基于PLC的水塔水位控制系統(tǒng)設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上目 錄第1章 引言在社會經(jīng)濟飛速發(fā)展的今天，水在人們正常生活和生產(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)都采用水塔、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

2、子裝置。鑒于其種種優(yōu)點，目前水位控制的方式被PLC控制取代。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)過程中，經(jīng)常需要對水位進行測量和控制。水位控制在日常生活中應用也相當廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。然而隨著世界人口的不斷增長，人們生活用水的增加，以往采用的繼電器水塔水位自動控制系統(tǒng)由于頻繁操作會產(chǎn)生機械磨損，不方便維護和更新，已經(jīng)不能滿足人們的實際需求，本文采用的是西門子S7-200系列小型PLC可編程控制器作為水塔水位自動控制系統(tǒng)核心，對水塔水位自動控制系統(tǒng)的功能進行性進行了需求分析。主要實現(xiàn)方法是通過傳感器檢測水塔水位的實際水

3、位，將水位具體信息傳至PLC構成的控制模塊，進行數(shù)據(jù)比較，來控制抽水電機的動作，同時進行數(shù)據(jù)還原，顯示水位具體信息，如果水位低于或高于某個設定值是，就會發(fā)出危險報警的信號。本文以一個水塔水位控制系統(tǒng)的設計過程，給出了基于PLC水塔水位控制系統(tǒng)的設計好實現(xiàn)的具體過程。第2章 系統(tǒng)總體設計 2.1 系統(tǒng)控制要求水塔水位控制示意圖如圖2.1所示：圖2.1水塔水位控制示意圖 水塔工作系統(tǒng)的工作方式為：當水池水位低于水池下限位液位檢測傳感器S1時，則S1此時為OFF，電磁閥MB1打開，水泵M1啟動，開始向水池供水，待4S后，若水池水位沒有超過水池下限位液位檢測傳感器S1，即說明系統(tǒng)發(fā)生故障，則水池蜂鳴器

4、PB1報警，水池報警燈閃爍。 若系統(tǒng)正常，則此時水池水位應該超過了水池下限位液位檢測傳感器S1，則S1此時為ON，表示水池水位高于水池下限水位。當水位水位高于水池上限位液位檢測傳感器S2時，則S2為ON，水泵M1停止，電磁閥MB1關閉。 當水塔水位低于水塔下限位液位檢測傳感器S3時，則S3此時為OFF，電磁閥MB2打開，水泵M2啟動，開始向水塔供水，待4S后，若水塔水位沒有超過水塔下限位液位檢測傳感器S3，即說明系統(tǒng)發(fā)生故障，則水塔蜂鳴器PB2報警，水塔報警燈閃爍。 若系統(tǒng)正常，則此時水塔水位應該超過了水塔下限位液位檢測傳感器S3，則S3此時為ON，表示水塔水位高于水塔下限水位。當水塔水位高于

5、水塔上限位液位檢測傳感器S4時，則S4為ON，水泵M2停止，電磁閥MB2關閉。 當水塔水位低于水塔下限位，同時水池水位也低于水池下限位時，水泵M2無法啟動，電磁閥MB2無法打開。2.2 設計分析示意圖基于PLC的水塔水位控制系統(tǒng)是一個自動控制系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)要求，設計分析分析如下：當電源啟動時，水池和水塔的水位有以下幾種情況：（1） 水池的水位在S1之下，如圖2.2（a）所示，則電磁閥MB1打開，水泵M1啟動，開始向水池供水，待4S后，若水池水位沒有超過S1，則水池蜂鳴器報警。當水池水位高于S2時，如圖2.2（c）所示，水泵M1停止，電磁閥MB1關閉。（2） 水池的水位在S1與S2之間，如圖2.

6、2（b）所示，則電磁閥MB1不會打開，水泵M1不會啟動，保持待命狀態(tài)。（3） 水塔的水位在S3之下，如圖2.2（d）所示，并且水池水位在S1與S2之間，則電磁閥MB2打開，水泵M2啟動，開始向水塔供水，待4S后，若水塔水位沒有超過S3，則水塔蜂鳴器報警。當水塔水位高于S4時，如圖2.2（f）所示，水泵M2停止，電磁閥MB2關閉。（4） 水塔的水位在S3之下，并且水池水位在S1之下，則電磁閥MB2不會打開，水泵M2不會啟動，等待水池水位高于S1。（5） 水塔水位在S3與S4之間，如圖2.2（e）所示，則電磁閥MB2不會打開，水泵M2不會啟動，保持待命狀態(tài)。 水塔設計分析示意圖如圖2.2所示：圖2

