郑州科技学院
专科毕业设计（论文）
题目水塔水位控制系统
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水塔水位控制系统
摘要
水塔的作用：一是蓄水，在供水量不足之时，起着调节补充的作用。二是利用水塔的高势，自动送水，使自来水有一定的水压扬程。本次单片机系统设计的目的是利用单片机应用技术，以8051单片机为核心控制水塔的水位，并可实现了报警和手动、自动切换功能，为了达到节能的目的，提高供水系统的质量，考虑采用可编程序控制器、继电器和传感器技术，设计出一套适用的水塔水位控制方案。该方案在硬件基础上配合软件实现了警戒水位报警，并可切换手动自动两种工作方案。
该系统操作方便，性能良好，简单便宜，比较符合电厂水系统控制的需要。本文还详细的给出了相关的硬件框图和软件流程图，并编制了该汇编语言程序。
关键词单片机/水位/控制/报警
The Water Tower water level control system
ABSTRACT
Tower: one is the effect of water supply, and the supplementary role plays a regulation. Two is to use the high towers, automatic water tap water, have certain hydraulic head. The single-chip microcomputer system is designed by using the microcomputer application technology, 8051 single-chip processor core control towers, and can achieve a level alarm and manual, automatic switching function, in order to achieve the purpose of saving energy, improving the quality of water supply system, consider using a programmable controller, relays and sensor technology, design a set of suitable water control scheme of the towers. Based on this method, the hardware with software realize the warning level alarm, and can be switched manually two work plan.
This system, convenient operation, good performance, simple and cheap, compared with the power to control water system. The paper also gives a detailed related hardware diagram and software flow chart, and the assembly language program
KEY WORDS Single chip，level，Control，Alarm
目录
中文摘要 ..................................................................................................................................... I 英文摘要 ................................................................................................... 错误！未定义书签。
1 前言 (1)
2 水位自动控制装置设计方案论证 (2)
3 元器件介绍......................................................................................... 错误！未定义书签。
3.1 8051单片机简介 (3)
3.2 引脚极其功能 (4)
3.3 显示器件LED (7)
3.4 继电器 (7)
3.5 故障报警蜂鸣器 (7)
4水塔给水设备系统的构成 (8)
4.1水塔的基本构成 (8)
4.2 水塔结构原理图 (10)
4.3 控制继电器 (11)
4.5 LED水位显示 (12)
5 单片机系统控制结构 (13)
6 本系统的工作原理 (15)
6.1软件设计 (16)
6.2自动模式子程序： (17)
6.3 手动模式子程序： (18)
结束语 (21)
致谢 (22)
参考文献 (23)
附录1 (23)
附录2 (28)
1前言
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。水塔是一种高耸的塔状建筑物，顶端有一个大水箱，箱内储水塔越高，水的压力越大，也就能把水送到更高的建筑物上。水塔的作用：一是蓄水，在供水量不足之时，起着调节补充的作用。二是利用水塔的高势，自动送水，使自来水有一定的水压扬程。
水塔的类型按建筑材料分为钢筋混凝土水塔、钢水塔、砖石支筒与钢筋混凝土水柜组合的水塔。水柜也可用钢丝网水泥、玻璃钢和木材建造。按水柜形式分为圆柱壳式和倒锥壳式。在中国这两种形式应用最多，此外还有球形、箱形、碗形和水珠形等多种。支筒一般用钢筋混凝土或砖石做成圆筒形。支架多数用钢筋混凝土刚架或钢构架。水塔基础有钢筋混凝土圆板基础、环板基础、单个锥壳与组合锥壳基础和桩基础。当水塔容量较小、高度不大时，也可用砖石材料砌筑的刚性基础。
水塔是供水系统中常用的设备，基于单片机的水塔水位控制系统使水塔水位保持在一定的位置，以满足用水的需要。本设计的目的是用单片机设计一个控制系统，用来对水塔水位进行控制。水塔水位控制系统的研究对于提高供水系统的自动化水平、提高生产效率具有重要的意义。本设计主要研究对系统硬件的各个部分进行选型，研究芯片之间的连接方法，以系统对水塔水位的控制思想用汇编语言对控制程序进行设计。
2水位自动控制装置设计方案论证
本次设计所考虑的方案有以下几种：
（1）利用浮力原理使浮标带动触头工作,进而影响直流接触器动作,控制交流接触器工作,实现水塔无水时自动开启水泵电动机,水满时自动关闭的自动控制目的,同时,在浮标失效时保护电路自动报警,并切断供水系统,延时实现间断供水和自动报警功能。鉴于当前水塔利用增多,可设计成简单易行、成本低廉、便于安装的水泵自控电路。利用水的浮力使浮标带动触头,使其闭合/(断开),致使直流接触器工作,电路自动接通/(断路),从而控制主控电路,实现自动控制的目的。
