傳送給PLC水泵電動機控制電路PLC控制啟停及主備切

7、換。水泵與電磁閥及指示燈圖2-1基于PLC勺供水系統(tǒng)原理框圖在水箱水位檢測系統(tǒng)中通過液位傳感器將水位信號轉(zhuǎn)換為電信號輸入PLC中，在通過PLC控制水泵的啟動或關閉。在系統(tǒng)運行中當水為低于最低值時PLC將啟動水泵向水箱中加水，當水箱中的水達到最高值時PLC使水泵停止運轉(zhuǎn)即水泵停止向水箱供水。等到水箱水位再次達到控制最低水位時系統(tǒng)再次重復這個過程。2.2水箱控制系統(tǒng)要求供水塔圖2-2水箱水位控制裝置圖水箱控制系統(tǒng)具體需求如下：(1) 當水箱水位低于10L時，低水位報指示燈顯示紅燈，閥門自動關閉，水泵自動開啟， 向水箱內(nèi)充水，防止水箱液位過低；(2) 當水箱液位高于90L時，高水位指示燈顯示紅燈，水

8、泵自動關閉，防止水箱液位過 高；(3) 當水箱液位由低于10L開始上升到10L與90L之間時，水泵開啟，閥門開啟，水箱 進水量大于出水量，保證水箱中的水位持續(xù)上升，達到高水位限時，水泵關閉。 當水箱液位由高于90L開始下降到10L與90L之間時，水泵關閉，閥門開啟，此時 只有出水量，水箱中的水位持續(xù)下降，達到低水位限時，水泵開啟。2.3 PLC I/O 口的分配表2-3水箱水位控制系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口分配表輸入信號輸入變量名輸出信號輸出變量名X000啟動開關Y000水箱高液位指示燈X001停止開關Y001水箱低液位指示燈X002水箱低位傳感器Y002模擬水泵電動機運行動作X003水箱高位

9、傳感器Y003模擬進水閥門的開關動作2.4系統(tǒng)硬件元器件選擇1）PLC的選擇可編程控制器產(chǎn)品眾多，不同廠家、不同系列、不同型號的PLC功能和結(jié)構(gòu)均有所不同， 但工作原理和組成基本相同。本系統(tǒng)為單體控制系統(tǒng)，對控制功能無特殊要求，同時本次設 計所需輸入輸出總點數(shù)少于 48點，因此選用三菱公司生產(chǎn)的的 FX2N-48MR-001型PLC其具 有結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，極高的性價比，適用于小型控制系統(tǒng)的特點，該型號PLC為繼電器輸出型，輸入輸出點數(shù)各為24個點，多余的端子作為備用。2）水泵的選擇選擇水泵的一般原則為1、滿足流量和揚程的要求；2、水泵機組在長期運行中，水泵工作點的效率最高；3、按所選的水泵

10、型號和臺數(shù)設計的水泵站，要求設備和土建的投資最小；4、便于操作維修，管理費用少。而一般的水箱供水系統(tǒng)中水箱高度都在 30米以上，所用水泵電機在向水池抽水時消耗的 能量較大，故綜合考慮后將水泵電機額定功率都選為11KVy型號為丫2-160L-6，其重要參數(shù)有額定電流為24.23A，額定轉(zhuǎn)速為970r/min。水泵揚程為40米，流量為35立方米/小時。3）熔斷器的選擇因為熔斷器熔體電流應大于等于兩倍的電機額定電流，因此電動機供電回路選用熔體電 流為50A的熔斷器。4）電子液位位開關的選擇因為本次設計中水箱中各有 2處需要檢測水位信號，因此選用歐姆龍公司生產(chǎn)的61F-GN-G型電極式液位開關，該種類

11、型的液位開關作為電氣性液位檢測方式，被廣泛用于以大廈、 集中住宅的上下水道為主及鋼鐵、食品、化學、藥品、半導體等各種工業(yè)、農(nóng)業(yè)水、凈水場、 污水處理等的液面控制。一旦電極接觸到液體，通過液體可以閉合電路，根據(jù)流過的電流檢 測液位控制的動作原理，是以所謂的導電性液體為控制對象的液位開關。進行檢測時，直接 檢測液體的電極間電阻，根據(jù)大于或小于已設定的電阻值，來判斷有無液面,6仆-GN - G型電極式液位開關含有三個電極正好用于本系統(tǒng)水位的檢測，同時其ON電流在4.5mA以下且OFF電流1.5mA以下滿足所選PLC的輸入性能指標，故較為合適。5）熱繼電器的選擇因為電機額定電流為24.23A，因此選用

12、JR20-25/5T型熱繼電器，整合電流為21 25A。6）接觸器的選擇同理，根據(jù)電機額定電流，并查手冊后選擇G20-25型接觸器。第三章水箱水位系統(tǒng)的PLC軟件設計3.1水箱水位控制系統(tǒng)的梯形圖設計;第4章水箱水位控制系統(tǒng)的組態(tài)設計4.1水箱液位控制系統(tǒng)監(jiān)控界面圖4.1水箱液位控制系統(tǒng)監(jiān)控界面4.2組態(tài)畫面監(jiān)控運行演示連接PLC與 PC，將PLC程序下載到三菱FX2N-48MR-001型號中，打開組態(tài)王軟件，設備 配置設置好后，就可以進入演示狀態(tài)了。按下組態(tài)中的開始/停止按鈕或是按下PLC外圍連接 X0端口的SB1按鈕，組態(tài)以及PLC都進入運行狀態(tài)。運行過程中有如下幾種情況：（1）水箱水位低

