基于PLC的学生宿舍供水系统控制研究

李子昀

摘   要：文章主要针对学生宿舍现有供水体统的不稳定性进行改善，控制器选用西门子S7-200系列的CPU226，采用分立元件集合构建硬件系统来实现学生宿舍供水系统的控制，设计出基于PLC的学生宿舍供水系统的控制系统，解决了现有供水系统的不稳定现象。

关键词：可编程逻辑控制器;供水系统;控制系统

伴随着现代社会科技的进步和物质文化的发展，人们的生活水平也有了普遍的提高，水是日常生活中的必需品，人们对供水系统的性能也有了更高的要求。大学生宿舍现有的生活用水供水系统基本都是传统的，通过高位水箱的高度水压差来实现供水和水量控制，供水很不稳定，给学生的生活带来不便。可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）作为高可靠性和高性价比的控制器，在现在工业控制中已经得到了广泛的应用，PLC现已大量应用到生活中了，如洗衣机的控制、电梯的控制等，针对现有大学生宿舍供水系统的问题，采用PLC作为控制器来设计学生宿舍供水系统的控制系统[1]。

现在的供水控制系统采用市面上先进的设备及仪表，使得供水控制系统的稳定性和可靠性的要求也会更高更难，传统的控制完全不能满足要求。现在的供水控制系统中所有的检测仪表、设备及元件都集中在一起[2]，但是控制又是完全獨立的，PLC作为控制器完全能满足这样的系统要求。

1    供水控制系统结构搭建

在现有学生宿舍供水系统的基础上搭建供水控制系统的整体结构，在传统供水系统不足的基础上，确定了要实现学生宿舍供水系统的主要功能。水塔进水泵根据水塔内水量进行自动控制，当水塔内的水量低于设定的最低值时，水塔的进水泵自动启动，向水塔内注入水量;当水塔内的水量达到设定的最高值时，水塔进水泵就自动关闭。水池的进水泵是根据水池水量的多少来自动控制的，如水池的水量达到设定的最低值时，那么水池的进水泵就自动启动，这样就可以往水池中加入水量，当水池的水量达到设定的最高值时，水池的进水泵就自动关闭。当供水系统不在设定的正常工作状态时视为系统故障，系统能进行自动检查并发出报警警示。设计的学生宿舍供水系统控制装置如图1所示。

搭建的学生宿舍供水控制控制中有水池和水塔两级级联而成，外部水源直接供给水池，水池为供水系统的一级供水机构，在此可以进行水源质量的净化处理。水池水量是保障供水系统正常供水的一级源头，其水量控制在最低水量和最高水量之间，能保证充足的供水又不会浪费。二级供水机构为水塔，水塔是宿舍用水的直接源头，其出水口是各个宿舍用户，正常供水时水量也限定在最高水位和最低水位之间;水池与水塔进行级联，通过水塔进水泵把水池中的水提取到水塔中。

2    供水控制系统硬件构建

进行学生宿舍供水系统的控制系设计时，文章本着成本最低、实用上限的原则，既要满足控制功能的要求，又不浪费资源和成本来选择元器件搭建控制系统。为实现供水系统系统的控制要求，控制器选取西门子S7-200PLC来对供水控制系统进行设计[3]，其型号选择为S7-200系列中S2子序列的CPU 226CN。S7-200可实现独立模块控制，而且具有扩展性，其编程采用的是简单易操作的STEP7 Micro/WIN软件，且S7-200 PLC是可靠、快速、灵活的控制器，以极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握的便捷操作、丰富的内置集能、实时特性、强劲的通信能力[4]、丰富的扩展模块得到广大设计者的青睐，所以应用推广也非常迅速。CPU 226采用的是集成24 V电源，电源模块为交流电220 V，有24个输入点和16个输出点，完全可以满足学生宿舍供水系统的控制，还有空间进行后期拓展[5]。另外采用分立的电子元件系统的启动、停止开关SB1，SB2，水池进水泵M1，水塔进水泵M2，水池设定的上、下限位检测开关S1，S2，水塔设定的上、下限位检测开关S3，S4，水池上、下位时的指示灯L1，L2，水池故障报警警示灯L3，水塔上、下位时的指示灯L4，L5，水塔故障报警警示灯L6。对其控制进行分析后确定控制系统的输入信号为启停开关、限位检测开关，共为6个，编址为I0.0—I0.5，输出信号为水池和水塔的进水泵、水池和水塔各极限水量的指示和故障时的指示，共为8个，编址为Q0.0—Q0.7。在分配输入输出地址时，尽量选择连续的点、按照一定顺序来对应，为后面的硬件电路的实物连接带来很大的方便，大大地避免了出现紊乱和错接的现象。在输入输出端都留有空余，可以用来做测试或者是后续的系统改造和功能拓展等。分配好控制系统的I/O地址之后，设计的学生宿舍供水体统的控制系统硬件接线如图2所示。

图2中SB1，SB2分别为启动和停止开关，传感器1，2，3，4分别为水池下限位检测开关、水池上限位检测开关、水塔下限位检测开关、水塔上限位检测开关，KM1，KM2分别为水池进水泵对应的接触器、水塔进水泵对应的接触器。

3    供水控制系统控制流程实现

为了更好地实现学生宿舍供水系统的自动控制，保证供水系统稳定、有效地自动运行，系统开始后，根据水池和水塔的水量来判断处理，根据水量的情况自动控制水池和水塔进水泵的启停，并且根据工作状态来确定是存在故障，自动报警，控制系统的流程如图3所示。

启动供水控制系统后，水池和水塔都要进行水量的检测，且是同时进行的。水池向水塔提供水源，水池中的水量就会降低，当水池中的水量降低到最低时，水池下限液位检测开关S1就会给出信号。在正常工作状态时，水池进水泵M1会自动启动，往水池中注水，保障水池在运行过程中的正常水量，一旦水池的水量达到最高值，水池上限位液位检测开关S2就会给出信号，这时水池进水泵M1会自动停止。当水池下限液位开关S1和水池上限液位开关S2同时给出检测信号，系统就是出现故障状态，要启动水池故障保障指示。

4    结语

对传统的宿舍供水系统进行改造和重新构建后，在其控制系统上采取PLC来做控制器，硬件电路中采取分离元件集合的形式来实现，控制流程上既并行控制又能顺序拓展，改造后的供水系统能够真正达到自动恒水位运行，实现无人值守，大大减轻工人的劳动强度。学生宿舍的供水实现自动化，解决了传统供水系统不稳定、低效率、不智能等问题，在原来的手动开关水泵来实现加水的基础上，还可以实现自动、及时、安全、稳定地供水。PLC控制系统在运行维护方面也很简单，在后续的供水系统的改造、功能升级和拓展上也留有空间，实施起来很方便。整个系统经过了试验运行测试，系统运行正常，具有很强的实用价值。

[参考文献]

[1]曾繁玲.基于PLC和变频器的叠压供水控制系统设计[D].长沙：湖南大学，2016.

[2]方桂笋.基于PLC的变频恒压供水系统的设计[D].兰州：兰州理工大学，2008.

[3]王滨，何周亮. PLC与变频器在水塔水位控制系统中应用研究[J].深圳职业技术学院学报，2019（1）：26-28.

[4]罗庚兴，宁玉珊.基于Win CC和STEP7的PID控制[J].机电工程技术，2009（1）：39-42.

[5]谢檬.水塔水位自动控制系统研究[J].可编程控制器与工厂自动化，2007（5）：852-854.