基于PLC 的水箱水位安全自动控制

程国仙

（广东省机械技师学院，广东广州，510450）

0 引言

随着现代社会的不断进步，人们生活质量的不断提升，越来越多的高层建筑层出不穷。为保障人们的生产生活用水，在大厦、小区物业中必不可少地出现二次供水的情况。

二次供水是指单位或个人将城市公共供水或自建设施供水经储存、加压，通过管道再供用户或自用的形式。因此，二次供水是高层供水的唯一选择方式。二次供水设施是否按规定建设、设计及建设的优劣直接关系到二次供水水质、水压和供水安全，与人民群众正常稳定的生活密切相关。二次供水设备，一般设在地上或地下室。有自来水的单位，运用该设备可以调度高峰用水量，增加水压，能在高峰用水时，满足大面积用水和高楼层用水。供水办法选用“水箱--水泵—用户”联合供水的办法，即水由市政至水箱，运用水泵提升和水箱调度流量。而现代物业管理中安全问题始终放在生产生活的首位。

1 问题分析

其总公司大楼是一幢九层大楼，三层及以上的供水是靠安装在大楼对面的一幢三层大楼负二层的恒压供水系统供给的。

去年初，其被总公司从装修公司调到物业公司工程部做主管工作。到岗后，他首先检查了总公司大楼的设备状况。经检查，他发现了最大的安全隐患就是安装在负二层的恒压供水的水箱，没有故障、超水位报警。倚靠负一层停车场的值班人员偶尔到负二层巡察一下。他设想：一旦流量控制阀失控，水箱发生溢水事故，排水系统因长期少用，控制排污泵的浮球开关因长期处于静态，触点较易粘结而不能动合，使排污泵不能自动启动。又因排污泵长期不启动也会导致导水轮因锈蚀严重而粘结也难启动，而大楼内同一层面的其他设备的影响，后果不堪设想。考虑到这些问题后，分析了要点结合工作工程实际，决定对安装在负二层的水箱水位控制系统作更完善的改进，保证供水供电安全，消除安全隐患。

PLC 是新一代自动控制装置，容易实现多状态监控，功能齐全，安全稳定可靠，很适合现代公司的日常运营和管理。因此，决定将原来的管道流量控制阀控制水位改成PLC 结合硬件控制水箱水位，结合企业生产实际，保证企业经营效益。通过工程方案的不断设计修改，最终把改进方案提交公司，得到公司的大力支持，获准施工。

2 水箱水位安全控制系统结构设计

改进前只靠流量控制阀来控制水箱水位，属机械控制。因此难以实现故障及超安全水位报警。改进后，加装了水闸电磁阀、电动蝶阀、浮球开关（图1 改进后的机械控制储水箱），整个系统采用了PLC 控制。参看图2 改进后PLC控制的储水箱控制线路图、对照表1 输入、输出设备与I/O对照表，系统设有手动/自动选择开关。手动开关主要用来校验报警指示灯、水闸电磁阀和电动蝶阀的开启与关闭，便于检查和维修。正常工作设置在自动状态。系统还设置了电机故障及超安全水位报警指示灯，以及报警、电磁阀、电动蝶阀工作状态指示灯，便于工作状态的监视。

图1 改进后的机械控制储水箱

图2 改进后PLC 控制的储水箱控制线路图

表1 输入、输出设备与I/O对照表

3 PLC 对水箱水位安全控制的工作原理

PLC 控制程序中采用了双阀（水闸电磁阀、电动蝶阀）控制水箱给水，目的是双保险。当其中某一个控制阀出了故障，另一个阀也能关闭，保证水箱给水不会失控。同时在急停操作中，水闸电磁阀可以迅速关闭水闸，缩短关闭时间，以求迏到急停目的。

■3.1 报警程序

电机故障报警是通过热继电器KH 的电流大于0.3A（设定值）时，X0 动作输出Y2 实现的，并且迅速关闭水闸电磁阀。

超过安全水位报警，即水位越过浮球X10 或X12 不动作（故障），必然令X11 或X13 动作报警，但不会停止系统正常工作状态，以免中断用户的供水。而故障不排除，报警指示灯是不会熄灭的。只有当X10 或X12 的故障排除了，报警指示灯才会熄灭，提醒维修人员要及时排除故障。

■3.2 手动/自动选择程序

在SA1 复位的情况下，实现手动模式。可以通过X4、X5、X6、X7 来分别校验报警指示灯、电磁阀、电机正反转是否正常。选择自动即可进入自动工作状态。如遇到意外情况须紧急停止，可通过SB1 紧急停止按钮紧急按停。一般情况下，停止可通过手动/自动开关转换到手动状态即可。

■3.3 水阀开启程序

当水位下降到浮球D 翻转时，X12 触点动作，Y5 有输出，电磁阀瞬间开启，同时电机正转（蝶阀开启）。随着电动蝶阀的开度续渐增加，水的流量也在增大中，碰到限位开关X14 后，电动蝶阀电机停止，水的流量最大。

