水塔水位的自動控制

朱黎

摘要：在日常生活中和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，我們經(jīng)常需要對水位進(jìn)行測量和控制，比較常見的水位控制如水塔水位、地下水水位以及水電站水位等。而要達(dá)到水位檢測的目的，實現(xiàn)的方法也多種多樣，常見的幾種主要有機(jī)械控制、邏輯電路控制、機(jī)電控制等。本文中采用的測量方法為采用PLC進(jìn)行主控制，同時一個自動測水位裝置將被安放在水箱上。這一裝置以水的導(dǎo)電性為依據(jù)，可以全天候連續(xù)對水位的變化進(jìn)行測量，水位變化被測量出來后，將會轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號傳輸至主控臺應(yīng)用MCGS組態(tài)軟件上，由該軟件對接收到的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后顯示出相應(yīng)的水位、故障報警信息、實時曲線和歷史曲線，從而達(dá)到控制水位，使其穩(wěn)定在一個適當(dāng)?shù)奈恢玫哪康摹?/p>

關(guān)鍵詞：水塔水位；可編程邏輯控制器（PLC）；自動控制；傳感器

水塔，一般多作為儲水設(shè)備修建在一些居民區(qū)里蓄水以備不時之需，有時候也是水廠生產(chǎn)工藝的一個重要組成部分。水塔多為高聳形結(jié)構(gòu)，這樣的造型既方便蓄水和配水，同時也可以對給水管網(wǎng)中的水量和水壓予以保持和調(diào)節(jié)。水塔主要由水柜、基礎(chǔ)和連接兩者的支筒或支架組成。水塔在工業(yè)與民用建筑中比較常見而又特殊。它的施工需要特別精心和講究技藝，如果施工質(zhì)量不好，輕則造成永久性滲漏水，重則報廢不能使用。

傳統(tǒng)的水塔水位控制器采用浮球水位控制器，一般使用分管式浮球與纜浮球，管式浮球適合清水及粘度不大的液體，纜浮球適合污水，優(yōu)點(diǎn)是價格適中，可以做出高、低、超高、超低四點(diǎn)控制。缺點(diǎn)是屬于開關(guān)量控制，無法給出實際水位。浮球上易粘附污物，使浮球不能可靠動作，管式浮球容易卡滯，纜浮球容易纏繞，所有浮球都有觸點(diǎn)接觸不良現(xiàn)象，結(jié)果都是系統(tǒng)失控，調(diào)整控制點(diǎn)很不方便[1]。

水箱水位控制器是一種新型的實用電路，具體地說，它是一種能夠維持水箱水位界于下水位和上水位之間的水位自動控制裝置，在控制電路的設(shè)計方面，包括一個控制盒和一個電子式水位開關(guān)，整個電路采用數(shù)字電路與模擬電路相結(jié)合，集成電路與分立元件相結(jié)合，具有成本低、容易實現(xiàn)、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，其工作原理為通過內(nèi)置電子探頭對水位進(jìn)行檢測，再由水位檢測專用芯片對檢測到的信號進(jìn)行處理，當(dāng)被測液體到達(dá)動作點(diǎn)時，芯片輸出高或低電平信號，再配合PLC或水位控制器，可實現(xiàn)水位控制半自動或全自動化[2]。

在水塔水位的控制過程中，常需要檢測水位的變化，現(xiàn)如今的科學(xué)技術(shù)十分發(fā)達(dá)，檢測水位所用的器件也是相當(dāng)?shù)亩?，但為了達(dá)到檢測準(zhǔn)確，檢測精度高及自動控制的目的所以選擇了液面?zhèn)鞲衅鲗λ乃蛔鳈z測器件，本系統(tǒng)采用電容式液面?zhèn)鞲衅鱽韺λ贿M(jìn)行檢測，電容式液面?zhèn)鞲衅髦饕遣捎脺y量電容的變化來判斷傳感器所在的位置是否被液體淹沒，如果傳感器所在的位置被液體淹沒傳感器就會輸出信號，液體淹沒時傳感器就接通[3]。

