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(jìn)行控制，由于人工無法每時每刻對水位進(jìn)行準(zhǔn)確的定位監(jiān)測，很難準(zhǔn)確控制水泵的起停。要么水泵關(guān)停過早，造成水箱缺水；要么關(guān)停過晚，造成水箱溢出，浪費(fèi)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(biāo)或機(jī)械水位控制裝置，由于機(jī)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可編程控制器作為水箱水位

2、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(jìn)行了需求分析。主要實(shí)現(xiàn)方法是通過傳感器檢測水箱的實(shí)際水位，將水位具體信息傳至PLC構(gòu)成的控制模塊，來控制水泵電機(jī)的動作，同時顯示水位具體信息，若水位低于或高于某個設(shè)定值時，就會發(fā)出危險報警的信號，最終實(shí)現(xiàn)對水箱水位的自動。另外在PLC的基礎(chǔ)上，運(yùn)用組態(tài)王Kingview工業(yè)監(jiān)控軟件，它將PLC過程控制設(shè)計、現(xiàn)場操作及資源管理于一體，將水箱控制系統(tǒng)的應(yīng)用以及信息交流匯集在一起，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化管理。關(guān)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可編程邏輯控制器簡述1第二章 水箱水位控

3、制系統(tǒng)硬件設(shè)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(shè)計53.1 水箱水位控制系統(tǒng)的梯形圖設(shè)計5第4章 水箱水位控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)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(yùn)行演示6第四章 總結(jié)9參考文獻(xiàn)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(guān)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(jì)飛速發(fā)展的今天，水在人們正常生活和生產(chǎn)中起著越來越重要的作用。一

4、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(yán)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(chǔ)設(shè)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(shè)備，由一級或二級水泵從地下市政水管補(bǔ)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(diǎn)。可編程控制器（PLC）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(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點(diǎn)，目前水位控制的方式被PLC控制取代。同時，又有PID控制技術(shù)的發(fā)展，因此，如何建立一個可靠安全

5、、又易于維護(hù)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(yīng)用中，常常會需要對容器中的液位（水位）進(jìn)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(bǔ)水控制、自動電熱水器、電開水機(jī)的自動進(jìn)水控制等。雖然各種水位控制的技術(shù)要求不同，精度不同。但其原理都大同小異。特別是在實(shí)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(shè)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控制技術(shù)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

6、算機(jī)控制技術(shù)，使之功能不斷增強(qiáng)。逐漸適合復(fù)雜的電氣控制系統(tǒng)。PLC之所以有較強(qiáng)的生命力，在于它更加適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場和市場要求。具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程方便、價格低、壽命長等特點(diǎn)。 第二章 水箱水位控制系統(tǒng)硬件設(shè)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PLC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(dá)PLC將控制控制水泵的開關(guān)。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(jī)控制電路 PLC 控制啟停及主備切換。圖2-1 基于PLC的供水系統(tǒng)原理框圖在水箱水位檢

7、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(guān)閉。在系統(tǒng)運(yùn)行中當(dāng)水為低于最低值時PLC將啟動水泵向水箱中加水，當(dāng)水箱中的水達(dá)到最高值時PLC使水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)即水泵停止向水箱供水。等到水箱水位再次達(dá)到控制最低水位時 系統(tǒng)再次重復(fù)這個過程。2.2 水箱控制系統(tǒng)要求圖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(dāng)水箱水位低于10L時，低水位報指示燈顯示紅燈，閥門自動關(guān)閉，水泵自動開啟，向水箱內(nèi)充水，防止水箱液位過低;(2) 當(dāng)水箱液位高于90L時，高水位指示燈顯示紅燈，水泵自動關(guān)閉，防止水箱液位過高；(3) 當(dāng)水箱液位由低于10L開始上升到10

8、L與90L之間時，水泵開啟，閥門開啟，水箱進(jìn)水量大于出水量，保證水箱中的水位持續(xù)上升，達(dá)到高水位限時，水泵關(guān)閉。(4) 當(dāng)水箱液位由高于90L開始下降到10L與90L之間時，水泵關(guān)閉，閥門開啟，此時只有出水量，水箱中的水位持續(xù)下降，達(dá)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(guān)Y000水箱高液位指示燈X001停止開關(guān)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(jī)運(yùn)行動作X003水箱高位傳感器Y003 模擬進(jìn)水閥門的開關(guān)動作2.4 系統(tǒng)硬件元器件選擇1) PL

9、C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(shè)計所需輸入輸出總點(diǎn)數(shù)少于48點(diǎn)，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(diǎn)，該型號PLC為繼電器輸出型，輸入輸出點(diǎn)數(shù)各為24個點(diǎn)，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(yáng)程的要求；2、水泵機(jī)組在長期運(yùn)行中，水泵工作點(diǎn)的效率最高；3、按所選的水泵型號和臺數(shù)設(shè)計的水泵站，要求設(shè)備和土建的投資最小；4、便于操作維修，管理費(fèi)

