基于PLC的水塔水位控制系统设计

1目录第1章引言.....................................................................................................2第2章系统总体设计....................................................................................32.1系统控制要求.........................................................................................................32.2设计分析示意图.....................................................................................................42.3确定设计方案.........................................................................................................5第3章控制系统硬件设计............................................................................63.1PLC选型及扩展....................................................................................................63.2电机及驱动线路...................................................................................................103.3检测元件选型.......................................................................................................103.4低压电器选型.......................................................................................................113.5电源设计...............................................................................................................113.6人机接口设计.......................................................................................................11第4章控制系统软件设计..........................................................................124.1控制程序流程图.....................................................................................................124.2控制程序设计.........................................................................................................134.3显示操作界面设计.................................................................................................17结束语...............................................................................................................18参考文献...........................................................................................................18附录1：PLC源程序.......................................................................................20附录2：硬件原理图.......................................................................................23附录3：电控柜控制面板元件布置图...........................................................242第1章引言在社会经济飞速发展的今天，水在人们正常生活和生产中起着越来越重要的作用。一旦断了水，轻则给人民生活带来极大的不便，重则可能造成严重的生产事故及损失。因此给水工程往往成为高层建筑或工矿企业中最重要的基础设施之一。任何时候都能提供足够的水量、平稳的水压、合格的水质是对给水系统提出的基本要求。就目前而言，多数工业、生活供水系统都采用水塔、层顶水箱等作为基本储水设备，由一级或二级水泵从地下市政水管补给。传统的控制方式存在控制精度低、能耗大、可靠性差等缺点。可编程控制器（PLC）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前水位控制的方式被PLC控制取代。