水塔水位的自動(dòng)控制

1、水塔水位的自動(dòng)控制摘 要在社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(lái)越重要的作用,一旦斷了水，輕則給人民生活帶來(lái)極大的不便，重則可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故及損失，所以任何時(shí)候都要能提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、合格的水質(zhì)是對(duì)給水系統(tǒng)提出的基本要求。因此，如何建立一個(gè)可靠安全、又易于維護(hù)的給水系統(tǒng)是值得我們研究的課題, 隨著社會(huì)的發(fā)展現(xiàn)在的自動(dòng)裝置無(wú)所不在,所以水塔水位的控制也不要人工進(jìn)行操作,為了達(dá)到節(jié)能的目的, 提高供水系統(tǒng)的質(zhì)量, 考慮采用可編程序控制器、繼電器、接觸器和傳感器技術(shù)，本文設(shè)計(jì)出一套實(shí)用水位控制方案。方案在硬件基礎(chǔ)上配合軟件實(shí)現(xiàn)了可切換手動(dòng)/ 自動(dòng)兩種工作方式，實(shí)現(xiàn)了

2、不用人操作的裝置。關(guān)鍵字：水位控制；手動(dòng)/自動(dòng)控制；可編程序控制器；傳感器；交流接觸器目 錄一引言3二控制系統(tǒng)的組成32.1系統(tǒng)的工作原理32.2可編程序控制器及plc的選擇42.3閥門(mén)的選擇42.4傳感器的選擇42.5電動(dòng)機(jī)的選擇52.6交流接觸器的選擇6三控制系統(tǒng)的方案手動(dòng)/自動(dòng)運(yùn)行方式63.1手動(dòng)運(yùn)行方式63.2自動(dòng)運(yùn)行方式6四設(shè)備安裝與調(diào)試94.1元件參數(shù)設(shè)置94.2傳感器零點(diǎn)及量程調(diào)試9五出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法10六系統(tǒng)的比較及總結(jié)10致謝10參考文獻(xiàn)11一引言在一般住宅或大樓頂樓常設(shè)置水塔或水箱以提供充足的水壓供用戶(hù)使用, 另備有地下水槽儲(chǔ)存自來(lái)水公司提供的水源并給頂樓水塔進(jìn)水使用。

3、由于當(dāng)前可編程序控制器( plc) 技術(shù)已日趨成熟, 因而考慮利用它來(lái)實(shí)現(xiàn)水塔/水箱供水控制。本設(shè)計(jì)是利用上水塔和下水池通過(guò)電機(jī)、傳感器和plc來(lái)實(shí)現(xiàn)水塔水位自動(dòng)控制，用交流接觸器來(lái)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。二控制系統(tǒng)的組成2.1系統(tǒng)的工作原理水位閉環(huán)調(diào)節(jié)原理是：通過(guò)在水塔中的液壓傳感器，將水位值變換為電流信號(hào)進(jìn)入plc，把該信號(hào)和plc中的設(shè)定值的程序進(jìn)行比較，并執(zhí)行較后程序，通過(guò)水泵的開(kāi)關(guān)對(duì)水塔中的水位進(jìn)行自動(dòng)控制。還有一個(gè)液壓傳感器s4為水池缺水報(bào)警開(kāi)關(guān)，當(dāng)液面低于s4時(shí)意味著水池缺水，應(yīng)切斷電源并報(bào)警且并打開(kāi)閥門(mén)y進(jìn)水，當(dāng)plc出現(xiàn)故障時(shí)，還有一套手動(dòng)控制來(lái)進(jìn)行對(duì)水塔水位控制，手動(dòng)控制采用交流接觸

4、器。下圖為工作原理圖：s1.s2.s3.s4為電容液位計(jì)，m為電動(dòng)機(jī)，y為閥門(mén)。2.2可編程序控制器及plc的選擇可編程序控制器（programmable controller），簡(jiǎn)稱(chēng)pc。但由于pc容易跟個(gè)人計(jì)算機(jī)（personal computer）混淆，故人們習(xí)慣用plc作為可編程序控制器的縮寫(xiě)?？删幊绦蚩刂破魇且环N數(shù)字運(yùn)算操作數(shù)字系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的模擬的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)