13、于10L （水位下限）時圖4.2水箱水位低于10L情況圖如圖4.2所示，在水箱水位低于10L的情況下，水位下限報警燈顯示紅色報警，這時水泵開啟工作，閥門關閉，防止水箱液位過低。在硬件PLC中，也能看到，丫2 （模擬水泵電動機運行動作）輸出端口指示燈亮，還有 丫3 （模擬閥門打開）指示燈亮。 水箱水位在10L和90L之間，且水位在上升的情況時圖4.3水位在10L和90L之間，且水位在上升的情況圖如圖4.3所示，當水位在10L和90L之間，且水位在上升的情況下，水位下限和水位上 限指示均顯示綠色（表示水位在安全范圍），且水泵工作，閥門打開，在水位上升的過程中一 直都是進水量大于出水量，從而保持水位

14、的上升。與此同時，在硬件PLC上，可以看到X2（模 擬水位下限傳感器）指示燈亮，丫1 （低水位指示燈）指示燈量，丫2 （模擬水泵電動機運作） 指示燈亮，還有丫3 （模擬閥門打開）指示燈亮。（3）水箱水位高于90L （水位上限）時圖4.4水箱水位高于90L時的情況圖如圖4.4所示，水箱水位高于90L （水位上限）的情況下，水位上限報警燈顯示紅燈（表 示水箱液位高于水位的上限），水泵電動機也停止工作。此時，在硬件 PLC中，也能看到，X3 （水位上限傳感器）指示燈亮，還有 丫3 （模擬閥門打開）指示燈亮。 水箱水位在10L和90L之間，且水位在下降的情況時水箱圖4.5水位在10L和90L之間，且水

15、位在下降的情況圖如圖4.5所示，水箱水位在10L和90L之間，且水位在下降的情況下，水泵停止工作， 閥門打開，水位下限和水位上限指示燈均顯示綠色，在此過程中，只有出水量，所以水箱水 位會逐漸降低。此時，在硬件 PLC中，可以看到可以看到X2 （模擬水位下限傳感器）指示燈 亮，還有丫3 （模擬閥門打開）指示燈亮。第四章總結(jié)我組成員做的這個題目是有關 PLC與組態(tài)軟件相結(jié)合的，這次課程設計給予我們理論與 實踐相結(jié)合的機會，提高了我們實際操作和獨立解決問題的能力。通過這次設計實踐。讓我們更熟練的掌握三菱 PLC的編程方法，對PLC的工作原理和 使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我們

16、的專業(yè)基礎。在對組態(tài)軟件 的學習當中，體會到了細節(jié)決定一切的道理，剛開始做組態(tài)的時候，由于我對一些細節(jié)不加 重視，當我把自己想出來一些以為是對的東西用到組態(tài)軟件上時，問題出現(xiàn)了，不是不能運 行，就是運行的結(jié)果和我想要的結(jié)果不相符合。經(jīng)過我一次次的實踐，最后把正確的結(jié)果做 出來時，才看到了自己的缺點。解決實際問題需要的不僅僅是理論知識，而且要求較強的理論聯(lián)系實際的能力，完成本 設計要求理清水箱水箱控制的全過程，才會對軟件實現(xiàn)帶來方便?？v觀整個設計過程，本設 計還有很大的擴展空間，相信在未來的學習與發(fā)展中會得到更好的應用與改進。參考文獻1 蔡杏山.PLC、變頻器入門北京：電子工業(yè)出版社2 楊后川，

17、張春平，張學民，陶 征.三菱PLC應用100例北京：電子工 業(yè)出版社翟慶一 典型工業(yè)過程的組態(tài)控制天津：天津大學出版社4 李紅萍工控組態(tài)技術及應用一組態(tài)王西安：西安電子科技大學出版社5 王善斌.組態(tài)軟件應用指南北京:化學工業(yè)出版社附錄：組態(tài)王命令程序本站點開關=1 | 本站點啟動=1)本站點水箱液位10)本站點報警2=0;本站點水泵=1；本站點閥門=0;else本站點報警2=1;本站點水箱液位10)本站點低水位傳感器=1；else本站點低水位傳感器=0;本站點水箱液位90)本站點高水位傳感器=1;本站點報警仁0;本站點水泵=0;本站點閥門=1;else本站點高水位傳感器=0;本站點報警仁1;本站點 水箱液位本站點 水箱液位=10 )本站點閥門=1;本站點水泵=1)本站點水泵工作指示燈=1;本站點水流 本站點水流1+7;本站點水流1>20)本站點水流仁0；本站點水流 本站點水流2+7;本站點水流2>20)本站點水流2=0;本站點水箱液