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    摘要：為滿足及時、準確、安全保證充足供水，若沿用人工方式，勞動強度大，工作效率低，安全性難以保障，因此對水塔水位控制自動化系統進行改造。采用分立元件電路實現了水塔水位的自動控制，設計出一種低成本、高實用價值的水塔水位控制器。該系統具有水源檢測、等功能。采用獨立的電路實現超高、低水位水位處理，自動控制電機電路。它能自動完成上水停水的全部工作循環，保證液面高度始終處于較理想的范圍內。改造后的水塔水位自控系統，實現水塔水位自動控制，遠程監控，實現無人值守。

    關鍵詞：冷卻水塔，自動控制，水塔水位

引言

    水塔水位控制系統是我國住宅小區廣泛應用的供水系統，傳統的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點，而自動控制原理，依據用水量的變化自動調節系統的運行參數，保持水壓恒定以滿足用水要求，從而提高了供水系統的質量。近幾十年來，自動控制技術迅猛發展，在工農業生產，交通運輸，國防建設和航空，航天事業等領域中獲得廣泛的應用。隨著生產和科學技術的發展，自動控制技術至今已滲透到各種科學領域，成為促進當今生產發展和科學技術進步的重要因素。比如在生活方面的溫度調節、濕度調節、自動洗衣機、自動售貨機、自動電梯、空氣調節器、電冰箱、自動路燈、自動門、保安系統等。在工業方面主要分為兩大類：一類是氣體、液體、粉體、石油化工制藥、輕工食品、建材等行業。需要對溫度、壓力、物位、流量、成分等參數進行控制。另一類是對已成型材料的進一步加工或者對多種已成型材料的裝配，主要控制位移、速度、角度等參數這些都需要應用自動控制學科的知識。控制理論一般分為經典控制理論和現代控制理論兩大部分。

    水行業是推動水科技產業化的龍頭。給水行業是城市基礎設施投資的主要方向之一，在體制上，供水企業體制的變革已成為市場化發展的必然；在技術上，供水行業則面臨著關鍵給水裝備國產化、工藝技術成套設備化、自動控制現代化的迫切的技術要求。優質供水是水工業市場化發展的新增長點，同時要倡導節約用水，提高水的重復利用率，并逐步建立完善的水工業學科體系。完善的水工業學科體系是水工業產業發展的必要保證，傳統的給水排水工程學科體系已難以包還水工業的豐富內涵，已不能很好地適應水工業發展的需要，而水工業學科體系正是在給水排水工程學科組成，包括：水質與水處理技術、水工業工程技術、水處理基礎科學、水社會科學、水工業設備制造技術等，它們共同支撐著水工業的工業體系，而在這些學科中水質與水處理技術和水工業工程技術是水工業學科體系中的主導學科。

    現代控制理論的產生,隨著科學技術的突飛猛進，特別是空間技術和各類高速飛行器的發展，使各受控對象要求高速度、高精度，而系統的結構更加復雜，要求控制理論解決動態耦合的多輸入多輸出、非線形以及時變系統的設計問題。此外，對控制性能的要求也在逐步提高，很多情況下要求系統的某種性能是最優的，而且對環境的變化要有一定適應能力等。這些新的要求用經典理論是無法解決的，這同時也為現代控制理論的形成創造了條件。具有結構簡單，使用壽命長，可靠性高，操作維修方便，經濟實用的優點是用于各種高層液體儲存的理想設備。

1  水位自動控制系統概述

    水塔水位控制系統采用交流電壓檢測水位，水位低于下限B點水位時，水泵抽水，水位達到最高水位線A時，水泵停止抽水，水位降低到最低水位線B以下時，恢復運行抽水。從而實現自動控制。

    該系統采用分立元件電路實現了水塔水位的自動控制，設計出一種低成本、高實用價值的水塔水位控制器。采用分立的電路實現超高、低水位處理，自動控制電機電路。依據用水量的變化自動調節系統的運行參數,保持水壓恒定以滿足用水要求,從而提高了供水系統的質量。

圖1冷卻水塔供水系統結構圖

    水塔水位控制系統是我國住宅小區廣泛應用的供水系統,傳統的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點,而自動控制原理,依據用水量的變化自動調節系統的運行參數,保持水壓恒定以滿足用水要求,從而提高了供水系統的質量。而且成本低，安裝方便，經過多次實驗證明，靈敏性好，是節約水源，方便家庭和單位控制水塔水位的理想裝置。水塔水位控制系統采用交流電壓檢測水位，當水位低于下限水位時，水泵抽水，水位達到上限水位時，水泵停止抽水，水位降低到下限水位時，恢復運行抽水。從而實現自動控制。

    該系統采用分立元件電路實現了水塔水位的自動控制，設計出一種低成本、高實用價值的水塔水位控制器。采用分立的電路實現超高、低水位處理，自動控制電機電路。

    它能自動完成上水停水的全部工作循環，保證液面高度始終處于較理想的范圍內，它結構簡單，制造成本低，靈敏度高，節約能源顯著，是用于各種高層液體儲存的理想設備。

    通過指示燈模擬上水水泵，結合鈕子開關模擬水位監測信號，模擬了水塔自動上水控制，當水池水位低于水池低位界面（s1為ON）時，電磁閥Y打開進水（Y為ON），定時器開始定時，4S后，如果S1還不為OFF，那么閥Y指示燈閃爍，表示閥Y沒有進水，出現故障，S3為ON后，閥Y關閉(Y為OFF)。當S1為OFF，且水塔水位低于水塔低位水位界時，S3為ON，水泵M運轉抽水。當水塔水位高于水塔高水位界時水泵M停止。如表1-1為水塔水位模擬控制接線列表