（2）通过两到三根电极放在水中，高度不同，其中一条伸到水底当地线(如果底部是金属的也可以省去它)，另外两条一个在低水位一个在高水位上，当低水位的对地失去连接时说明水位低，当两条都对地连接说明水位高；
（3）是用绝缘电极电容式测量，用两根(或两组)外表绝缘的电极垂直伸进水低，通过测量电极上的电容量变化情况测定水位，水作为电容的介质，水位越高电容越大，只要测定一下高低水位时的电容量就可以知道结果了。
本次设计主要采用第一种方案。具体方框图如下图所示：
电路框图
图1
原理说明水池中的水位传感器将水位信号给单片机输入，然后单片机在将水位信号在显示器上显示出来。假设是在下限水位，报警器报警。单片机给水泵发出信号，水泵动作向水池注水。当水位达到设定的上限水位时，报警器报警单片机向水泵发出信号水泵停止注水。这就完成了一次自动无塔供水循环，之后工作与此相同。
3 元器件介绍
3.1 8051单片机简介
目前，8051单片机在工业检测领域中得到了广泛的应用，因此我们可以在许多单片机应用领域中，配接各种类型的语音接口，构成具有合成语音输出能力的综合应用系统，以增强人机对话的功能。8051是Intel公司生产的一种单片机，在一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分。每一个单片机包括：一个8位的微型处理器CPU；一个256K的片内数据存储器RAM；片内程序存储器ROM；四个8位并行的I/O接口P0-P3，每个接口既可以输入，也可以输出；两个定时器/记数器；五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART的串行I/O口；片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率是12MHZ。以上各个部分通过内部总线相连接。
图2
单片机
3.2 引脚极其功能
MCS—51系列单片机的40个引脚中有2个专用于主电源引脚，2个外接晶振的引脚，4个控制或与其它电源复用的引脚，以及32条输入输出I/O引脚。
下面按引脚功能分为4个部分叙述个引脚的功能。
1、电源引脚VCC和VSS
VCC（40脚）：接+5V电源正端；
VSS（20脚）：接+5V电源正端。
2、外接晶振引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1（19脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成采用外部时钟时，对于HMOS 单片机，该引脚接地；对于CHOMS 单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。
XTAL2（18脚）：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于HMOS 单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。对于CHMOS 芯片，该引脚悬空不接。
3、控制信号或与其它电源复用引脚
控制信号或与其它电源复用引脚有RST/V PD 、ALE/P 、PSEN 和EA/V PP 等4种形式。
（A ）．RST/V PD （9脚）：RST 即为RESET ，V PD 为备用电源，所以该引脚为单片
机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机复位到初始状态。
当V CC 发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源V PD （+5V ）为内部RAM 供电，以保证RAM 中的数据不丢失。
（B ）．ALE/ P （30脚）：当访问外部存储器时，ALE （允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在P 0口的低
（C ）．PSEN(29脚):片外程序存储器读选通输出端,低电平有效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期PESN 两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。当访问外部数据存储器期间，PESN 信号将不出现。
（D ）．EA/VPP （31脚）：EA 为访问外部程序储器控制信号，低电平有效。当EA 端保持高电平时，单片机访问片内程序存储器4KB （MS —52子系列为8KB ）。若超出该范围时，自动转去执行外部程序存储器的程序。当EA 端保持低电平时，无论片内有无程序存储器，均只访问外部程序存储器。对于片内含有EPROM 的单片机，在EPROM 编程期间，该引脚用于接21V 的编程电源VPP 。
4.输入/输出（I/O ）引脚P0口、P1口、P2口及P3口
(A).P 0口（39脚～22脚）：P 0.0～P 0.7统称为P 0口。当不接外部存储器与不扩展
I/O 接口时，它可作为准双向8位输入/输出接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O 口时，P 0口为地址/数据分时复用口。它分时提供8位双向数据总线。
对于片内含有EPROM 的单片机，当EPROM 编程时，从P 0口输入指令字节，而当
检验程序时，则输出指令字节。
(B).P 1口（1脚～8脚）：P 1.0～P 1.7统称为P 1口，可作为准双向I/O 接口使用。
对于MCS —52子系列单片机，P 1.0和P1.1还有第2功能：P 1.0口用作定时器/计数器2
的计数脉冲输入端T2；P 1.1用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX 。对于EPROM 编
程和进行程序校验时，P 0口接收输入的低8位地址。
(C).P 2口（21脚～28脚）：P 2.0～P 2.7统称为P 2口，一般可作为准双向I/O 接口。
当接有外部程序存储器或扩展I/O 接口且寻址范围超过256个字节时，P 2口用于高
8位地址总线送出高8位地址。对于EPROM 编程和进行程序校验时，P 2口接收输入
的8位地址。
(D).P 3口（10脚～17脚）：P 3.0～P 3.7统称为P 3口。它为双功能口，可以作为一
般的准双向I/O 接口，也可以将每1位用于第2功能，而且P 3口的每一条引脚均可
独立定义为第1功能的输入输出或第2功能。P 3口的第2功能见下表
单片机P3.0管脚含义：
上水情况对照表
表1
综上所述，MCS —51系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点：
1).单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚具有第2功能；
2).单片机对外呈3总线形式，由P 2、P 0口组成16位地址总线；由P 0口分时复
