水塔水位的自动控制

水塔水位的自动控制摘要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，所以任何时候都要能提供足够的水量、平稳的水压、合格的水质是对给水系统提出的基本要求。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,随着社会的发展现在的自动装置无所不在,所以水塔水位的控制也不要人工进行操作,为了达到节能的目的,提高供水系统的质量,考虑采用可编程序控制器、继电器、接触器和传感器技术，本文设计出一套实用水位控制方案。方案在硬件基础上配合软件实现了可切换手动/自动两种工作方式，实现了不用人操作的装置。关键字：水位控制；手动/自动控制；可编程序控制器；传感器；交流接触器目录一．引言........................................................................................................................2二．控制系统的组成....................................................................................................22.1系统的工作原理..............................................................................................22.2可编程序控制器及PLC的选择......................................................................32.3阀门的选择......................................................................................................32.4传感器的选择..................................................................................................32.5电动机的选择..................................................................................................42.6交流接触器的选择..........................................................................................5三．控制系统的方案——手动/自动运行方式..........................................................53.1手动运行方式..................................................................................................53.2自动运行方式..................................................................................................5四．设备安装与调试....................................................................................................84.1元件参数设置..................................................................................................84.2传感器零点及量程调试..................................................................................8五．出现的问题及解决方法........................................................................................9六．系统的比较及总结................................................................................................9致谢................................................................................................错误!未定义书签。参考文献........................................................................................................................92一．引言在一般住宅或大楼顶楼常设置水塔或水箱以提供充足的水压供用户使用,另备有地下水槽储存自来水公司提供的水源并给顶楼水塔进水使用。由于当前可编程序控制器(PLC)技术已日趋成熟,因而考虑利用它来实现水塔/水箱供水控制。本设计是利用上水塔和下水池通过电机、传感器和PLC来实现水塔水位自动控制，用交流接触器来实现手动控制。二．控制系统的组成2.1系统的工作原理水位闭环调节原理是：通过在水塔中的液压传感器，将水位值变换为电流信号进入PLC，把该信号和PLC中的设定值的程序进行比较，并执行较后程序，通过水泵的开关对水塔中的水位进行自动控制。还有一个液压传感器S4为水池缺水报警开关，当液面低于S4时意味着水池缺水，应切断电源并报警且并打开阀门Y进水，当PLC出现故障时，还有一套手动控制来进行对水塔水位控制，手动控制采用交流接触器。下图为工作原理图：S1.S2.S3.S4为电容液位计，M为电动机，Y为阀门。丽职院机电信息分院毕业设计32.2可编程序控制器及PLC的选择可编程序控制器（ProgrammableController），简称PC。但由于PC容易跟个人计算机（PersonalComputer）混淆，故人们习惯用PLC作为可编程序控制器的缩写。可编程序控制器是一种数字运算操作数字系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的模拟的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。由于该系统为中型PLC自动控制系统，要求PLC能够提供可编程逻辑分析和PID功能，故选用中达公司生产的台达DVP14ES00R可编程逻辑控制器。台达DVP14ES00R具有标准的输入、输出及通信单元，可用于较为恶劣的环境中。主要配件有中央处理器CPU，电源单元PSE，I/O单元。包括数字输入板IDPG、数字输出板ODPG、附属单元。2.3阀门的选择根据机构的设计原理及各方面的相关知识查阅，由于PLC有信号值输出，要实现自动控制故考虑用信号阀跟PLC设定值连接。信号蝶阀有很强的实用性，功能强体积小常用在灭火系统中，也可以作为给排水系统启动开闭阀门，故采用型号为XD71X-10的信号蝶阀，它能控制1.0MPA到1.6MPA的水量,我所选用的信号阀其实是一个普通的信号阀上面加了个限位开关能够随着阀门的开启状态而改变，此限位开关跟PLC的模块相连接，以便控制水池中水位的高低，从而确定水塔水位的情况。2.4传感器的选择传感器是将感受到的外界信息，按照一定的规律转换成所需要的有用信息的装置。在本次设计中传感器是将水位值转换成电流信号进入PLC，在水中有压力的存在，考虑到水塔的水都是人民日常生活中的饮用水，对水质有一定的要求，故要用浸入式的传感器，但由于要有电流输出所以用电容式的传感器即电容式液位计。下图为电容式液位计探头结构图，当其浸入水中或其他被测导电液体时，导线芯以绝缘层为介质与周围的水或其他导电液体形成原柱形电容器。Cx＝2πεhx／㏑(d2/d1)式子中ε——导线芯绝缘层的介电常数；hx——待测水位高度；d1,d2——导线芯直径和绝缘层外径。被测电容Cx与被测液位高度呈线性关系，配置适当的测量电路，可以得到正比与液位hx的电压信号。42.5电动机的选择交流电机有异步电机和同步电机两大类，异步电动机又有三相和单相两种，而三相异步电动机有分为笼型的和挠线转子异步电动机，而笼型异步电动机由于结构简单、价格低廉、工作可靠、维护方便，已成为生产上应用的最广泛的一种电动机。现有清水泵，参数Q=1487m3/h，H=37m根据P=gρQH/1000η；式子中P为电机功率，g为重力加速度，Q为流量，H为扬程，η为泵的效率。根据公式得P=9.8*1*1487*37／1000*0.8=6.7（KW）...注意单位，根据算出的数据序号型号额定功率转速电流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查上表得故选用型号为Y132S2-2的三相异步电动机。丽职院机电信息分院毕业设计52.6交流接触器的选择由于负载是电动机，其额定电流可以根据In=Pn×1000/√3UnCOSφ×η式中In电动机额定电流（A）；Un为电动机额定电压（V）；Pn为电动机额定功率（KW）；cosφ为功率因素；η电动机效率。由于Un=380,cosφ*η≈(0.7~0.82),In=Pn×1000/√3UnCOSφ×η=Pn×1000/√3*380*（0.7～0.82）=（1.85～2.17）≈2Pn再根据频率查表得：型号触头额定电压/V主触头额定电流/A辅助触头额定电流/A可控制的三相电机最大功率/KM380V额定操作频率/（次/h）CJ0-20500205101200CJ10-2050020510600故选用型号为CJ0-20的交流接触器。三．控制系统的方案——手动/自动运行方式3.1手动运行方式手动方式是利用继电器、接触器控制，可以在环境比较恶劣条件下继续工作，自动方式是利用PLC来控制。手动和自动的切换可专门设计一个转换开关KK在控制台上，打开阀门F按下启动按钮SB1，由于设置有顺序关系，在低水塔中水位没有超过S4时水泵不能开启，现在阀门打开的情况下按下启动按钮SB2，水泵运行开始向水塔注水。当水池水位到达S3时将关闭阀门且水塔水位没有到S1时水泵继续向水塔注水，当水塔水位达到S1时水泵立即停止工作，当用户使用水塔放水，随时液面也随之下降，当液面又低于S2时，水泵开始向水塔注水，如果用户用水比较大时，同时随之打开阀门保持液面平衡。3.2自动运行方式自动运行方式—由一台可编程序控制器来控制水泵电机自动运行。当换项开关打到自动时，系统根据水塔液位传感器传出的信号执行事先编译好程序。程序流程是：当水池水位低于水池低水位界（S4为ON表示），阀门打开进水（Y为ON）定时器开始定时，4秒后，如果S4还不为OFF，那么阀门Y指示灯闪烁，表示阀Y没有进水出现故障，当S3为ON后，阀Y关闭（Y为OFF）。当S4为OFF时且水塔水位低于水塔低水位界时S2为ON，电机M运转向水塔注水，当水塔水位高于