水位控制系统的分析与设计

摘要

供水是一个关系国计民生的重要产业。随着社会的发展和人民生活水平的提高，对城市供水提出了更高的要求，要满足及时、准确、安全保证充足供水，如果仍然沿用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障，为此必须进行水塔水位控制自动化系统的改造。

现今社会，自动化装置无所不在，在控制技术需求的推动下，控制理论本身也取得了显著的进步。水塔水位的监测和控制，再也不需要人工进行操作。实践证明，自动化操作，具有不可替代的应用价值。水塔水位自动控制器，具有适应各种液体液位的检测和控制的功能，是可以投入实际生产的产品。

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测首要环节以及自动控制的关键部分。本文将采用液面传感器来检测液面的水位的上下限，以便控制水塔是否该停止进水或停止出水，达到合理使用水资源的目的。

可编程控制器( PLC) 因其高可靠性和较高的性价比在工业控制中得到广泛的应用。本文针对目前比较流行的控制技术，利用PLC和传感器构成了水塔水位的控制系统。改造后的水塔水位自控系统，实现水塔水位自动控制系统，无人监控，实现无人值守。

为了达到节能的目的，提高供水系统的质量，考虑采用可编程控制器( PLC)、传感器技术来设计了一套实用的水塔水位控制方案。该方案在硬件的基础上配合了软件的使用实现了低、高警戒水位的自动报警。该水塔水位控制系统具有低成本、高使用价值的优点。

关键词: 可编程逻辑控制器（PLC），水塔水位，自动控制，传感器。

目录

1 引言 (2)

1.1课题背景 (3)

1.2水塔供水的发展 (4)

2 水塔水位自动控制系统方案 (5)

2.1 系统方案论证................................ (6)

2.2 水塔水位自动控制系统 (6)

3 电路设计 (6)

3.1原理框图 (7)

3.2电容式传感器的应用及其原理 (8)

3.3电容式液位传感器结构示意图 (9)

3.4检测电路图 (10)

3.5检测电路分析 (11)

4 工作原理分析 (12)

4.1主电路图 (13)

4.2控制电路图 (14)

4.3工作原理 (15)

4.4元件清单 (16)

4.5 电源开关的选择 (17)

总结 (22)

参考文献 (23)

1引言

1．1课题背景

在一般住宅或大楼的顶楼常设置水塔或者水箱以提供充足的水压供给用户使用，另备有地下蓄水池用来自自来水公司提供的水源作为供顶楼的水塔或者水箱进水使用。水塔供水的主要问题是塔内水位应始终保持在一定范围，避免“空塔”、“溢塔”现象发生，当今可编程序控制器（PLC）技术、传感器技术现已日趋成熟，所以应考虑才用它们来对水塔水位自动的控制。

1．2 水塔供水的发展

“自来水”被人们称之为“城市的生命线”。当建筑技术的发展让人们的住所平地而起，超高层大楼鳞次栉比耸立在现代城市里的时候，如何将水送到同样的高度并不是一件轻而易举的事情。“自来水”来之不易，也绝非自来。新中国成立六十年来，我国的建筑供水事业走过了一条从沿承旧路、不断摸索再到自主创新的发展之路。中国人在解决水与高度这一命题的过程中，发挥了自己的智慧与创造，开辟了安全供水的新时代。

轱辘摇转，井绳结缠。自掘土挖坑打出第一眼水井开始，解决“水与高度”的问题，便成为人类生活中最重要的内容之一。也许你并没有太注意，水塔供水方式的产生，就如同互联网改变了我们的生活方式一样，从“辘轳井”汲水到“自来水”的跨越已经成为人类生活进步的重要标志。时至今日，我国不少欠发达地区还没有解决自来水的问题，还在致力于推动健康卫生的“自来水工程”。所谓水塔供水就是先用水泵把经过消毒的干净水抽到水塔顶部箱体内，再依据水塔自身高度产生的落差，自然形成水的压力，经过城市供水管线流到千家万户。

这种方式的自来水在地面建筑多为平房和低层楼房的时期无疑是完全可以满足的。解放初期我国大多数城市大都是采取水塔供水的方式。但是随着城市楼房的不断升高，供水压力的不足暴露无疑。面对越来越多的高层楼房拔地而起，如何将自来水输送到高层楼房的顶层成为高层建筑供水技术的新命题。

1958年，以人民大会堂、北京饭店、民族饭店、华侨大厦等“十大建筑”的陆续竣工为标志，中国高层建筑的“楼顶水箱供水”技术开启了新的时代。

反观新中国成立六十年的供水技术史，伴随着技术的发展，高层建筑供水设计的理念也发生了很大的变化。从保证有水到节能、环保，再到安全、节约、健康、舒适。今天的供水技术，已经实现了从人力到自动、从低层到高层、从原始到专业的三大跨越，在给人们提供更加舒适便捷生活的同时，开辟了安全、健康供水的新时代。

我供水行业六十年来，在供水范围经历了一个从小到大，从城市至农村，从室外集中供应至室内分散供应，从底层供水至层层供水，从只供冷水至供冷热水、直饮水，从简易到复杂、到全方位、优质供水。供水技术经历了水箱供水、气压供水、变频供水、减压阀减压供水和无负压供水（或称管网叠压供水）等发展阶段，这是一个既与国民经济的发展密切相关，又与人们生活紧密联系在一起的领域，是一个不可缺少也无可替代的行业。

当前，供水行业面临着一个大幅度提高水质标准，全面改造供水工艺和供水管网的关键时机，同时也面临着水资源贫乏、产业结构发生深刻变化的现状。如何进一步推进节能、节水技术，防止垄断弊病，向人们和各行业供应更好、更多、更优的水是我们的企求和

进入21世纪，我国建筑给排水设计行业在不断发展的过程中终于日臻成熟，总体水平基本达到了国际的先进水平。我们通过新中国成立60年来不同阶段对苏联、日本、欧美的学习，通过学习改造，兼收并蓄，逐步形成了自己的设计体系和设计思想。建筑给排水设计的发展也从为满足人民需求被动进步演变成了科学发展地主动适应和引导人民的用水需求和习惯。节水、节能、环保和可持续发展的思想成为建筑给排水设计的核心理念，无负压供水技术就是响应国家节能战略的产物。同时，建筑给排水在生活供水方面的理念经历了“卫生”“安全”阶段，开始进入了“健康”的阶段。我们认为仅仅是没有细菌、没有有害物质的生活用水是不够的，过度纯净的水对人体健康也没有好处，供水的更高要求是各种元素有益无害，浓度适当，舒适健康。

本课题设计的目的