7、.2水塔設計分析示意圖2.3 確定設計方案 經(jīng)過再三的探討，我們決定用S7-200系列的CPU224做主機，擴展模塊EM222為數(shù)字量輸出模塊，液位傳感器作為感測水塔系統(tǒng)水位的元件，經(jīng)擴展模塊EM232傳給MM430變頻器，變頻后，驅動水泵。水塔系統(tǒng)總體框圖如圖2.3所示：圖2.3水塔設計分析示意圖 本章小結：本章通過確定系統(tǒng)可控制要求，并作出了設計分析，經(jīng)過和同組人員的一番的探討之后，最終，確定了設計方案。第3章 控制系統(tǒng)硬件設計3.1 PLC選型及擴展 CPU224主機共有14個輸入點，10個輸出點，輸入需DC24V供電，輸入點接啟動按鈕、停止按鈕、報警確認按鈕、液位檢測傳感器、熱繼電器開

8、關。輸出需AC220V供電，輸出點接啟動信號燈、水泵、水位信號燈、報警信號燈，CPU224及其接線如圖3.1所示。圖3.1 CPU224及其接線 EM222為數(shù)字量模擬輸出模塊，為擴展模塊，它有八個輸出點，0.1、0.2輸出端接蜂鳴器，0.3、0.4輸出端接電磁閥，EM222及其接線如圖3.2所示。圖3.2 EM222及其接線 EM232為模擬量輸出模塊，為擴展模塊，有兩路模擬量輸出，它與變頻器的接線圖如圖3.3所示。圖3.3EM232及其接線水塔系統(tǒng)的I/O分配表見表3.1所示。表3.1 水塔系統(tǒng)I/O分配表輸入信號輸入變量名輸出信號輸出變量名I0.0啟動按鈕Q0.0啟動指示燈PG0I0.1

9、停止按鈕Q0.1水泵M1I0.2報警確認按鈕Q0.2水泵M2I0.3水池下限位液位檢測S1Q0.3水池水位過低指示燈PG1I0.4水池上限位液位檢測S2Q0.4水池水位過高指示燈PG2I0.5水塔下限位液位檢測S3Q0.5水塔水位過低指示燈PG3I0.6水塔上限位液位檢測S4Q0.6水塔水位過高指示燈PG4I0.7熱繼電器FR1Q0.7水池報警指示燈PG5I1.0熱繼電器FR2Q1.0水塔報警指示燈PG6Q2.1水池蜂鳴器PB1Q2.2水塔蜂鳴器PB2Q2.3電磁閥MB1Q2.4電磁閥MB23.2 電機及驅動線路電機采用臥式離心泵，型號為：IS50-32-125，驅動電路如圖3.4所示。圖3.

10、4 水塔系統(tǒng)驅動電路3.3 檢測元件選型檢測元件采用GSK液位傳感器，它的特點為：1、外殼采用優(yōu)質不銹鋼，機械強度高、密封性好。2、電纜采用特種材質，耐油、酸、堿，抗蝕能力優(yōu)越。3、輸出穩(wěn)定可靠的“ON”、“OFF”開關控制信號，無任何誤動作，可靠性高。4、安裝簡捷，調試方便，上下移動定位重塊，即可隨意調節(jié)液面控制范圍。3.4 低壓電器選型 低壓斷路器是一種不僅可以接通和分斷正常負荷電流和電流，還可以接通和分斷短路電流的開關。低壓斷路器在中除起控制作用外，還具有一定的保護功能，如過負荷、短路、欠壓和漏電保護等。低壓斷路器容量范圍很大，最小為4A，而最大可達5000A。 這次設計選擇的是型號為D

11、Z47 3P 16A。3.5 電源設計 PLC的外部工作電源一般為單相85260 50/60Hz交流電源，也有采用2436V直流電源的。使用單相交流電源的PLC，往往還能同時提供24V直流電源，提供直流輸入使用。PLC對其外部工作電源的穩(wěn)定度要求不高，一般可允許15左右。所以，這次設計采用的是單相220V交流電源供電的PLC。3.6 人機接口設計人機接口是操作者與機電系統(tǒng)之間進行信息交換的接口。按照信息傳遞的方式分為兩類：輸入接口，輸出接口。常用的輸出設備：狀態(tài)指示燈，發(fā)光二極管，液晶顯示器，微型打印機，陰極攝像管顯示器，揚聲器等。此次設計用到的輸出設備有狀態(tài)指示燈，液晶顯示器，揚聲器。本章小

12、結：本章根據(jù)控制要求，確定了PLC的型號，系統(tǒng)的I/O分配表，并由此確認都要擴展什么模塊，然后，選擇了電機及其驅動電路，并且確定了檢測元件，低壓電器，最后確定了電源與人機接口的設計。第4章 控制系統(tǒng)軟件設計4.1 控制程序流程圖 根據(jù)系統(tǒng)要求，水塔系統(tǒng)的控制流程圖如圖4.1所示：圖4.1水塔系統(tǒng)控制程序流程圖4.2 控制程序設計本次設計采用的是自動檢測系統(tǒng)，當水池中缺水時，系統(tǒng)能夠自動檢測，并自動向水池中供水，同樣，當水塔中缺水時，系統(tǒng)能能自動檢測，并自動向水塔中供水，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)還會報警。系統(tǒng)的控制程序設計如下：（1） 水塔系統(tǒng)啟停控制程序如圖4.2所示：圖4.2水塔系統(tǒng)啟?？刂瞥?/p>