用作为数据总线。 引脚
第2功能 P3.0
RXD （串行口输入端0） P3.1
TXD （串行口输出端） P3.2
INT0（部中断0请求输入端，低电平有效） P3.3
INT1（中断1请求输入端，低电平有效） P3.4
T0（时器/计数器0计数脉冲端） P3.5
T1（时器/计数器1数脉冲端） P3.6
WR （部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效） P3.7 RD （部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）
3.3 显示器件LED
LED显示屏（LEDdisplay,LED Screen）：又叫电子显示屏或者飘字屏幕。是由LED点阵组成，通LED显示屏(4张)过红色，蓝色，绿色LED灯的亮灭来显示文字、图片、动画、视频，内容可以随时更换，各部分组件都是模块化结构的显示器件。传奇光电的LED显示屏通常由显示模块、控制系统及电源系统组成。显示模块由LED灯组成的点阵构成，负责发光显示；控制系统通过控制相应区域的亮灭，可以让屏幕显示文字、图片、视频等内容，中山市亮拓光电的单色、双色屏主要用来播放文字的，全彩屏主要是播放动画的；电源系统负责将输入电压电流转为显示屏需要的电压电流。
3.4 继电器
当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时，继电器使被控制的输出电路导通或断开。输入量可分为电气量(如电流、电压、频率、功率等)及非电气量(如温度、压力、速度等)两大类。继电器具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。
3.5 故障报警蜂鸣器
蜂鸣器分两种，有源和无源的：
有源蜂鸣器直接接上额定电源(新的蜂鸣器在标签上都有注明)就可连续发声，而无源蜂鸣器则和电磁扬声器一样，需要接在音频输出电路中才能发声。
有源要单片机普通IO端口直接高低电平驱动，如果你的单片机端口驱动能力不够可以用三极管驱动。程序也简单，但只能发出一种声音。
无源的话要频率驱动，不同频率驱动会发出不同的声音。IO选择上最好是选择定时器的IO输出，PWM输出或其他方便生成不同频率输出的端口。程序略复杂，看你单片机是否方便编程输出频率信号。
有源蜂鸣器电路在下面，有源的电路看你具体的驱动电压不同而不同。
图3报警电路
4水塔给水设备系统的构成
水塔水位控制系统主要完成的功能是对水塔水位控制，完成其供水的作用。此系统主要是在水塔无人值班的情况下工作，所以它必须能自动对水塔水位进行采样对水位输入信号进行分析，与己设置好的水位参数尽心比较，控制电机水泵的开启、停机实现水位的调节。系统中要求配置两台电机（M1电动机.M2电动机），当水位在低低时M1、M2均被启动，在水位低时M1启动而M2停，当M1不能启动时可单独启动M2，并发出声光报警。又可实现发生特殊情况人为地强行启动或关闭电机。
4.1水塔的基本构成
水塔由两台给水泵机组、水塔和三只浮球开关组成，其系统结构如图：
水位测量电路
图4
其中M1、M2为给水泵机组,LG、LD、LDD分别为水位高、水位低、水位低低浮球开关,当水位高（大于90开度）时,LG闭合,当水位低（小于75开度）时，LD闭合,当水位低低（小于50开度）时,LDD闭合。
水塔的控制器由8051系统构成。为避免电机的起停和电源波动时对电路的影响，输入输出均采用光电隔离。输出通过继电器，控制水泵机组的起停和报警，其电路图如下：
隔离控制电路
图5
给水泵电机主控电路及控制回路图如下：
图6主电路控制电路
单片机控制水塔系统主要完成的功能是对水塔水位控制及监测。水位允许在已设置的上、下水位参数范围内变化。当有一电机发生故障时，单片机自动选用第二台电机工作。在发生特殊情况某一时刻人为的要强行启动电机，但又要通过单片机来控制，可通过上调下限水位参数随时启动电机。当工作的电机出现异常情况可通过下调上限水位参数，单片机控制电机立即停机等。
系统的基本工作原理与构成单片机控制水塔系统主要完成的功能是对水塔水位控制及监测。由水塔的水位模拟信号并在晶闸管双闭环直流调速系统中，输入量有速度、电流等模拟量，有启停指令、转向给定等开关量信号。输出量有触发脉冲、故障信号等开关量信号。
4.2 水塔结构原理图
主电路采用8051内含4KB容量，因此在设计中不需要外扩ROM。硬件电路主要有LED显示电路、键盘接受电路、继电器控制电路等组成。电路原理框图如图所示：
图7 主控电路框图
4.3 控制继电器
为了达到水泵的控制，我们可以通过控制继电器来达到对水泵的自动控制。在电气控制领域或产品中，凡是需要逻辑控制的场合，几乎都需要使用继电器，从家用电器到工农业应用，甚至国民经济各个部门，可谓无所不见。继电器是一种利用各种物理量的变化，将电量或非电量信号转化为电磁力（有触头式）或使输出状态发生阶跃变化（无触头式），从而通过其触头或突变量促使在同一电路或另一电路中的其它器件或装置动作的一种控制元件。根据转化的物理量的不同，可以构成各种各样的不同功能的继电器，以用于各种控制电路中进行信号传递、放大、转换、联锁等，从而控制主电路和辅助电路中的器件或设备按预定的动作程序进行工作，实现自动控制和保护的目的。被转化或施加于继电器的电量或非电量称为继电器的激励量，当继电器被激励，从一个起始位置达到预定的工作位置，并完成电路的切换动作，称为继电器的工作特性，包括吸合。不吸合，保持与释放状态。当输入量变化到高于它的吸合值或低于它的释放值时，继电器动作，对于有触头式继电器其触头闭合或断开，对于无触头式继电器起输出发生阶跃变化，以此提供一定的逻辑变量。继电器电路图为：
电机控制回路
图8
4.5 LED水位显示
LED显示器的连接与显示方法：
在单片机系统中，通常用 LED显示器来显示各种数字或符号，由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，因此使用非常广泛。LED显示电路电路图为：
数码管显示电路
数码管显示电路
图9
在LED的接线方面，有共阳和共阴之分，下面以“日”形LED显示管的接线来介绍一下：
八段 LED显示器由8 个发光二极管组成。其中7个长条形的发光管排列成一个“日”字形，另一个圆点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。LED 显示器有两种不同的连接形式：一种是 8个发光二极管的正极连在一起，称之为共阳极 LED 显示器；另一种是 8个发光二极管的负极连在一起，称之为共阴极LED 显示器。它们的内部电路图如下所示：
数码管显示原理图
图10
5 单片机系统控制结构
经过以上部分的分析，绘出系统控制线路图：
主控制电路
图11
注：系统单片机各引脚功能分配
P0、P1口和P2口为输入输出检测信号和控制信号。下面是8051芯片引脚具体分配：
P0.0: 水位高报警输出信号。
P0.1: 水位低报警输出信号。
P0.2: 水位低低报警输出信号。