表1-1水塔水位模擬控制接線列表

2  水塔水位PID控制系統的工作原理

    傳統的水塔水位控制方式具有占地面積大、投資高、水泵電機頻繁起動、耗電多、管網水壓不穩、爆管現象頻繁、水漏失嚴重等缺點；不僅生活用水容易受到二次污染，而且水泵電機的頻繁起動使設備故障率高，檢修、維護也存在困難。因此如何利用有效的水源和電能保證各行各業正常供水，已是迫在眉睫。

    該系統采用PLC實現了水塔水位的自動控制，設計出一種低成本、高實用價值的水塔水位控制器。系統具有水源檢測等功能。采用獨立的電路實現水位檢測處理，自動控制電機電路。它能自動完成上水、停水的全部工作循環過程，保證水面高度始終處于較理想的范圍內，它結構簡單，制造成本低，靈敏度高，節約能源顯著，是適用于各種場合的理想設備。

    為了精確地實現對水位的控制，必須建立自動控制系統。根據水塔中的進、出水的水位可以自動控制水泵的運行與停止，使水位處于動態的平衡狀態。控制系統主要分為水位的模擬檢測和執行兩部分組成。

    在傳統的水塔、水箱供水的基礎上，加入了PLC及液壓變送器等器件．利用PLC和組態軟件來實現水塔水位的控制．提供了一種實用的水塔水位控制方案。在系統中，只使用比例和積分控制，其回路增益和時間常數可以通過工程計算初步確定，但還需要進一步調整達到最優控制效果。系統啟動時，關閉出水口，用于動控制輸入控制液體閥，使水位達到滿水位的75%，然后打開出水口，同時輸入控制液體閥從手動方式切換到自動方式。這種切換由一個輸入的數字量控制。

    “水塔水位自動控制系統”的控制對象為水泵，容器為水塔或儲液罐。將容器從下至上依次分為四等高度B，C，D，E。水位高度正常情況下控制在C、D之間。當水位在低于C點時，水泵開始進水。當水位高于D點時，水泵停止進水。當水位低于C點并到達B點時就報警，采取手動啟動水泵。當水位超過D點并到達E點時上限報警，采取強制停止水泵，水位從溢流口流出。

①當水位處于B點之下，指示燈B、C、D、E全亮，報警電路開始報警，即下限報警。

②當水位處于B、C之間，指示燈B滅，C、D、E亮，水泵開始進水。

③當水位處于C、D之間，指示燈B、C滅，C、D亮，保持狀態，即保持進水。

④當水位處于D、E之間，指示燈B、C、D滅，E亮，停進狀態，即水泵不工作。

⑤當水位處于E點之上，指示燈B、C、D、E全滅，水泵不工作，報警電路開始溢出報警，即上限報警。

⑥報警電路可以手動關閉，只要按下報警確認開關，就可以解除報警的蜂鳴聲。此時，報警確認燈亮起。處理完故障時，必須關閉報警確認燈，報警確認電路復位，恢復其監測故障的功能。

3  水位閉環控制系統

圖1供水系統控制原理圖

M1、M2—水泵Y0-Y3—液位開關F1—手閥F2—電磁閥

    為了精確的實現對水位的控制，必須建立閉環控制系統。根據水塔中的進、出水的水位可以自動控制水泵，使水位處于動態的平衡狀態。

    供水系統的基本原理如圖3-5所示，水位閉環調節原理是：通過在水塔中的三個液壓變送器，將水位值變換為4～20mA電流信號進入PLC，把該信號和PLC中的設定值的程序進行比較，并執行較后程序，通過水泵的開關對水塔中的水位進行自動控制。當PLC出現故障時，還有一套手動控制來進行對水塔水位控制。手動控制采用交流接觸器。

    上水箱液位低于Y3時，M1、M2同時工作，F2打開。液位上升至Y2時，M2停止，F2關閉，M1繼續工作。液位上升至Y1時，M1也停止。打開F1手閥使上水箱放水，液位下降。當液位又低于Y1時M1起動工作，如F1開度較大下水量大于上水量，使液位繼續下降至Y2時，M2啟動工作同時F2打開，使上水量大幅上升，保持液位。Y0為下水箱缺水報警開關下水箱液位低于Y0時意味著水泵進水口缺水，此時應自動切斷電源并報警。

4  結論

    本文研究設計的水塔水位控制系統采用可編程控制器、變頻器依據用水量的變化通過壓力變送器來實現變頻驅動水泵電機無級調速,在用水量發生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求,從而達到恒壓供水的目的，設計出一種低成本、高實用價值的水塔水位控制器。采用分立的電路實現超高、低水位處理，自動控制電機電路。它能自動完成上水停水的全部工作循環，保證液面高度始終處于較理想的范圍內，它結構簡單，制造成本低，靈敏度高，節約能源顯著，是用于各種高層液體儲存的理想設備。