plc的水塔智能水位控制系统设计
摘 要 水在人们的生产生活中起着重要的作用，一旦断水，将会给人们生活带来极大的不便。所以供水系统极其重要，而传统的供水控制系统存在精度低，能耗较大的缺点。为了解决这一问题，水塔水位控制系统应用而生，成为我国居民小区广泛应用的供水系统。本设计考虑采用可编程控制器（PLC）、电磁阀 、模拟量控制模块、传感器的应用等相关操作技能，实现水位控制设计方案。该系统能够实现超高、超低警戒水位报警，并做出处理。本设计采用西门子公司的S7-300 PLC来实现对水塔水位的控制，为了实现系统稳定自动运行，系统设计包含必要的保护措施通过对相关部分的软硬件调试工作，实现液位控制系统仿真。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 水塔水位控制研究意义及目的 2
1.3 国内外研究现状 2
1.4 传统供水简介 2
第二章 PLC简介 4
2.1 发展历史 4
2.2 PLC的功能特点 4
2.3 PLC组成 5
2.4 PLC工作原理 7
2.5 PLC的未来展望 8
第三章 水塔水位硬件设计 10
3.1 工作原理 10
3.2 水塔水位控制主线路 11
3.3 液位传感器选择 11
3.4 水泵选择 12
3.5 I/O口分配 12
第四章 软件设计 13
4.1 流程图设计 13
4.2 工作过程分析 15
4.3 梯形图 15
第五章 水塔水位控制系统的组态设计（模拟仿真） 18
5.1 组态软件 18
5.2 组态界面 18
结束语 26
致 谢 27
参考文献 28
附录：程序整体梯形图 29
绪论
在工业领域，电压、电流、压力、液位、温度、流量、和开关量等等都是经常用到的控制参数。在此之
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
中，水位控制一直相当重要。一般使用蓄水池方面采用水位控制，同样生活中许多器件将来可能也会全面用上例如马桶，热水器，开水机。即使在水位控制方面，可能存在着各种不同，例如技术，精准度等，但它们的有着相同的基本原理。尤其是在实际操作系统当中，都必须要有稳定可靠的控制系统。在今天的社会中，水是发展的基础，日益严重的水污染和浪费很大程度上影响了社会的发展。同时水的供给也在人们的生活生产中越来越重要。如若断水，情况较轻只是会带来生活上的不便，但是情况只要稍微严重点，就会出现事故和经济损失，甚至会影响人的安全。所以研究设计出一个稳定安全，并且又能满足精度要求的水位控制系统变得越来越重要。
在传统的水位控制方法里，或多或少存在着各种缺点，比如能量消耗大，运
行起来不稳定，并且控制起来精度不足。在科技发展中，可编程控制器为替代继电器控制而出现。由逻辑控制发展而来，为工业环境而设计的一种数字运算操作的电子设备。因为其优点突出，所以现在水位控制方式渐渐地被PLC控制所取代。与此同时，现在的PID控制技术发展，为建立一个安全稳定，并且方便维修保养的水塔水位控制系统提供了良好的技术基础。
1.1 研究背景
水塔水位控制系统已经在我国的各个居民小区使用，由于传统的供水系统缺点多，且需要大量人力不能够跟上时代步伐，而自动控制系统的水塔供水系统能够根据实际用水需求量做出相应供给，从而提高供水系统的供水质量。自动化控制的水塔水位系统采用可编程控制器（PLC）为中枢的控制系统。
PLC（可编程控制器）是二十世纪七十年代发展起来的控制装置，是集合了微处理器（CPU）、存储器（Memory）、输入/输出接口（I/O）以及中断模块（Interrupt module）于一体的控制装置。作为新型的工业控制装置，它引入了微电子、计算机、自动控制以及通讯等技术。
1969年，美国DEC公司（美国数字设备公司），为探寻继电器控制的代替装置，成功制造了世界上第一台可编程控制器，命名为PDP—14，在GM公司的汽车生产线上尝试使用，并且成功运行，这是电气史上里程碑式突破，因可编程控制器的产生，在工业控制领域，翻天覆地的变革开始来袭。
PLC自出现以来，发展迅速。其原因在于大规模甚至超大规模的集成电路的发展，微处理器随着发展，数据通讯技术发展迅猛。发展至九十年代后，PLC成为工业自动控制领域不可或缺的一部分。据国外该领域资深专家估计，PLC会在不久将来跃居工业自动化三大支柱（ROBOT，PLC，CAD/CAM）之首。
