PLC水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

　　1 引言

　　水塔水位控制系統(tǒng)是我國住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點(diǎn)[1]。在水資源日益匱乏的今天，節(jié)約用水、提高水資源的利用率就顯得十分必要。傳統(tǒng)的水塔水位控制為粗放式的，基本沒有對水泵的合理控制，且多為人力控制工作強(qiáng)度大、危險(xiǎn)。所以除了浪費(fèi)電能外，還造成了人員的浪費(fèi)。采用新型的plc控制供水方式與過去舊的控制方式相比在運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、穩(wěn)定性等方面有顯著優(yōu)勢，特別是在提倡低碳的情況下有很好的節(jié)能效果，且由于plc強(qiáng)大的擴(kuò)展性可以適應(yīng)今后城市供水建設(shè)的發(fā)展需要。

　　2 水塔水位控制原理

　　水塔水位控制的原理圖如圖1所示。

　　其中，水塔和蓄水池的傳感器將表示液位的模擬量信號輸入plc中，再由plc對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理后進(jìn)行相應(yīng)的輸出控制，輸出控制為對水泵、電磁閥和報(bào)警燈的控制。

　　圖1 水塔水位控制原理圖

　　3 控制系統(tǒng)的控制要求

　　本設(shè)計(jì)水池和水塔分別各自采用一個(gè)液位傳感器，以為量取其各自的高低水位。它們傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳往plc(可編程邏輯控制器)，然后經(jīng)由plc進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、比較，最后輸出控制水泵和電磁閥。

　　系統(tǒng)通過plc啟動(dòng)后，當(dāng)水池液位低于水池傳感器下限液位時(shí)，電磁閥打開，開始往水池里注水，當(dāng)5s以后，若水池液位沒有超過水池傳感器下限液位時(shí)，則系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。報(bào)警形式為光報(bào)警，表現(xiàn)為紅色指示燈每隔0.5s閃爍一次。待水位開始上升并被相應(yīng)的液位傳感器檢測到時(shí)自動(dòng)熄滅。若系統(tǒng)正常，此時(shí)水池傳感器下限液位向plc輸入一個(gè)固定值現(xiàn)在水位高于下限水位。當(dāng)水位液面高于上限水位時(shí)，電磁閥關(guān)閉停止向水池注水。

　　當(dāng)水塔水位低于水塔下限水位時(shí)，則水塔傳感器下限水位檢測不到有水，水泵開始工作，向水塔供水，當(dāng)10s以后，若水塔液位沒有超過水塔傳感器下限液位時(shí)，則系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。報(bào)警形式為光報(bào)警，表現(xiàn)同樣為紅色指示燈每隔0.5s閃爍一次。當(dāng)水塔傳感器下限檢測到有水時(shí)，表示水塔水位高于水塔下限水位，此時(shí)水泵繼續(xù)向水塔注水。當(dāng)水塔液面高于水塔上限水位時(shí)，則水塔傳感器上限水位檢測到有水，水泵停止抽水。

　　當(dāng)水塔水位低于下限水位，同時(shí)水池水位也第一下限水位時(shí)，水泵不能啟動(dòng)。

　　圖2 系統(tǒng)流程圖

　　4 系統(tǒng)的plc設(shè)計(jì)

　　4.1系統(tǒng)的輸入輸出分配

　　確定plc所需要的各類繼電器，對其輸入和輸出進(jìn)行分配與編號。本設(shè)計(jì)共使用了2個(gè)輸入和8個(gè)輸出，控制中還包括水泵的星型-三角形啟動(dòng)方式。

　　4.2系統(tǒng)工作流程圖

　　圖2為系統(tǒng)工作的流程圖。

　　4.3系統(tǒng)程序

　　在程序編寫過程中，設(shè)兩個(gè)液位傳感器均為輸出4-20ma標(biāo)準(zhǔn)流信號，且范圍相同。考慮到蓄水池水位應(yīng)高于水塔水位這樣才可以將水塔注滿水，所以設(shè)蓄水池的高液位限制對應(yīng)的電流為18.75ma(相應(yīng)plc內(nèi)部數(shù)字量為30000)，水塔的高液位限制對應(yīng)的電流為17.5ma(相應(yīng)plc內(nèi)部數(shù)字量為28000)。兩個(gè)傳感器的低液位限制相同都為4ma(相應(yīng)plc內(nèi)部數(shù)字量為6400)。具體程序如下：

　　ld i0.0

　　o m0.1

　　movw aiw0, vw0

　　aeno

　　aw= vw0, 6400

　　ton t37, 50

　　= m0.1

　　ld t37

　　aw= vw0, vw0

　　a sm0.5

　　= m0.2

　　ld m0.1

　　eu

　　s q0.0, 1

　　ld q0.0

　　= q0.2

　　ld m0.2

　　= q0.1

　　ldw= vw0, 28000

　　r q0.0, 1

　　ldn q0.0

　　movw aiw2, vw2

　　aeno

　　aw= vw0, 28000

　　aw= vw2, 6400

　　ton t38, 100

　　ld t38

　　aw= vw2, vw2

　　a sm0.5

　　= m0.3

　　ld m0.3

　　= q0.3

　　ldw= vw0, 28000

　　aw= vw2, 6400

　　s q0.4, 1

　　ld q0.4

　　o q0.5

　　an i0.1

　　an t39

　　an q0.6

　　= q0.5

　　ton t39, 50

　　ld t39

　　o q0.6

　　an q0.5

　　= q0.6

　　a q0.4

　　= q0.7

　　ldw= vw2, 30000

　　r q0.4, 1

　　4.4系統(tǒng)的模擬仿真

　　程序編寫完成后，將其導(dǎo)入plc模擬仿真中(見圖3)。考慮到本文所用輸入輸出個(gè)數(shù)和現(xiàn)實(shí)需要，所以選擇西門子s7-200系列的cpu224模塊加擴(kuò)展模塊em231。設(shè)置em231模塊的模擬量輸入來代替兩個(gè)液位傳感器的傳輸?shù)哪M量。

　　通過觀察模擬仿真中各個(gè)輸入輸出狀態(tài)，可驗(yàn)證程序編寫的正確性，其滿足系統(tǒng)的控制要求。

　　圖3 模擬仿真圖

　　5 總結(jié)

　　本文給出了一個(gè)plc水塔水位系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)，通過對傳感器所傳數(shù)據(jù)的分析處理從而完成了對水塔水位的控制。由于水位自動(dòng)控制，因此減少了工作人員的工作量有利于人員的合理配置。