P0.3: 水晶水位低报警信号。
P1.0： M1起动KM1控制输出信号。（手动1，自动0）
P1.1： M2起动KM1控制输出信号。（手动1，自动0）
P1.2：水位高输入信号。（高1，低0）
P1.3：水位低输入信号。（低0 高1）
P1.4：水位低低输入信号。（低0 高1）
P1.5：水井水位低信号
P1.6：M1开关状态输入信号。（开0，关1）
P1.7：M2开关状态输入信号。（开0，关1）
P2.0：手动起动M1输入信号，低电频有效动作。
P2.1：手动起动M2输入信号，低电频有效动作。
P2.2：手动停M1输入信号，低电频有效动作。
P2.3：手动停M2输入信号，低电频有效动作。
P2.6：手动与自动转换输入信号。
P2.7：故障报警输出信号。
P3.0：水位低低报警输出信号。
P3.1：水位低报警输出信号。
P3.2：水位高报警输出信号。
P3.4：手动起动M1输入信号，低电频有效动作。
P3.5：手动起动M2输入信号，低电频有效动作。
P3.6：手动停M1输入信号，低电频有效动作。
P3.7：手动停M2输入信号，低电频有效动作。
6 本系统的工作原理
当水箱水位低时，起动M1、M2给水，水位上升到90%，停M1。当水箱水位低低（小于50%）时，同时起动M1、M2，当水位上升到50%以上70%以下时，停M2，M1继续运行到水位上升到90%以上才停止工作。经过调试系统，测得以下数据：水位从50%--70%，两台泵运行需要约10分钟；水位从70%--90%，一台泵运行需要约15分钟。水箱的水位一般保持在70%--90%。
报警控制如下：
当水位高与90开度的时候，由传感器经变送器发送信号，LG闭合，系统水位高报警。当水位低于75开度的时候，由传感器经变送器发送信号，LD闭合，系统水位低报警。当水位低与50开度的时候，由传感器经变送器发送信号，LDD 闭合，系统水位低低报警。手动/自动模式转换控制如下：全自动模式下，系统自动判断水位的状况，选择不同的工作状态。在手动的模式下，两台给水泵的运行控制可由人工自己操作。
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目录 摘要 ............................................................................................................................................................................ I 目录 ........................................................................................................................................................................... I I 第一章绪论 (1) 1.1本课题的选题背景与意义 (1) 1.2可编程逻辑控制器简述 (1) 第二章水塔水位控制系统硬件设计 (2) 2.1基于PLC的水塔水位控制系统基本原理 (2) 2.2水塔水位控制系统要求 (3) 2.3水塔水位控制系统主电路设计 (4) 2.4 系统硬件元器件选择 (5) 2.5 I/O口的分配及PLC外围接线 (6) 第三章水塔水位系统的PLC软件设计 (10) 3.1 水位控制系统的流程图 (11) 3.2 PLC 控制梯形图 (12) 3.3 水位控制系统的具体工作过程 (20) 第四章总结 (21) 参考文献 (22)
毕业论文（设计）题目：基于PLC控制的高精度液位控制系统的设计 姓名：濮孝金 学号： 专业：机械电子工程 年月
摘要 在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量与控制，而日常生活中应用 到的水位控制也相当广泛。在以往水塔液位控制系统中，常规继电器的频繁操作容易导致机械磨损，不方便更新和维护，不能满足人们的实际需求；另外，随着人口的递增和生活条件的提高，人们用水的需求量也日益增加。 为了提高液位控制系统的质量和效率，节约能源，本次模拟水塔液位控制系统的装置考虑结合可编程逻辑控制器，继电器和传感器等技术，实现液位控制系统的自动控制。本设计使用西门子S7-300 PLC可编程控制器作为液位控制系统的核心，配合硬件与软件实现液位控制池液位动态平衡，过高、过低水位报警等功能。主要 的实验方法是在水箱上安装一个自动水位测量装置，通过水位变送器检测水箱实际液位并将该液位反馈到PLC控制器，经A/D转换后，所得数据与PLC内部设定数据进行比较，控制器处理数据并发送相应指令改变电机的转速从而控制抽 水速率，改变进水量，使水位稳定地保持在设定值附近。此外，通过液位标定计算出控制器输出PIW数值与实际水位的关系，就可以在触摸屏上直观显示实时水位情况。实验结果表明本设计能较好地完成自动液位控制的功能。 关键词：水塔液位控制，水位控制，继电器，PLC Abstract In the course of routine industrial and agricultural production we the need to measure the water level and
control it. Furthermore everyday level control applications are quite extensive , such as hydropower , water towers and other water control . According to the water supply system in the past, frequent operation towers will produce mechanical wear of conventional relay convenient maintenance and updates, that means it can not meet the actual needs of the people, and with Gradual growth of population and living conditions, the demand for water is also increasing .In order to improve the quality of the water supply system, energy conservation, so I considered use a programmable logic controller, relay and sensor technology, with hardware and software to achieve low water level alarm, warning switch between work and procedures manual / automatic to design practical level control tower scheme. I completed the set up of this simulation using the tank water tower , based on Siemens S7-300 PLC programmable controller tank water level control system as the core .I completed a water tank to