5、整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。由于該系統(tǒng)為中型plc自動(dòng)控制系統(tǒng)，要求plc能夠提供可編程邏輯分析和pid功能，故選用中達(dá)公司生產(chǎn)的臺(tái)達(dá)dvp14es00r可編程邏輯控制器。臺(tái)達(dá)dvp14es00r具有標(biāo)準(zhǔn)的輸入、輸出及通信單元，可用于較為惡劣的環(huán)境中。主要配件有中央處理器cpu，電源單元pse，i/o單元。包括數(shù)字輸入板idpg、數(shù)字輸出板odpg、附屬單元。2.3閥門(mén)的選擇 根據(jù)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理及各方面的相關(guān)知識(shí)查閱，由于plc有信號(hào)值輸出，要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制故考慮用信號(hào)閥跟plc 設(shè)定值連接。信號(hào)蝶閥有很強(qiáng)的實(shí)用性，功能強(qiáng)體積小常用在滅火系統(tǒng)中，也可以作為給排水系統(tǒng)啟動(dòng)開(kāi)閉閥門(mén)，故采用型號(hào)為

6、xd71x-10的信號(hào)蝶閥，它能控制1.0mpa到1.6mpa的水量,我所選用的信號(hào)閥其實(shí)是一個(gè)普通的信號(hào)閥上面加了個(gè)限位開(kāi)關(guān)能夠隨著閥門(mén)的開(kāi)啟狀態(tài)而改變，此限位開(kāi)關(guān)跟plc的模塊相連接，以便控制水池中水位的高低，從而確定水塔水位的情況。 2.4傳感器的選擇傳感器是將感受到的外界信息，按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成所需要的有用信息的裝置。在本次設(shè)計(jì)中傳感器是將水位值轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)進(jìn)入plc，在水中有壓力的存在，考慮到水塔的水都是人民日常生活中的飲用水，對(duì)水質(zhì)有一定的要求，故要用浸入式的傳感器，但由于要有電流輸出所以用電容式的傳感器即電容式液位計(jì)。下圖為電容式液位計(jì)探頭結(jié)構(gòu)圖，當(dāng)其浸入水中或其他被測(cè)導(dǎo)電液

7、體時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)芯以絕緣層為介質(zhì)與周?chē)乃蚱渌麑?dǎo)電液體形成原柱形電容器。cx2hx(d2/d1) 式子中導(dǎo)線(xiàn)芯絕緣層的介電常數(shù)；hx待測(cè)水位高度；d1,d2導(dǎo)線(xiàn)芯直徑和絕緣層外徑。被測(cè)電容cx與被測(cè)液位高度呈線(xiàn)性關(guān)系，配置適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路，可以得到正比與液位hx的電壓信號(hào)。2.5電動(dòng)機(jī)的選擇 交流電機(jī)有異步電機(jī)和同步電機(jī)兩大類(lèi)，異步電動(dòng)機(jī)又有三相和單相兩種，而三相異步電動(dòng)機(jī)有分為籠型的和撓線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，而籠型異步電動(dòng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、工作可靠、維護(hù)方便，已成為生產(chǎn)上應(yīng)用的最廣泛的一種電動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)有清水泵，參數(shù)q=1487m3/h，h=37m根據(jù)p=gqh/1000；式子中p為電機(jī)功率，g為

8、重力加速度，q為流量，h為揚(yáng)程，為泵的效率。 根據(jù)公式得p=9.8*1*1487*371000*0.8=6.7（kw）.注意單位，根據(jù)算出的數(shù)據(jù)序號(hào)型號(hào)額定功率轉(zhuǎn)速電流1y801-20.7528251.82y802-21.128252.53y90s-21.528403.44y90l-22.228404.75y100l-23.028806.46y112m-24.028908.27y132s1-25.5299011.18y132s2-27.52990159y160m1-211293021.810y160m2-215293029.4查上表得故選用型號(hào)為y132s2-2的三相異步電動(dòng)機(jī)。2.6交流接觸

9、器的選擇由于負(fù)載是電動(dòng)機(jī)，其額定電流可以根據(jù)in=pn1000/3uncos式中in電動(dòng)機(jī)額定電流（a）；un為電動(dòng)機(jī)額定電壓（v）；pn為電動(dòng)機(jī)額定功率（kw）；cos為功率因素；電動(dòng)機(jī)效率。由于un=380,cos*(0.70.82), in=pn1000/3uncos= pn1000/3*380*（0.70.82）=（1.852.17）2 pn 再根據(jù)頻率查表得：型號(hào)觸頭額定電壓/v主觸頭額定電流/a輔助觸頭額定電流/a可控制的三相電機(jī)最大功率/km380v額定操作頻率/（次/h）cj0-20500205101200cj10-2050020510600故選用型號(hào)為cj0-20的交流接觸器