现行的PLC技术可以改进继电器技术、计时计数技术、逻辑控制等工业技术上的顺序控制功能。该技术广泛用于工业领域的机械制造、冶金、化工，以及生产生活中的交通、能源等，PLC技术成为了工业自动化领域不可或缺的关键性技术。
1.2 水塔水位控制研究意义及目的
在生产生活中，水是必不可少的关键。由于急剧加速的城镇化，城市人口增多，居民用水要求也加剧，其中对水位的控制尤其重要。通过运用PLC技术的水塔水位控制，能够使其稳定连续运行，全天候观测控制水位。将水位变化通过传感器转换为能够被PLC处理的电信号参数。然后主控台组态软件将收集到的信息进行系统处理，完成水位显示，报警显示。有条件的话更能够显示实时曲线甚至历史曲线。使水位被控制在安全合适的位置，这样保证了水压和供水质量。这种控制方式成本较低，安全可靠，能够满足精度要求，安装也方便，对于大面积的供水系统来说，PLC水塔水位控制绝对能够满足供水要求，让企业以及居民有安全稳定的用水。
古往今来，水在人们正常生产生活中扮演着一个重要角色。在解决了水的问题的基础之上，才能完成其他生产。传统的供水方式存在各种缺点，不但效率低，而且耗材耗力，也不能满足安全要求。运用PLC技术以及其他相应所需技术能够对水位的控制实现自动化，方便安全，具有重要的研究价值。同时对人们的生产生活具有深远意义。
1.3 国内外研究现状
20世纪70年代，随着微处理器出现，并引入PLC，开始发展。我国八十年代开始使用PLC，发展较慢。目前就PLC使用情况来说，用的比较多的有日本Omron公司的C系列、三菱（Mitsubishi Group）F系列、美国通用电气公司（又称奇异公司）的GE系列、以及德国西门子公司的S系列等。在这之中国内基本用的是德国西门子公司的S7系列。
PLC技术工业自控系统的支柱之一。其魅力在于强大的可靠性、稳定性、抗干扰能力以及通用性，其对于工作人员来说，方便使用，编程简单，维护运行工人维护操作方便。PLC基础上的水位控制，能够提高液位控制水平，并在国内外的工业生产以及居民生活中得到很大范围的使用。
1.4 传统供水简介
在恒压供水出现之前，有许多供水方式，以恒速泵供水为基础，有直接供水、加水塔供水、加高位水箱供水、加气压罐供水、以及射流泵加水箱供水。这些供水方式都存在供水能耗大，供水水质二次污染，安全性，供水不稳定等问题。
1.恒速泵直接供水
影响城市公用管网压力稳定，水泵整日运行，所以耗电耗水严重，水压不稳，供水质量很差，唯一优点：简单便宜。
2.恒速泵加水塔供水
这种供水较好，先向水塔供水，水塔再向用户供水。水泵断续工作，由人操作，不能自动化。也存在能量损耗与投资大，也存在二次污染问题。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 水塔水位控制研究意义及目的 2
1.3 国内外研究现状 2
1.4 传统供水简介 2
第二章 PLC简介 4
2.1 发展历史 4
2.2 PLC的功能特点 4
2.3 PLC组成 5
2.4 PLC工作原理 7
2.5 PLC的未来展望 8
第三章 水塔水位硬件设计 10
3.1 工作原理 10
3.2 水塔水位控制主线路 11
3.3 液位传感器选择 11
3.4 水泵选择 12
3.5 I/O口分配 12
第四章 软件设计 13
4.1 流程图设计 13
4.2 工作过程分析 15
4.3 梯形图 15
第五章 水塔水位控制系统的组态设计（模拟仿真） 18
5.1 组态软件 18
5.2 组态界面 18
结束语 26
致 谢 27
参考文献 28
附录：程序整体梯形图 29
绪论
在工业领域，电压、电流、压力、液位、温度、流量、和开关量等等都是经常用到的控制参数。在此之
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
中，水位控制一直相当重要。一般使用蓄水池方面采用水位控制，同样生活中许多器件将来可能也会全面用上例如马桶，热水器，开水机。即使在水位控制方面，可能存在着各种不同，例如技术，精准度等，但它们的有着相同的基本原理。尤其是在实际操作系统当中，都必须要有稳定可靠的控制系统。在今天的社会中，水是发展的基础，日益严重的水污染和浪费很大程度上影响了社会的发展。同时水的供给也在人们的生活生产中越来越重要。如若断水，情况较轻只是会带来生活上的不便，但是情况只要稍微严重点，就会出现事故和经济损失，甚至会影响人的安全。所以研究设计出一个稳定安全，并且又能满足精度要求的水位控制系统变得越来越重要。
在传统的水位控制方法里，或多或少存在着各种缺点，比如能量消耗大，运