■3.4 水阀关闭程序

当水位上升到浮球U 翻转时，X10 触点动作，Y6 有输出。此时电磁阀Y3 设置了延时20 秒关闭。原因是瞬间关闭水闸电磁阀，水压在水管内瞬间变化太大，会引起水压对水管的强烈冲击，而造成很大的震动声音。因此，先启动电动蝶阀电机反转（蝶阀关闭），随着蝶阀的开度持续减少，水的流量也在减少，碰到限位开关X15 后，电机停止（经过多次测试电动蝶阀的关闭过程约15 秒），同时电磁阀也复位关闭，水流停止。这样处理可以让水压在管内平滑变化。因此，不会造成冲击而发出震动声音。

4 对安装的要求

■4.1 浮球开关的安装

浮球开关安装在离进水口2m 外的位置，以免水箱进水时受到浪涌大的冲击而令浮球滚动而出现误动作，另一方面两浮球之间距离不得小于2m，以免受到水的波动而互相缠绕，影响开关动作的准确性，进而影响到水位的预设位置。

■4.2 报警指示灯的安装

报警指示灯安装在负一层停车场值班室，以便于值班人员及时监控。而报警状态指示灯及系统控制箱安装在负二层水泵房内，便于观察与操作。

5 系统的检查、校验与调试

■5.1 系统的检查

用万用表检查系统各线路之间是否有错接、短路现象。再用500V 摇表检查蝶阀电机及水闸电磁阀的线圈对地绝缘电阻为多少，大于0.5MΩ 为正常，系统才能合闸供电。

■5.2 对PLC 控制系统的校验

（1）报警程序：用手将浮球UL、DL分别翻转，指示灯亮，再用导线将热继电器KH 常开触点短接，指示灯亮，且都有状态指示灯亮，正常。

（2）手动程序：将手动/自动开关置手动位置，HL1指示灯亮，分别按SB2、SB3、SB4、SB5 各状态指示灯亮，且对应的报警指示灯、电磁阀、电动蝶阀电机的正反转（用声音判别）均有动作。电动蝶阀电机正反转约15 秒后自动停止，证明电动蝶阀限位开关SQ1、SQ2 正常。

（3）自动程序：将手动/自动开关置自动位置，状态指示灯HL2 亮，用手翻转浮球D，KM1 吸合，电动蝶阀电机正转，同时电磁阀开启，相应状态指示灯亮。碰电动蝶阀限位开关SQ2，KM1 释放，电机停转，正常。再用手将浮球U 翻转，KM2 吸合，电机反转，相应状态指示灯亮。15秒左右，KM2 复位，电机停转，5S 后电磁阀释放，相应状态指示灯灭，正常。

（4）急停程序：再次用手翻转浮球D，让电磁阀开启，然后按急停按钮，水闸电磁阀瞬间关闭，状态指示灯从亮到灭，正常。

■5.3 浮球开关高低位置的安装与调试

浮球开关高低位置的安装，关键是最低水位控制。因为水位过低，若此时用水量大时，三泵运行，此时出水量大，流速大，会在水箱内出水口位置形成旋涡状下陷，下陷底部触及出水口时，空气就会进入水泵，管网水压就不能升高。

由于泵的控制是靠压力传感器（2）感应水压来控制的，水压迏不到设定值，水泵就不会停止工作。若用户没有用水（晚上）或水压低用不到水，而水泵运转不停，水停留在泵内高速旋转，长时间摩擦，水温升高发热，有可能造成泵轴密封圈受热变形而漏水。所以，最低水位不宜过低。但若过高，又会令水箱储水高度的可控制有效空间缩小，令进水系统启动频繁。因此要调试到合适位置。具体操作是：往水箱放水，液面超过出水口半米左右，开始用手动方式逐一启动三泵运行（此时要令管网大量放水），直到三泵一齐运行，观察出水口旋涡下陷情况。此时三个供水阀开度最大，水箱水位不断上升，直到旋涡消失，并能保持液面稳定。此时液面即为最低水位控制液面。在此液面上方固定浮球开关DL即可。然后再用DL 软电缆的长度减小20cm，作为浮球开关D 的安装长度。上水位浮球开关UL 安装在溢水管出水口下方10cm 的位置，再用UL 软电缆的长度增加20cm，作为浮球开关U 的安装长度即可。

至此，系统的安装调试完毕，可以投入正常使用。

6 小结

该系统经过一段时间的使用和观察，运行稳定，可靠性高，效果良好，迏到预期的设计目的。在没有现场值班人员的情况下，也能远距离监控系统的故障出现，为迅速排除故障争取到时间，大大提高了周边设备的安全性。这一系统的改进，通过实际情况实际分析，进行工程成本控制，有较高的经济效益。一方面保证了安全，一方面提高了企业的运营效益。相信能为与该公司环境、人员配备等现状相仿的公司在设备管理上能提供一定的帮助和借鉴。值得一提的是PLC控制系统对比继电器控制系统，具有体积小、功能强、运行稳定、可靠性高、编程简单、安装容易、维护方面等优点。目前在国内外电气自动化领域得到越来越广泛的应用，值得推广使用。