10、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(jī)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(jī)額定功率都選為11KW，型號為Y2-160L-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(yáng)程為40米，流量為35立方米/小時。3）熔斷器的選擇因?yàn)槿蹟嗥魅垠w電流應(yīng)大于等于兩倍的電機(jī)額定電流，因此電動機(jī)供電回路選用熔體電流為50A的熔斷器。4）電子液位位開關(guān)的選擇因?yàn)楸敬卧O(shè)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(guān)，該種類型的液位開關(guān)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

11、、食品、化學(xué)、藥品、半導(dǎo)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(dǎo)電性液體為控制對象的液位開關(guān)。進(jìn)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(shè)定的電阻值，來判斷有無液面,61F-GN G型電極式液位開關(guān)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(biāo)，故較為合適。5）熱繼電器的選擇因?yàn)殡姍C(jī)額定電流為24.23A，因此選用JR20-25/5T型熱繼電器，整合電流為2125A。6）接觸器的選擇同理，根據(jù)電機(jī)額定電流

12、，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(shè)計3.1 水箱水位控制系統(tǒng)的梯形圖設(shè)計 3.1 PLC 控制梯形圖第4章 水箱水位控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)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(yùn)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(shè)備配置設(shè)置好后，就可以進(jìn)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(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)行過程中有如下幾種情況：（1）水箱水位低于10L（水位下限）時圖4.2水箱水位低于10L情況圖如圖

13、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(guān)閉，防止水箱液位過低。在硬件PLC中，也能看到，Y2（模擬水泵電動機(jī)運(yùn)行動作）輸出端口指示燈亮，還有Y3（模擬閥門打開）指示燈亮。(2) 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(dāng)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(jìn)水量大于出水量，從而保持水位的上升。與此同時，在硬件PLC上，可以看到X2（模擬水位下限傳

14、感器）指示燈亮，Y1（低水位指示燈）指示燈量，Y2（模擬水泵電動機(jī)運(yùn)作）指示燈亮，還有Y3（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(jī)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Y3（模擬閥門打開）指示燈亮。(4) 水箱水位在10L和90L之間，且水位在下降的情況時圖4.5 水位在10L和90L之間，且水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

15、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Y3（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(guān)PLC與組態(tài)軟件相結(jié)合的，這次課程設(shè)計給予我們理論與實(shí)踐相結(jié)合的機(jī)會，提高了我們實(shí)際操作和獨(dú)立解決問題的能力。通過這次設(shè)計實(shí)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(yùn)用中，提高了我們的專業(yè)基礎(chǔ)。在對組態(tài)軟件的學(xué)習(xí)當(dāng)中，體會到了細(xì)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

16、細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)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(yùn)行，就是運(yùn)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(shí)踐，最后把正確的結(jié)果做出來時，才看到了自己的缺點(diǎn)。解決實(shí)際問題需要的不僅僅是理論知識，而且要求較強(qiáng)的理論聯(lián)系實(shí)際的能力，完成本設(shè)計要求理清水箱水箱控制的全過程，才會對軟件實(shí)現(xiàn)帶來方便。縱觀整個設(shè)計過程，本設(shè)計還有很大的擴(kuò)展空間，相信在未來的學(xué)習(xí)與發(fā)展中會得到更好的應(yīng)用與改進(jìn)。參考文獻(xiàn)1 蔡杏山.PLC、變頻器入門.北京：電子工業(yè)出版社2 楊后川，張春平，張學(xué)民，陶 征.三菱PLC應(yīng)用100例.北京：電子工業(yè)出版社3翟慶一.典型工業(yè)過程的組態(tài)控制.天津

17、：天津大學(xué)出版社4李紅萍.工控組態(tài)技術(shù)及應(yīng)用組態(tài)王.西安：西安電子科技大學(xué)出版社5王善斌.組態(tài)軟件應(yīng)用指南.北京:化學(xué)工業(yè)出版社附錄：組態(tài)王命令程序if(本站點(diǎn)開關(guān)=1 | 本站點(diǎn)啟動=1) if(本站點(diǎn)水箱液位<10) 本站點(diǎn)報警2=0; 本站點(diǎn)水泵=1; 本站點(diǎn)閥門=0; else 本站點(diǎn)報警2=1; if(本站點(diǎn)水箱液位>10) 本站點(diǎn)低水位傳感器=1; else 本站點(diǎn)低水位傳感器=0; if(本站點(diǎn)水箱液位>90) 本站點(diǎn)高水位傳感器=1; 本站點(diǎn)報警1=0; 本站點(diǎn)水泵=0; 本站點(diǎn)閥門=1; else 本站點(diǎn)高水位傳感器=0; 本站點(diǎn)報警1=1; if( 本站點(diǎn)水箱液位<=90 && 本站點(diǎn)水箱液位>=10 ) 本站點(diǎn)閥門=1; if(本站點(diǎn)水泵=1) 本站點(diǎn)水泵工作指示燈=1; 本站點(diǎn)水流1=本站點(diǎn)水流1+7; if(本站點(diǎn)水流1>20) 本站點(diǎn)水流1=0; 本站點(diǎn)水流2=本站點(diǎn)水流2+7; if(本站點(diǎn)水流2>20) 本站點(diǎn)水流2=0; if(本站點(diǎn)水箱液位<=本站點(diǎn)水箱液位1上限) 本站點(diǎn)水箱液位=本站點(diǎn)水箱液位+6; else 本站點(diǎn)水泵