水塔水位设计解读文档格式.docx

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完成日期：

答辩日期：

1、设计目的

考核学生对本专业知识的掌握和应用。

2、设计题目

水塔水位设计

3、设计内容和要求

内容:

（一）使用三菱FX系列PLC为控制核心，选择电磁阀YV、交流接触器KM、热继电器FR、按钮、水位检测开关SL等作为外围控制器件，控制水泵启动和停止。

满足水位控制要求。

具体任务：

（1）进水控制。

当水池水位低于低水位界时，SL4为ON，电磁阀YV打开进水；

当水位高于水池高水位界时SL3为ON；

电磁阀YV关闭。

（2）报警显示。

如果电磁阀打开4s后，SL3不为ON，表示没有进水，出现故障，此时系统关闭电磁阀，指示灯HL按0.5s亮灭周期闪烁。

（3）抽水控制。

当SL4为OFF并且水塔水位低于水位界时，SL2为ON，水泵M启动运转，开始抽水；

当水塔水位高于高水位界时，SL1为ON，水泵M停止运行，抽水完毕。

（二）查阅相关资料，要完成系统分析以及PLC和外接设备的选择；

PLC的I/O接点分配；

系统电路图；

系统流程图；

系统梯形图和指令表；

完成程序的仿真和调试。

4、设计报告要求

（1）设计使用的PLC和外围器件选择与器件介绍。

（2）分析控制要求，绘制系统电路图

（3）确定输入输出设备以及接点分配。

（4）画出程序流程图和梯形图。

（5）指令表清单

（6）写出设计体会与建议.

5、进度要求

第一阶段：

了解工艺，查阅资料（1周）

第二阶段：

元器件选型，绘制电路图（1周）

第三阶段：

设计编程思路，编制程序（1周）

第四阶段：

总结设计中的问题，得出结论（3天）

第五阶段：

撰写论文及准备答辩（3天）

考勤要求：

每周两次讨论共4周

6、任务分配

计划进度表

日期

工作内容

执行情况

指导教师签字

11月5—10日

了解PLC的组成发展前景及应用，查阅相关资料。

11月10—13日

分析PLC的组成、分类、应用及选型规则。

11月14—18日

元器件的选择，绘制相关的电路图，以及相关的表格。

11月19—22日

了解PLC主要性能、作用有关方面的知识

11月23—25日

设计编程思路，列出编程。

11月26—27日

总结设计中的问题以及在设计中的心得体会

11月28—29日

总结并修改论文的不足之处

教师对进

度计划实

施情况

总评

签名

年月日

目录

摘要1

第一章水塔水位的PLC控制系统设计2

1.1概述2

1.2水塔水位..........................................................2

第二章水塔供水自动控制系统方案设计4

第三章水塔水位自动控制系统设计5

3.1水泵电动机控制电路的设计5

3.2水位传感器的选择6

第四章水塔水位自动控制系统的组成7

4.1系统构成及其控制要求8

4.2系统框图9

第五章PLC的设计10

5.1可编程序控制器（PLC）简介10

5.2PLC工作原理10

5.3PLC的工作过程10

5.3.1自诊断10

5.3.2与外设通信10

5.3.3输入现场状态11

5.3.4解算用户逻辑11

5.3.5输出结果11

5.4PLC的编程语言--梯形图12

第六章PLC接线14

6.1分配I/O点14

6.2I／Ｏ分配：

15

6.3程序说明16

6.4梯形图及语句表16

第七章结束语18

7.1系统的优点18

7.2结束语18

参考文献19

摘要

设计和实现了一种采用可编程序控制器为主控制机的供水控制系统。

该控制系统是在传统水塔供水的基础上，加入了PLC、传感器等器件组成，能够实现水塔水位的供水。

详细论述了系统硬件结构、操作流程和控制方法，以及各器件之间的协调控制方法，实现了对水塔水位的自动控制，提高了供水质量。

关键词：

PLC水泵传感器

第一章水塔水位的PLC控制系统设计

1.1概述

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。

我国的供水自动化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学科。

1.2水塔水位控制器

（1）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金属球，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，带动球阀运动，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生间的冲水器上。