10、。三控制系統(tǒng)的方案手動(dòng)/自動(dòng)運(yùn)行方式3.1手動(dòng)運(yùn)行方式手動(dòng)方式是利用繼電器、接觸器控制，可以在環(huán)境比較惡劣條件下繼續(xù)工作，自動(dòng)方式是利用plc 來(lái)控制。手動(dòng)和自動(dòng)的切換可專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)kk在控制臺(tái)上，打開(kāi)閥門(mén)f按下啟動(dòng)按鈕sb1，由于設(shè)置有順序關(guān)系，在低水塔中水位沒(méi)有超過(guò)s4時(shí)水泵不能開(kāi)啟，現(xiàn)在閥門(mén)打開(kāi)的情況下按下啟動(dòng)按鈕sb2，水泵運(yùn)行開(kāi)始向水塔注水。當(dāng)水池水位到達(dá)s3時(shí)將關(guān)閉閥門(mén)且水塔水位沒(méi)有到s1時(shí)水泵繼續(xù)向水塔注水，當(dāng)水塔水位達(dá)到s1時(shí)水泵立即停止工作，當(dāng)用戶(hù)使用水塔放水，隨時(shí)液面也隨之下降，當(dāng)液面又低于s2時(shí)，水泵開(kāi)始向水塔注水，如果用戶(hù)用水比較大時(shí)，同時(shí)隨之打開(kāi)閥門(mén)保持液面平

11、衡。3.2自動(dòng)運(yùn)行方式自動(dòng)運(yùn)行方式由一臺(tái)可編程序控制器來(lái)控制水泵電機(jī)自動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)換項(xiàng)開(kāi)關(guān)打到自動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)水塔液位傳感器傳出的信號(hào)執(zhí)行事先編譯好程序。程序流程是：當(dāng)水池水位低于水池低水位界（s4為on表示），閥門(mén)打開(kāi)進(jìn)水（y為on）定時(shí)器開(kāi)始定時(shí)，4秒后，如果s4還不為off，那么閥門(mén)y指示燈閃爍，表示閥y沒(méi)有進(jìn)水出現(xiàn)故障，當(dāng)s3為on后，閥y關(guān)閉（y為off）。當(dāng)s4為off時(shí)且水塔水位低于水塔低水位界時(shí)s2為on，電機(jī)m運(yùn)轉(zhuǎn)向水塔注水，當(dāng)水塔水位高于水塔高水位界時(shí)電機(jī)m停止工作，當(dāng)水池水高于s3時(shí)自動(dòng)關(guān)閉閥門(mén)，如果水池水和水塔水都高于s3和s1時(shí)，都會(huì)報(bào)警并切斷電源。分析了系統(tǒng)原理根據(jù)d

12、vp14es00r型號(hào)的plc指定的i/o端子，根據(jù)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)i/o的通道分配可畫(huà)出如下plc的i/o的接線(xiàn)圖:l1.l2.l3.l4分別為s1.s2.s3.s4的液位指示燈，km1為電動(dòng)機(jī)，sb1.sb2為按鈕，y為閥門(mén)，kk為自動(dòng)和手動(dòng)的開(kāi)關(guān)。根據(jù)控制圖和i/o接線(xiàn)圖，將s1、s2、s3、s4分別接plc主機(jī)的輸入點(diǎn)i0.0、i0.1、i0.2、i0.3，m、y分別接主機(jī)輸出點(diǎn)q0.0、q0.1。程序如下:步序指令步序指令0ld t3713ld t391ton t38，+5，產(chǎn)生1s脈沖14a t38 2ld t3815ld i0.3 水遲低水位3ton t37，+5 延時(shí)0.5s