实训三、水塔水位自动控制 一、实训目的 1、了解水塔水位自动控制工作原理。 2、掌握梯形图的编程方法和指令程序的编法。 3、掌握编程器的基本操作以及编程器的输入、检查、修改和运行操作。 二、实训器材 1、亚龙PLC主机单元一台。 2、亚龙PLC水塔水位自动控制单元一台。 3、计算机或编程器一台。 4、安全连线若干条。 5、PLC串口通讯线一条。 三、工作原理 水塔水位的工作方式： 当水池液面低于下限水位（S4为ON表示），电磁阀Y打开注水，S4为OFF，表示水位高于下限水位。当水池液面高于上限水位（S3为ON表示），电磁阀Y关闭。 当水塔水位低于下限水位（S2为ON表示），水泵M工作，向水塔供水，S2为OFF，表示水位高于下限水位。当水塔液面高于上限水位（S1为ON表示），水泵M停。 当水塔水位低于下限水位，同时水池水位也低于下限水位时，水泵M不启动。 四、I/O分配表 表3-1水塔水位自动控制的I/O分配表
水塔上限位S1 水塔下限位S2 水池上限位S3 水池下限位S4 电磁阀Y 水泵M I0.1 24V 12V FU I0.2 I0.3 I0.4 1M 2M Q0.1 Q0.2 1L CPU 226 CN 五、I/O接线 图3-1 水塔水位自动控制的I/O 接线 六、实训步骤 1、先将PLC 主机上的电源开关拨到关状态，严格按图3-2 所示接线，注意12V 和24V 电 源的正负不要短接，电路不要短路，否则会损坏PLC 触点。 2、将电源线插进PLC 主机表面的电源孔中，再将另一端插到220V 电源插板。 3、将PLC 主机上的电源开关拨到开状态，并且必须将PLC 串口置于STOP 状态，然后通 过计算机或编程器将程序下载到PLC 中，下载完后，再将PLC 串口置于RUN 状态。 4、接通2. 5、2. 6、2.7（2.4 不接通），否则无法正确运行演示程序。 5、按下列步骤进行实训操作： （1）拨下限开关S4，电磁阀Y 亮，下限开关S4 复位。 （2）拨上限开关S3，电磁阀Y 灭，上限开关S3 复位。 （3）拨下限开关S2，水泵M 亮，下限开关S2 复位。 （4）拨上限开关S1，水泵M 灭，上限开关S1 复位。 各种限位开关初始状态都是朝下。 七、实物接线图 图3-2 所示水塔水位自动控制接线图。 八、思考题 当水池水位低于下限水位（S4 为 ON），电磁阀 Y 应打开注水，若 3 秒内开关 S4 仍未由闭合转为分断，表明电磁阀 Y 未打开，出现故障，则指示灯 Y 闪烁报警。
电气工程学院课程设计说明书 设计题目：水塔水位PLC自动控制系统系别：电气工程及其自动化 年级专业： 13级应电2班 组员：贾猛、孟令军、修圣虎、李晶指导教师：郭忠南
随着现代社会生产的发展和技术进步，现代工业自动化生产水平的日益提高，微电子技术的飞速发展，在继电器控制系统的基础上产生了一种新型的工 业控制装置——可编程控制器（PLC）。随着科技的发展和现实暴露的一些问题，以便能更快捷更方便的完成一些任务，在工农业生产过程中，经常需要对水位 进行测量和控制。水位控制在日常生活中应用也相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、 逻辑电路控制、机电控制等。 本文采用PLC进行主控制，在水箱上安装一个自动测水位装置。利用水的 导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电 信号，主控台对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、故障报警 信息显示、实时曲线和历史曲线的显示，使水位保持在适当的位置。 关键词：PLC(Programmable Logic Controller) 自动化水塔水位三菱PLC
第一章研究背景 (1) 1.1可编程控制器的产生及发展 (1) 1.2PLC的基本结构 (2) 1.3PLC的特点 (5) 1.4PLC的工作原理 (6) 1.5梯形图程序设计及工作过程分析 (8) 第二章水塔水位自动控制系统方案设计 (10) 第三章水塔水位自动控制系统硬件设计 (12) 3.1水塔水位控制系统设计要求 (12) 3.2水塔水位控制系统主电路 (12) 3.3水泵电机的选择 (13) 3.4水位传感器的选择 (13) 3.5可编程序控制器的选择 (14) 3.6PLC I/O口分配 (14) 3.7PLC控制电路原理图 (15) 第四章水塔水位自动控制系统软件设计 (17) 4.1程序流程图 (17) 4.2梯形图 (18) 第五章设计总结 (23)
目录 第１章绪论............................................................................................... - 1 - 第2章设计方案........................................................................................ - 2 - 2.1 方案举例......................................................................................... - 2 - 2.2 方案比较......................................................................................... - 3 - 2.3 方案确定......................................................................................... - 3 - 第3章硬件设计........................................................................................ - 4 - 3.1 控制系统......................................................................................... - 4 - 3.1.1 AT89C51单片机 ..................................................................... - 4 - 3.1.2 AT89C51的信号引脚............................................................... - 6 - 3.1.3 单片机最小系统 ....................................................................... - 7 - 3.2 感应系统......................................................................................... - 8 - 3.3 指示系统......................................................................................... - 9 - 3.4 液位控制系统................................................................................. - 10 - 3.5 电机与报警系统.............................................................................. - 11 - 第4章软件设计...................................................................................... - 14 - 4.1 延时子程序.................................................................................... - 14 - 4.2 感应系统程序................................................................................. - 14 - 4.3 指示系统程序................................................................................. - 15 - 4.4 电机和警报系统程序 ....................................................................... - 16 - 4.5 液位预选系统程序 .......................................................................... - 16 - 4.6 系统主流程图................................................................................. - 19 - 第5章系统测试...................................................................................... - 21 - 5.1 仿真测试过程................................................................................. - 22 - 5.2 仿真结果....................................................................................... - 24 -总结...................................................................................................... - 25 - 致谢...................................................................................................... - 26 - 参考文献................................................................................................... - 25 -附录1 系统仿真电路 ................................................................................ - 28 - 附录2 源程序.......................................................................................... - 29 -
一、水塔水位 1、系统描述及控制要求 1.1 国内外发展现状调查 1.1.1 PLC及西门子S7-200系列PLC介绍 20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。 20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。 西门子S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。 西门子S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。
液位控制系统设计 学院： 专业班级： 学生姓名： 指导老师：
液位控制系统设计 本文主要讲了压力传感器实现的液位控制器的设计方法，以单片机为核心。通过外围硬件电路来达到实现控制的目的，根据需要设定液位控制高度，同时具备报警、高度显示等功能，具有与液面不接触的特点，可用于有毒、腐蚀性液体液位的控制，具有较高的研究价值。该控制器不仅可用于学校进行教学研究，还可用于生产实际，是目前比较缺少的一种产品。随着微电子工业的迅速发展，单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中，为了使学生对单片机控制的智能型控制器有较深的了解。 。关键词：单片机；水位检测；控制系统；仿真 0 引言 随着微电子工业的迅速发展，单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中，为了使学生对单片机控制的智能型控制器有较深的了解。经过综合分析选择了由单片机控制的智能型液位控制器作为研究项目，通过训练充分激发学生分析问题、解决问题和综合应用所学知识的潜能。另外，液位控制在高层小区水塔水位控制，污水处理设备和有毒，腐蚀性液体液位控制中也被广泛应用。