还有一种是带干簧管的微型浮球开关，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、水池水位高低的自动控制和缺水保护，允许接的用电器是220V左右，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。

使用寿命相对短些，而且多数直接接220V存在一定的安全隐患，终有一天因为电线破损而漏电电人。

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。

（2）通过电子式水位开关和搭配的水位控制器（BZ201、BZ202）来控制，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,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。

不需浮球和干簧管,外部无机械动作,耐污耐用,不怕漂浮物影响，任意角度安装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,工作电压是直流5-24V，很安全。

这种方式较实用，耐污，寿命长，安全。

（3）通过非接触式的水位开关来控制，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传播，还会被容器内表面反射回来。

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或不发泡塑料。

第二章水塔供水自动控制系统方案设计

设水塔、水池初始状态都为空着的，液位指示灯全亮。

当执行程序时，扫描到水池为液位低于水池下限液位时，电磁阀打开，开始往水池供水，如果进水超过4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。

若4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，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，水池上限指示灯灭，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，则水塔下限指示灯灭，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，水塔上限指示灯灭，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，水池上限指示灯亮。

此次给水塔供水完成。

第三章水塔水位自动控制系统设计

3.1水泵电动机控制电路的设计

在水塔水位检测系统中通过水位传感器检测实际水位的高度，当水位低于最低水位时向PLC发出信息启动水泵，经过4分钟检测水塔水位是否提高控制水泵的工作，当水位达到最高水位时向PLC发出信息控制信息停止水泵工作。

供水系统的基本原理如图3.1所示，水位闭环调节原理是：

通过在水塔中的水位传感器，将水位值变换为电流信号进入PLC执行程序，通过水泵的开关对水塔中的水位进行自动控制。

图3.1水泵的控制回路图和主回路

水泵启动工作：

当投入作为主电路电源开关的配线切断器KM1时，在收到PLC的启动水泵指令后，电磁线圈KM2中有电流流过，电磁接触器KM2运行。

当电磁接触器KM2运行时，主电路的主触点KM2闭合，常闭触点KM2-b打开，常开触点KM2-m2闭合，当主触点闭合时，电源电压施加到电动机M上，开始运转。

当常闭触点KM2-b打开时，绿灯GN-L中无电流流过，绿灯熄灭，当常开触点KM2-m2闭合时，红灯RD-L中有电流流过，红灯点亮。

水泵停止工作：

当投入作为主电路电源开关的配线切断器KM1时，在收到PLC的停止水泵指令后，电磁线圈KM2中无电流流过，电磁接触器KM2恢复。

当电磁接触器KM2恢复时，主电路的主触点KM2打开，常闭触点KM2-b闭合，常开触点KM2-m2打开，当主触点KM2打开时，电源电压施不再施加到电动机M上，电动机M停止运转。

当常闭触点KM2-B闭合时，绿灯GN-L中有电流流过，绿灯点亮，当常开触点KM2-m2打开时，红灯RD-L中无电流流过，红灯熄灭。

KM1：

配线切断器是把开闭机构、后动装置等统一装到绝缘容器内的部件，它是利用操作手柄对通常使用状态的电路进行开闭控制的。

经常应用于电源电路的开闭中，当发生过载、短路等情况时自动地切断电路。

KM2：

所谓电磁接触器，就是应用电磁铁对负载电流进行开闭控制的接触器，主要用于电源电路的开闭。

电磁接触器有主触点和辅助触点构成的触点和电磁线圈与铁心构成的靠做电磁铁部分组成。

FR:

热敏继电器是由加热器部分和触点机构部分组成的。

当够电流流过加热部分时，双金属片因为受热而发生弯曲，因此触点部分被打开而使电路得到保护。

3.2水位传感器的选择

根据本设计的要求所选传感器要求在水面和水底都可以使用，且要考虑到对水