13、16an t394ld i0.317old 5an i0.218o t406ton t39，+40延時(shí)4s19an i0.2水池上水位7ld t3920= q0.1 電磁閥門(mén)y8an i0.321ld i0.1 水塔低水位9ton t40，+1 延時(shí)0.1s22o q0.010ld t3923an i0.0 水塔上水位11an i0.324an i0.312ton t40，+125= q0.0 電機(jī)mplc梯形圖如下所示：四設(shè)備安裝與調(diào)試4.1元件參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置：將數(shù)顯表、電阻箱、標(biāo)準(zhǔn)毫安表按下圖所示接線(xiàn)圖連接起來(lái)，調(diào)整電阻箱的阻值，使毫安表的讀數(shù)為20ma，將此時(shí)的數(shù)顯表的顯示設(shè)置為最大（

14、4.5），再調(diào)整電阻箱的阻值，使毫安表的讀數(shù)為4ma，將此時(shí)的數(shù)顯表的顯示設(shè)置為最小（0）。根據(jù)實(shí)際情況的考差，發(fā)現(xiàn)當(dāng)水位高于水塔4.3m時(shí)，水泵跟閥門(mén)關(guān)閉；當(dāng)水位低于2.0m時(shí)，水泵打開(kāi)比較適合。因此開(kāi)水泵和閥門(mén)的動(dòng)作值為2.0m，關(guān)的動(dòng)作值為4.3。4.2傳感器零點(diǎn)及量程調(diào)試 將數(shù)顯表、傳感器及標(biāo)準(zhǔn)毫安表按下圖所示接線(xiàn)圖連接起來(lái)，對(duì)傳感器的調(diào)試是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的，將s1傳感器的探頭浸入水中4.5m處，調(diào)整傳感器的“span”電位器，使毫安表的讀數(shù)為20ma，再人為的將傳感器探頭提出水面，調(diào)整傳感器的“span”電位器，使毫安表的讀書(shū)為4ma；反復(fù)幾次就完成調(diào)試了。s2，s3，s4依次這樣就完成

15、調(diào)試了。五出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法 在運(yùn)行中出現(xiàn)以下幾個(gè)問(wèn)題：1. 數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，這是使用電子產(chǎn)品時(shí)最容易出現(xiàn)的問(wèn)題，問(wèn)題的原因在于附近存在一些磁性物體干撓，所以應(yīng)注意所用的信號(hào)線(xiàn)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電源線(xiàn)，電動(dòng)機(jī)也具有電磁干撓的場(chǎng)所也要遠(yuǎn)離監(jiān)視系統(tǒng)，因?yàn)樗鼘?duì)數(shù)據(jù)的采集和傳送有一定的影響。這個(gè)的解決的方面是遠(yuǎn)離電磁性物體。2. 采集到的數(shù)據(jù)跟plc控制器設(shè)定的值不一樣，原因是2個(gè)相鄰的數(shù)據(jù)存在的混序。解決的方面多次接線(xiàn)運(yùn)用調(diào)整直止穩(wěn)定。六系統(tǒng)的比較及總結(jié) 本系統(tǒng)是利用plc控制水塔水位的，從以前的人工控制到現(xiàn)在的自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了科技的發(fā)展，控制水位的系統(tǒng)有好多中方法，例如單片機(jī)控制水塔水位，控制球閥控制水位。而pl

16、c的控制系統(tǒng)跟單片機(jī)的控制系統(tǒng)存在很大的差異，各有各的優(yōu)點(diǎn)，單片機(jī)在價(jià)格方面比plc便宜不少但在實(shí)用性方面就比不上了，plc能遠(yuǎn)程控制但單片機(jī)局限于某個(gè)范圍之間，單片機(jī)是個(gè)微型機(jī)除了硬件電路的搭接外還需要的軟件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，從兼容性考慮單片機(jī)在水塔水位控制中存在不穩(wěn)定性，在實(shí)際應(yīng)用中大部分自動(dòng)化控制的系統(tǒng)都是純硬件電路設(shè)計(jì)，該電路不能檢測(cè)液體的電導(dǎo)率，所以單片機(jī)不適用于液體性質(zhì)發(fā)生改變的情況。plc可使用用大型的系統(tǒng)，它的硬件系統(tǒng)要比單片機(jī)強(qiáng)，它可以在日常生活中和傳感器的設(shè)定值檢測(cè)出水質(zhì)的變化，給用戶(hù)提供很好的用水，而它的遠(yuǎn)程操作給我們的安全帶很來(lái)很大的方便，故選用plc控制系統(tǒng)。參考文獻(xiàn) 1.張存禮主編. 傳感器原理