水塔水位的自动控制

摘要：在日常生活中和工农业生产过程中，我们经常需要对水位进行测量和控制，比较常见的水位控制如水塔水位、地下水水位以及水电站水位等。而要达到水位检测的目的，实现的方法也多种多样，常见的几种主要有机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。本文中采用的测量方法为采用PLC进行主控制，同时一个自动测水位装置将被安放在水箱上。这一装置以水的导电性为依据，可以全天候连续对水位的变化进行测量，水位变化被测量出来后，将会转换成相应的电信号传输至主控台应用MCGS组态软件上，由该软件对接收到的信号进行数据处理，然后显示出相应的水位、故障报警信息、实时曲线和历史曲线，从而达到控制水位，使其稳定在一个适当的位置的目的。

关键词：水塔水位；可编程逻辑控制器（PLC）；自动控制；传感器

水塔，一般多作为储水设备修建在一些居民区里蓄水以备不时之需，有时候也是水厂生产工艺的一个重要组成部分。水塔多为高耸形结构，这样的造型既方便蓄水和配水，同时也可以对给水管网中的水量和水压予以保持和调节。水塔主要由水柜、基础和连接两者的支筒或支架组成。水塔在工业与民用建筑中比较常见而又特殊。它的施工需要特别精心和讲究技艺，如果施工质量不好，轻则造成永久性渗漏水，重则报废不能使用。

传统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与缆浮球，管式浮球适合清水及粘度不大的液体，缆浮球适合污水，优点是价格适中，可以做出高、低、超高、超低四点控制。缺点是属于开关量控制，无法给出实际水位。浮球上易粘附污物，使浮球不能可靠动作，管式浮球容易卡滞，缆浮球容易缠绕，所有浮球都有触点接触不良现象，结果都是系统失控，调整控制点很不方便[1]。

水箱水位控制器是一种新型的实用电路，具体地说，它是一种能够维持水箱水位界于下水位和上水位之间的水位自动控制装置，在控制电路的设计方面，包括一个控制盒和一个电子式水位开关，整个电路采用数字电路与模拟电路相结合，集成电路与分立元件相结合，具有成本低、容易实现、控制灵活等优点，其工作原理为通过内置电子探头对水位进行检测，再由水位检测专用芯片对检测到的信号进行处理，当被测液体到达动作点时，芯片输出高或低电平信号，再配合PLC或水位控制器，可实现水位控制半自动或全自动化[2]。

在水塔水位的控制过程中，常需要检测水位的变化，现如今的科学技术十分发达，检测水位所用的器件也是相当的多，但为了达到检测准确，检测精度高及自动控制的目的所以选择了液面传感器对水塔的水位作检测器件，本系统采用电容式液面传感器来对水位进行检测，电容式液面传感器主要是采用测量电容的变化来判断传感器所在的位置是否被液体淹没，如果传感器所在的位置被液体淹没传感器就会输出信号，液体淹没时传感器就接通[3]。

在水塔水位的控制过程中，为了便于使用PLC来自动控制水位，应从在水塔中的水位上下限出安装液面传感器。本系统采用PLC是基于以下四个原因：

（1）PLC具有很高的可靠性，抗干扰能力。通常的平均无障碍时间都在30万小时以上；

（2）系统设计周期短，维护方便，改造容易，功能完善，实用性强；

（3）干扰能力强，具有硬件故障的自我检查功能，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证交通控制的可靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC；

（4）近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，是的实际应用成为可能。

在水塔水位的控制过程中，为了便于使用PLC来自动控制水位，应从在水塔中的水位上下限出安装液面传感器。效果如图1所示：

如图1可以看出，在水位的上下限C 、A位置安装了液面传感器SL1，在水位的上限安装了液面传感器SL2.SL1、SL2传感器用来检测水位，当A出有水时SL2输出信号，液面淹没传感器传感器接通，C出安装的液面传感器SL1也是同样的道理，当水位低于A初或高于C出时，通过液面传感器的检测发出信号，PLC便自动控制是否该进水或是否停止出水；与此同时液面传感器的检测发出信号给报警器发出报警声，提醒监控人及时处理问题。因此，该方案增强了系统的可靠性、稳定性和实用性[4]。

此方案采用PLC设计避免了软件程序设计中的不稳定因素，提高了实际运用中的可靠性。试验证明，此水塔水位控制器不仅实现了对水塔水位的精确控制，而且，此系统更具有工业生产的实际性及以下优点：水塔液位自动控制，水不溢出，不缺水，无需人值班看守；液位伟感器成本最低；系统电路简单，低成本；符合国家卫生标准；符合用电安全。最终能达到水塔液位自动控制，水不溢出，不缺水，无需人值班看守的功能[5]。

本文通过介绍自行设计的水塔水位控制器，系统地阐述了设计方案及成品试验。试验证明，该系统在运行期间稳定性高，完全符合预先规定的标准，是可以投入生产的水塔水位控制器，该系统设计是基于可编程控PLC而设计的，充分地利用了PLC的强大功能。实现水位检测、电机故障检测、处理和等功能，提高了实验的自动控制能力。进一步优化系统软硬件设计，可为实时实现远端控制，因此，该系统在农村水塔，城市水源检测控制等领域有着广阔的应用前景。（作者单位：南充职业技术学院）

参考文献：

[1]李道霖，胡寿松.自动控制原理（第4版）.科学出版社，2001

[2]《传感器原理与检测技术》.清华大学出版社，2007

[3]赵文峰.控制系统设计与仿真.西安电子科技大学出版社，2002

[4]王兆义.《可编程序控制器教程》.机械工业出版社，2005

[5]张桂香.《电气控制与PLC应用》.化学工业出版社，2003