沈陽大學(xué)科技工程學(xué)院
一、水塔水位
1、系統(tǒng)描述及控制要求
1.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)查
1.1.1 PLC及西門子 S7-200系列PLC介紹
20 世紀 70 年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使
可編程邏輯控制器增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特
征的工業(yè)控制裝置。此時的可編程邏輯控制器為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相
結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，
可編程邏輯控制器定名為 Programmable Logic Controller（PLC）。
20 世紀 70 年代中末期，可編程邏輯控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)
已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、
更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID 功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代
工業(yè)中的地位。
20 世紀 80 年代初，可編程邏輯控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。世
界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標志著可編程控制器已
步入成熟階段。
20世紀80年代至 90年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時期，年增長
率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接
口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在
某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS系統(tǒng)。
20 世紀末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需
要。這個時期發(fā)展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生
產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設(shè)備
的配套更加容易。
西門子 S7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中
的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或
相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此 S7-200系列具有極高的性能/價格比。
西門子 S7-200 系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍
可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，
覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機
械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機
械，橡膠化工機械，中央空調(diào)，電梯控制，運動系統(tǒng)。
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1.1.2 水塔水位基本介紹
水塔水位控制系統(tǒng)是我國住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制方式
存在控制精度低、能耗大的缺點。在水資源日益匱乏的今天，節(jié)約用水、提高
水資源的利用率就顯得十分必要。傳統(tǒng)的水塔水位控制位粗放式的，基本沒有
水泵的合理控制，且多數(shù)為人力控制，工作強度大、危險。所以除了浪費電能
外，還造成了人員的浪費。采用新型 PLC 控制水位的方式與過去的舊式控制相
比在運行的經(jīng)濟性、可靠性、穩(wěn)定性等方面有顯著優(yōu)勢，特別是在提倡低碳的
當下，有著優(yōu)良的節(jié)能效果，且由于 PLC 強大的擴展性可以適應(yīng)今后城市供水
建設(shè)的發(fā)展需要。
1.2 系統(tǒng)描述
隨著科學(xué)技術(shù)的的不斷提高，社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對控制系統(tǒng)的靈敏度、
節(jié)能性、易操作性等方面要求日益提高。居民及工廠供水又是一件極為重要的工作，
傳統(tǒng)的水塔水位控制方式已經(jīng)不足以滿足今天的要求，所以新的方式是適應(yīng)時代要
求的。以下便是PLC 控制水塔水位的基本描述：
設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的，當執(zhí)行程序時，掃描到水池為液位低于水
池下限液位時，電磁閥 Y打開，開始往水池離境稅，如果進水超過 8 秒，而水池液
位沒有超過水池下限位，說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會自動報警。若 8秒之后水池
液位按預(yù)定的超過水池下限位，說明系統(tǒng)在正常的工作，此時，水池的液位已經(jīng)超
過了下限位了。系統(tǒng)檢測到此信號時，由于水塔液位低于水塔水位下限，水泵 M開
始工作，向水塔供水，當水池的液位超過水池上限液位時，電磁閥就關(guān)閉，但是水
塔現(xiàn)在還沒有裝滿，可此時水塔液位已經(jīng)超過水塔下限水位，水泵繼續(xù)工作，在水
池抽水向水塔供水，水塔抽滿時，水塔液位超過水塔上限，但剛剛給水塔供水的時
候，水泵已經(jīng)把水池的水抽走了，此時水塔液位已經(jīng)低于水池上限，此次給水塔供
水完成。
1.3 控制要求
1.3.1 控制要求描述
1、保持水池的水位在 S4~S3之間，當水池水位低于下限液位開關(guān) S4，此時 S4
為 ON，電磁閥打開，開始往水池里注水，當 4S 以后，若水池水位沒有超過水池下
限液位開關(guān) S4 時，則系統(tǒng)發(fā)出警報；若系統(tǒng)正常運行，此時水池下限液位開關(guān) S4
為OFF，表示水位高于下限水位。當頁面高于上限水位 S3時，則 S3 為ON，電磁閥
關(guān)閉。
2、保持水塔的水位在 S2~S1之間，當水塔水位低于水塔下限水位開關(guān) S2 時，
則水塔下限液位開關(guān) S2為ON，則驅(qū)動電機 M開始工作，向水塔供水。當 S2為OFF
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時，表示水塔水位高于水塔下限水位。當水塔液面高于水塔上限水位開關(guān) S1 時，
則S1為ON，電機 M停止抽水。
3、當水塔水位低于下限水位時，同時水池水位也低于下限水位時，電機 M
不能啟動。
1.3.2水塔水位示意圖：
圖 1-1
1.3.3 程序流程圖
水塔水位控制系統(tǒng)的PLC控制流程圖，根據(jù)設(shè)計要求控制流程圖如下：
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啟動
否
水池低于下
限？
是
電磁閥Y打開
報警
是
8s后水池水位
水泵停止，Y閃爍
高于下限？
是
水池繼續(xù)進水
水塔水位低于
下限？
是
水池水位高于上限 水泵啟動，給水
否
水塔水位高于下限
電磁關(guān)閉
水塔水位高于上限 水池水位低于下限
水泵停止
結(jié)束