在水塔水位的控制過程中，為了便于使用PLC來自動控制水位，應(yīng)從在水塔中的水位上下限出安裝液面?zhèn)鞲衅?。本系統(tǒng)采用PLC是基于以下四個原因：

（1）PLC具有很高的可靠性，抗干擾能力。通常的平均無障礙時間都在30萬小時以上；

（2）系統(tǒng)設(shè)計周期短，維護(hù)方便，改造容易，功能完善，實用性強(qiáng)；

（3）干擾能力強(qiáng)，具有硬件故障的自我檢查功能，目前空中各種電磁干擾日益嚴(yán)重，為了保證交通控制的可靠穩(wěn)定，我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC；

（4）近年來PLC的性能價格比有較大幅度的提高，是的實際應(yīng)用成為可能。

在水塔水位的控制過程中，為了便于使用PLC來自動控制水位，應(yīng)從在水塔中的水位上下限出安裝液面?zhèn)鞲衅鳌ＰЧ鐖D1所示：

如圖1可以看出，在水位的上下限C 、A位置安裝了液面?zhèn)鞲衅鱏L1，在水位的上限安裝了液面?zhèn)鞲衅鱏L2.SL1、SL2傳感器用來檢測水位，當(dāng)A出有水時SL2輸出信號，液面淹沒傳感器傳感器接通，C出安裝的液面?zhèn)鞲衅鱏L1也是同樣的道理，當(dāng)水位低于A初或高于C出時，通過液面?zhèn)鞲衅鞯臋z測發(fā)出信號，PLC便自動控制是否該進(jìn)水或是否停止出水；與此同時液面?zhèn)鞲衅鞯臋z測發(fā)出信號給報警器發(fā)出報警聲，提醒監(jiān)控人及時處理問題。因此，該方案增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和實用性[4]。

此方案采用PLC設(shè)計避免了軟件程序設(shè)計中的不穩(wěn)定因素，提高了實際運(yùn)用中的可靠性。試驗證明，此水塔水位控制器不僅實現(xiàn)了對水塔水位的精確控制，而且，此系統(tǒng)更具有工業(yè)生產(chǎn)的實際性及以下優(yōu)點(diǎn)：水塔液位自動控制，水不溢出，不缺水，無需人值班看守；液位偉感器成本最低；系統(tǒng)電路簡單，低成本；符合國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；符合用電安全。最終能達(dá)到水塔液位自動控制，水不溢出，不缺水，無需人值班看守的功能[5]。

本文通過介紹自行設(shè)計的水塔水位控制器，系統(tǒng)地闡述了設(shè)計方案及成品試驗。試驗證明，該系統(tǒng)在運(yùn)行期間穩(wěn)定性高，完全符合預(yù)先規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，是可以投入生產(chǎn)的水塔水位控制器，該系統(tǒng)設(shè)計是基于可編程控PLC而設(shè)計的，充分地利用了PLC的強(qiáng)大功能。實現(xiàn)水位檢測、電機(jī)故障檢測、處理和等功能，提高了實驗的自動控制能力。進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)軟硬件設(shè)計，可為實時實現(xiàn)遠(yuǎn)端控制，因此，該系統(tǒng)在農(nóng)村水塔，城市水源檢測控制等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。（作者單位：南充職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

參考文獻(xiàn)：

[1]李道霖，胡壽松.自動控制原理（第4版）.科學(xué)出版社，2001

[2]《傳感器原理與檢測技術(shù)》.清華大學(xué)出版社，2007

[3]趙文峰.控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真.西安電子科技大學(xué)出版社，2002

[4]王兆義.《可編程序控制器教程》.機(jī)械工業(yè)出版社，2005

[5]張桂香.《電氣控制與PLC應(yīng)用》.化學(xué)工業(yè)出版社，2003