13、序（2） 水泵M1啟停控制程序如圖4.3所示：圖4.3水泵M1啟?？刂瞥绦颍?） 水泵M1注水4S控制程序如圖4.4所示：圖4.4水泵M1注水4S控制程序（4） 水池水位過低指示控制程序如圖4.5所示：圖4.5水池水位過低指示控制程序（5） 水泵M1處故障時蜂鳴器H1控制程序如圖4.6所示：圖4.6水泵M1處故障時蜂鳴器H1控制程序（6） 水池報警指示燈閃爍控制程序如圖4.7所示：圖4.7水池報警指示燈閃爍控制程序（7） 水池水位過高指示控制程序如圖4.8所示：圖4.8水池水位過高指示控制程序（8） 水泵M2啟停控制程序如圖4.9所示：圖4.9水泵M2啟?？刂瞥绦颍?） 水泵M2注水4S控制程

14、序如4.10所示：圖4.10水泵M2注水4S控制程序（10） 水塔水位過低指示控制程序如圖4.11所示：圖4.11水塔水位過低指示控制程序（11） 水泵M2處故障時蜂鳴器H2控制程序如圖4.12所示：圖4.12水泵M2處故障時蜂鳴器H2控制程序（12） 水塔報警指示燈閃爍控制程序如圖4.13所示：圖4.13水塔報警指示燈閃爍控制程序（13） 水塔水位過高指示控制如圖4-14所示：圖4.14水塔水位過高指示控制4.3 顯示操作界面設計顯示操作界面采用的是TD200顯示，TD200是Text Display 200的簡寫，它是可編程控制器S7-200系列的常用文本顯示器。它可以用來顯示信息，在信息

15、中可以內嵌數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)既可以顯示，也可以由操作人員進行設置。TD200既可以通過TD/CPU電纜由S7-200 CPU供電，也可以由一個外部插入式電源供電，但不能TD/CPU電纜和外部電源同時對TD200 供電，這樣會損壞設備。本文只討論最簡單、最常用的方式：由S7-200通過TD/CPU電纜供電。TD200只是一個文本顯示器，不需對TD200進行組態(tài)和編程，所有組態(tài)信息全部存在CPU S7-200中。 TD200 里只存儲TD200的地址、所連接的CPU的地址、通訊波特率和參數(shù)塊的位置。也就是說，TD200的所有組態(tài)數(shù)據(jù)都存儲在CPU S7-200可變存儲器（V存儲器）內，而在TD200中只需

16、通過面板設置TD200的地址、所連接的CPU的地址、通訊波特率和參數(shù)塊的位置。TD200上電后，按“ESC”鍵進入“診斷菜單”，接著進入“TD200 設置”選項，分別設置“TD200 地址”（缺省值為1）、“CPU 地址”（缺省值為2）、“參數(shù)塊地址”（缺省值為0）、“波特率”（缺省值為9.6K）。本例中，我們使用缺省設置。在STEP 7 MicroWIN V4.0中，用TD200向導（菜單“ToolsTD200 Wizard”）給CPU S7-200編程。完成編程并下載后，將CPU和TD200通過TD/CPU電纜進行正確連接，正確設置TD200的參數(shù)，即可完成TD200的開發(fā)使用。上電后，T

17、D200從CPU讀參數(shù)塊。對所有參數(shù)均進行合法性檢查。如果一切合格，TD200開始主動輪詢信息使能位以決定要顯示的信息，并從CPU讀取信息，然后顯示信息。本章小結：本章根據(jù)系統(tǒng)要求，畫出了水塔系統(tǒng)的控制流程圖，通過對水塔系統(tǒng)的控制流程圖的分析，用軟件設計出了程序，并最后確認了顯示操作界面。結束語此次實習，我設計的是基于PLC的水塔水位控制系統(tǒng)，我在原有的要求上有加了好多要求，是這個系統(tǒng)設計有了一定的難度，但，我還是在老師和同學的幫助下做完了這次設計，此次設計，是通過PLC與液位傳感器的結合，使水塔水塔維持一定的水位。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進行自動控制。比如自動控制水塔、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。采用PLC能很好的解決以上問題，使水位控制在要求的位置。參考文獻1王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術,北京,北京航空航天出版社,2008,2.2廖常初.PLC編程及應用,北京,機械工業(yè)出版社,2008,1.3廖常初.PLC應用技術問答,北京,機械工業(yè)出版社,2006,14西門子（中國）有限公司.深入淺出西門子S7-200,北京,