行起来不稳定，并且控制起来精度不足。在科技发展中，可编程控制器为替代继电器控制而出现。由逻辑控制发展而来，为工业环境而设计的一种数字运算操作的电子设备。因为其优点突出，所以现在水位控制方式渐渐地被PLC控制所取代。与此同时，现在的PID控制技术发展，为建立一个安全稳定，并且方便维修保养的水塔水位控制系统提供了良好的技术基础。
1.1 研究背景
水塔水位控制系统已经在我国的各个居民小区使用，由于传统的供水系统缺点多，且需要大量人力不能够跟上时代步伐，而自动控制系统的水塔供水系统能够根据实际用水需求量做出相应供给，从而提高供水系统的供水质量。自动化控制的水塔水位系统采用可编程控制器（PLC）为中枢的控制系统。
PLC（可编程控制器）是二十世纪七十年代发展起来的控制装置，是集合了微处理器（CPU）、存储器（Memory）、输入/输出接口（I/O）以及中断模块（Interrupt module）于一体的控制装置。作为新型的工业控制装置，它引入了微电子、计算机、自动控制以及通讯等技术。
1969年，美国DEC公司（美国数字设备公司），为探寻继电器控制的代替装置，成功制造了世界上第一台可编程控制器，命名为PDP—14，在GM公司的汽车生产线上尝试使用，并且成功运行，这是电气史上里程碑式突破，因可编程控制器的产生，在工业控制领域，翻天覆地的变革开始来袭。
PLC自出现以来，发展迅速。其原因在于大规模甚至超大规模的集成电路的发展，微处理器随着发展，数据通讯技术发展迅猛。发展至九十年代后，PLC成为工业自动控制领域不可或缺的一部分。据国外该领域资深专家估计，PLC会在不久将来跃居工业自动化三大支柱（ROBOT，PLC，CAD/CAM）之首。
现行的PLC技术可以改进继电器技术、计时计数技术、逻辑控制等工业技术上的顺序控制功能。该技术广泛用于工业领域的机械制造、冶金、化工，以及生产生活中的交通、能源等，PLC技术成为了工业自动化领域不可或缺的关键性技术。
1.2 水塔水位控制研究意义及目的
在生产生活中，水是必不可少的关键。由于急剧加速的城镇化，城市人口增多，居民用水要求也加剧，其中对水位的控制尤其重要。通过运用PLC技术的水塔水位控制，能够使其稳定连续运行，全天候观测控制水位。将水位变化通过传感器转换为能够被PLC处理的电信号参数。然后主控台组态软件将收集到的信息进行系统处理，完成水位显示，报警显示。有条件的话更能够显示实时曲线甚至历史曲线。使水位被控制在安全合适的位置，这样保证了水压和供水质量。这种控制方式成本较低，安全可靠，能够满足精度要求，安装也方便，对于大面积的供水系统来说，PLC水塔水位控制绝对能够满足供水要求，让企业以及居民有安全稳定的用水。
古往今来，水在人们正常生产生活中扮演着一个重要角色。在解决了水的问题的基础之上，才能完成其他生产。传统的供水方式存在各种缺点，不但效率低，而且耗材耗力，也不能满足安全要求。运用PLC技术以及其他相应所需技术能够对水位的控制实现自动化，方便安全，具有重要的研究价值。同时对人们的生产生活具有深远意义。
1.3 国内外研究现状
20世纪70年代，随着微处理器出现，并引入PLC，开始发展。我国八十年代开始使用PLC，发展较慢。目前就PLC使用情况来说，用的比较多的有日本Omron公司的C系列、三菱（Mitsubishi Group）F系列、美国通用电气公司（又称奇异公司）的GE系列、以及德国西门子公司的S系列等。在这之中国内基本用的是德国西门子公司的S7系列。
PLC技术工业自控系统的支柱之一。其魅力在于强大的可靠性、稳定性、抗干扰能力以及通用性，其对于工作人员来说，方便使用，编程简单，维护运行工人维护操作方便。PLC基础上的水位控制，能够提高液位控制水平，并在国内外的工业生产以及居民生活中得到很大范围的使用。
1.4 传统供水简介
在恒压供水出现之前，有许多供水方式，以恒速泵供水为基础，有直接供水、加水塔供水、加高位水箱供水、加气压罐供水、以及射流泵加水箱供水。这些供水方式都存在供水能耗大，供水水质二次污染，安全性，供水不稳定等问题。
1.恒速泵直接供水
影响城市公用管网压力稳定，水泵整日运行，所以耗电耗水严重，水压不稳，供水质量很差，唯一优点：简单便宜。
2.恒速泵加水塔供水
这种供水较好，先向水塔供水，水塔再向用户供水。水泵断续工作，由人操作，不能自动化。也存在能量损耗与投资大，也存在二次污染问题。
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