因此，如何建立一个可靠安全、又易于维护的给水系统是值得我们研究的课题。在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量和控制。水位控制在日常生活中应用也相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。然而随着世界人口的不断增长，人们生活用水的增加，以往采用的继电器水塔水位自动控制系统由于频繁操作会产生机械磨损，不方便维护和更新，已经不能满足人们的实际需求，本文采用的是西门子S7-200系列小型PLC可编程控制器作为水塔水位自动控制系统核心，对水塔水位自动控制系统的功能进行性进行了需求分析。主要实现方法是通过传感器检测水塔水位的实际水位，将水位具体信息传至PLC构成的控制模块，进行数据比较，来控制抽水电机的动作，同时进行数据还原，显示水位具体信息，如果水位低于或高于某个设定值是，就会发出危险报警的信号。本文以一个水塔水位控制系统的设计过程，给出了基于PLC水塔水位控制系统的设计好实现的具体过程。3第2章系统总体设计2.1系统控制要求水塔水位控制示意图如图2.1所示：图2.1水塔水位控制示意图水塔工作系统的工作方式为：当水池水位低于水池下限位液位检测传感器S1时，则S1此时为OFF，电磁阀MB1打开，水泵M1启动，开始向水池供水，待4S后，若水池水位没有超过水池下限位液位检测传感器S1，即说明系统发生故障，则水池蜂鸣器PB1报警，水池报警灯闪烁。若系统正常，则此时水池水位应该超过了水池下限位液位检测传感器S1，则S1此时为ON，表示水池水位高于水池下限水位。当水位水位高于水池上限位液位检测传感器S2时，则S2为ON，水泵M1停止，电磁阀MB1关闭。当水塔水位低于水塔下限位液位检测传感器S3时，则S3此时为OFF，电磁阀MB2打开，水泵M2启动，开始向水塔供水，待4S后，若水塔水位没有超过水塔下限位液位检测传感器S3，即说明系统发生故障，则水塔蜂鸣器PB2报警，水塔报警灯闪烁。若系统正常，则此时水塔水位应该超过了水塔下限位液位检测传感器S3，则S3此时为ON，表示水塔水位高于水塔下限水位。当水塔水位高于水塔上限4位液位检测传感器S4时，则S4为ON，水泵M2停止，电磁阀MB2关闭。当水塔水位低于水塔下限位，同时水池水位也低于水池下限位时，水泵M2无法启动，电磁阀MB2无法打开。2.2设计分析示意图基于PLC的水塔水位控制系统是一个自动控制系统，根据系统要求，设计分析分析如下：当电源启动时，水池和水塔的水位有以下几种情况：（1）水池的水位在S1之下，如图2.2（a）所示，则电磁阀MB1打开，水泵M1启动，开始向水池供水，待4S后，若水池水位没有超过S1，则水池蜂鸣器报警。当水池水位高于S2时，如图2.2（c）所示，水泵M1停止，电磁阀MB1关闭。（2）水池的水位在S1与S2之间，如图2.2（b）所示，则电磁阀MB1不会打开，水泵M1不会启动，保持待命状态。（3）水塔的水位在S3之下，如图2.2（d）所示，并且水池水位在S1与S2之间，则电磁阀MB2打开，水泵M2启动，开始向水塔供水，待4S后，若水塔水位没有超过S3，则水塔蜂鸣器报警。当水塔水位高于S4时，如图2.2（f）所示，水泵M2停止，电磁阀MB2关闭。（4）水塔的水位在S3之下，并且水池水位在S1之下，则电磁阀MB2不会打开，水泵M2不会启动，等待水池水位高于S1。（5）水塔水位在S3与S4之间，如图2.2（e）所示，则电磁阀MB2不会打开，水泵M2不会启动，保持待命状态。水塔设计分析示意图如图2.2所示：5图2.2水塔设计分析示意图2.3确定设计方案经过再三的探讨，我们决定用S7-200系列的CPU224做主机，扩展模块EM222为数字量输出模块，液位传感器作为感测水塔系统水位的元件，经扩展模块EM232传给MM430变频器，变频后，驱动水泵。水塔系统总体框图如图2.3所示：图2.3水塔设计分析示意图本章小结：本章通过确定系统可控制要求，并作出了设计分析，经过和同组人员的一番的探讨之后，最终，确定了设计方案。6第3章控制系统硬件设计3.1PLC选型及扩展CPU224主机共有14个输入点，10个输出点，输入需DC24V供电，输入点接启动按钮、停止按钮、报警确认按钮、液位检测传感器、热继电器开关。输出需AC220V供电，输出点接启动信号灯、水泵、水位信号灯、报警信号灯，CPU224及其接线如图3.1所示。图3.1CPU224及其接线7EM222为数字量模拟输出模块，为扩展模块，它有八个输出点，0.1、0.2输出端接蜂鸣器，0.3、0.4输出端接电磁阀，EM222及其接线如图3.2所示。图3.2EM222及其接线8EM232为模拟量输出模块，为扩展模块，有两路模拟量输出，它与变频器的接线图如图3.3所示。图3.3EM232及其接线9水塔系统的I/O分配表见表3.1所示。表3.1水塔系统I/O分配表输入信号输入变量名输出信号输出变量名I0.0启动按钮Q0.0启动指示灯PG0I0.1停止按钮Q0.1水泵M1I0.2报警确认按钮Q0.2水泵M2I0.3水池下限位液位检测S1Q0.3水池水位过低指示灯PG1I0.4水池上限位液位检测S2Q0.4水池水位过高指示灯PG2I0.5水塔下限位液位检测S3Q0.5水塔水位过低指示灯PG3I0.6水塔上限位液位检测S4Q0.6水塔水位过高指示灯PG4I0.7热继电器FR1Q0.7水池报警指示灯PG5I1.0热继电器FR2Q1.0水塔报警指示灯PG6Q2.1水池蜂鸣器PB1Q2.2水塔蜂鸣器PB2Q2.3电磁阀MB1Q2.4电磁阀MB2103.2电机及驱动线路电机采用卧式离心泵，型号为：IS50-32-125，驱动电路如图3.4所示。图3.4水塔系统驱动电路3.3检测元件选型检测元件采用GSK液位传感器，它的特点为：1、外壳采用优质不锈钢，机械强度高、密封性好。2、电缆采用特种材质，耐油、酸、碱，抗蚀能力优越。