通过对模型的设计可很好的延伸到具体应用案例中。中国使用单片机的历史只有短短的30年，在初始的短短五年时间里发展极为迅速。1986 年在上海召开了全国首届单片机开发与应用交流会，很多地区还成立了单片微型计算机应用协会，那是全国形成的第一次高潮。单片机应用技术飞速发展，我们上因特网输入一个“单片机”的搜索，将会看到上万个介绍单片机的网站，这还不包括国外的。电子界，在2003年7月，https://www.doczj.com/doc/5a11870705.html, （91 猎头网）在上海、广州、北京等大城市所做的一次专业人才需求报告中，单片机人才的需求量位居第一。大家都有些奇怪一块小小的片子，为何有这样的魔力？我们首先从它的构成说起：单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。正因为如此他才改变了我的生活它为我们改变了什么？纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC 卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。以前没有单片机时，这些东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多的人来接受它、使用它。据统计，我国的单片机年容量已达3 亿片，且每年以大约20%的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到1%。特别是沿海地区的玩具厂等生产产品多数用到单片机，并不断地
摘要 水塔水位控制系统，根据水位传感器得知水塔内水位情况，水位传感器分为上限位传感器和下限位传感器，还有一个直接接上5V的传感器。当水塔上限位和下限位传感器电位为0时，电机运转，期间电机状态不变，直到下限位传感器和上限位传感器的电位不为0时，电机停转。当发生下限位传感器电位为0而上限位传感器电位不为0时，电机停转并报警。水塔水位控制电路设有光耦合器，通过光耦合器的通断控制电机运转与停转。同时设有LED 灯和蜂鸣器，报警时LED灯闪烁和蜂鸣器响。水塔水位控制器系统有四种状态，分别为电机运转状态、电机停转状态、保持状态和报警状态。各种状态皆由水位传感器传来的信号来判定并由单片机输出信号来执行，由此使得水位控制在上限位和下限位之间。 水塔水位控制系统的原理 1、功能要求 1）水塔水位下降至下线水位时，启动水泵上水。 2）水塔水位上升至上线水位时，关闭水泵。 3）水塔水位在上、下限水位之间时，水泵保持原状态。 4）供水系统出现故障时，自动报警。 2、基本原理 图1 水塔水位检测原理图 水塔水位控制原理图见图(1)，图中两条虚线表示正常工作情况下水位升降的上下限，在正常供水时，水位应控制在两条虚线代表的水位之间。B测量水位下限，C测量水位上限，A接+5V，B、C接地。 在水塔无水或水位低于下限水位时，B、C为断开，B、C两点电位为零(低电平“0” )，需要水泵供水，单片机输出低电平，控制电机工作供水。水位上升到B点，B接通，B点电位变为高电平“1”，C开关仍断开，C点仍为低电平，维持现状水泵继续供水。当水位上升到C点时，C接通。这时B、C均接通，B、C两点都为高电平，表示水塔水位已满，需水泵停止供水，单片机输出高电平，电机断电停止供水。水塔水位开始下降，水位在降到B点之前，B点电位为高、C点电位为低，单片机输出控制电平维持不变，仍为高。当水位降到B 点以下，B、C两点电平都为低时，单片机输出控制电平又变低．水泵供水。 B和p1.0、C和P1.1之间接4.7k 的电阻（下拉电阻），目的是为了保护单片机。单片机9
课题名称：水箱水位控制系统设计专业：电气工程及其自动化学号： 姓名：
水箱水位控制系统设计 摘要 本设计主要基于单片机的硬件电路设计,实现一种能够实现水位自动控制、具有自动保护、自动声光报警功能的控制系统。本控制系统由A/D转换部分、单片机控制部分、数码显示部分、电机驱动部分、电机控制部分等构成。同时对各个部分进行了详细的论述。在设计中对水塔水位控制原理进行分析,选用AT89C51单片机作为控制水塔水位的处理芯片,由AT89C51的P1口直接来控制.设计方案采用模块化程序设计方法,结合程序流程图,编写程序代码,最后利用KEIL公司的u Vision3软件及伟福仿真软件进行仿真实验,达到单片机自动控制水塔水位变化的目的. 关键词：单片机，水塔水位控制原理，AT89C51，伟福仿真软件
目录 前言 (1) 第1章设计内容 (2) 1.1 设计要求 (2) 1.2 方案设计 (2) 第2章硬件电路设计 (3) 2.1 系统框图设计 (3) 2.2 系统原理 (4) 第3章水塔水位控制系统的硬件电路设计 (5) 3.1 水位检测电路 (5) 3.2 水位显示电路 (5) 3.3电机控制电路 (6) 3.4振荡电路和复位电路 (7) 3.5声光报警电路 (7) 第4章软件程序设计 (8) 4.1 系统主程序流程图 (8) 4.2编写C程序 (9) 第5章硬件制作与调试 (10) 结论 (11) 附录 (12) 仿真总图 (12) 源代码 (13)
前言 水塔是在日常生活和工业应用中经常见到的蓄水装置，在我们的生活中起到了重要的作用，而水基于单片机的水塔水位控制系统使水塔水位自动保持在一定的位置，通过对其水位的控制对外供水，以满足需要。塔里面的水位控制是一个水塔发挥作用的关键。该系统使用水位传感器对水塔水位进行检测并将检测到的信号传给单片机来进行处理，通过调整定时器的定时时间来增大或者缩小占空比，并编写程序加以控制，从而实现电机的调速。最后，使用液晶屏显示当前水位状态以及电动机的转速。该系统通过了报警模块来实现了过低水位蜂鸣器鸣笛报警、过低警戒水位自动处理、正常水位蜂鸣器鸣笛报警以及正常水位处理。本系统适应在不同的用水场合下的用水速度需要，节省工作时间，提高了整体工作的效率，实现水塔水位的自动控制。 液位控制是工业控制中的一个重要问题，针对液位控制过程中存在大滞后、时变、非线性的特点，为适应复杂系统的控制要求，人们研制了种类繁多的先进的智能控制器，模糊PID控制器便是其中之一。模糊PID控制结合了PID控制算法和模糊控制方法的优点，可以在线实现PID参数的调整，使控制系统的响应速度快，过渡过程时间大大缩短，超调量减少，振荡次数少，具有较强的鲁棒性和稳定性，在模糊控制中扮演着十分重要的角色。
中国矿业大学机电学院 机电综合实验中心实验报告 课程名称机电综合实验 实验名称水塔水位控制模拟系统 实验日期20１６、11、２0 实验成绩 指导教师 第一章绪论 1、1实验目得 学会使用组态软件(推荐选用组态王软件)与PLC(推荐选用ＳIMEIＮS S7-２ 0０)控制系统连接,采用下位机执行,上位机监视控制得方法,构建完成水塔水位 自动控制系统。 1、２实验要求 (1)阅读本实验参考资料及有关图样,了解一般控制装置得设计原则、方法与步 骤。 (2)调研当今电气控制领域得新技术、新产品、新动向,用于指导设计过程,使设 计成果具有先进与创造性。 (３)认真阅读实验要求，分析并进行流程分析,画出流程图。 (4)应用PLC设计控制装置得控制程序。 （5)设计电气控制装置得照明、指示及报警等辅助电路。 (6)绘制正式图样,要求用计算机绘图软件绘制电气控制电路图，用STEP
7-Micro／Wｉn３2编程软件编写梯形图。 1、3 实验内容 （1）当水池水位低于水池低水位界(S４为ON表示),阀Ｙ打开进水（Y为ON)定时器开始定时; （２)阀Y打开4秒后,如果Ｓ4还不为OFＦ,那么阀Y指示灯闪烁,表示阀Y没有进水,出现故障; (３)Ｓ3为ON后，阀Y关闭(Y为OFF)。当S4为ＯFＦ时,且水塔水位低于水塔低水位界时S2为ON,电机M运转抽水。当水塔水位高于水塔高水位界时电机Ｍ停止。 １、４课程设计器材: (1)TKPLＣ－1型实验装置一台 (2)安装了STEP7－Ｍicro/ＷＩN32编程软件与组态软件得计算机一台。 (3）PＣ／PPI编程电缆一根。 （4)连接导线若干。 1、５ PLC得介绍 可编程逻辑控制器(PｒogrａmmabｌｅＬoｇｉｃ Controller,PLC），它采用一类可编程得存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户得指令，并通过数字或模拟式输入／输出控制各种类型得机械或生产过程。 1、5、1基本结构 PLC实质就是一种专用于工业控制得计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同,如图所示： 1、５、2 PLＣ得特点
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。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恒的控制系统。改造后的水塔水位自控系统，实现水塔水位自动控制系统，远程监控，实现无人值守。 关键词: 可编程逻辑控制器（PLC）水塔水位自动控制
Abstract Water supply is a major industry involving the interests of the state and the people. With development of society and the improvement of the people's livelihood, city water supply has been brought forward a higher request. It needed to be timely , accurate and safely to plentifully conduct water supply. If we still continue to use a way of the man-power, the intensity of labor are high , availability is low and the security is difficult to ensure .We must carry out water tower water level under the control of automatic system reforming for this purpose . Programmable Logic Controller (PLC) is applied broadly in industrial control because of high reliability and higher nature price. The main body of this paper on the control technology is aimed at being popular for at present comparatively, which makes the using of PLC and the sensor to compose water tower control system of permanent water level. Water tower control system after being reformed have realized water tower water level auto-controlling system , long-range supervisory control, and nobody's value guards realization. Key wards：Programmable Logic Controller. water pool water lever. automatically controls
昌吉学院? ?毕业设计论文 题目水箱液位控制系统的设计 ? 系别物理系 专业能源工程及自动化 班级物理系B1105班 学生陈希嘉 学号 11258６２０19 指导教师李斌 ? 第一章 .............................................................................................................. 错误!未定义书签。 1.1过程控制的发展背景?错误!未定义书签。 1.1.１液位控制系统设计的意义?错误!未定义书签。 1.2研究的目的和意义?错误!未定义书签。 1．3液位串级控制系统的介绍.............................................................. 错误!未定义书签。 1.４PLＣ的产生和定义 (5)
1.4．1可编程控制器的产生.......................................................... 错误!未定义书签。 １．4.2可编程控制器的定义........................................................ 错误!未定义书签。 1.４.3 PＬC的发展现状................................................................ 错误!未定义书签。第二章水箱液位控制系统总体方案的设计?错误!未定义书签。 2.1对水箱液位控制系统的内容进行论述............................................ 错误!未定义书签。 ２．2此控制系统的总体方框图?错误!未定义书签。 2.3控制算法............................................................................................ 错误!未定义书签。 2.3．1PＩD算法?错误!未定义书签。 2．3.２PLC中的PID实现?错误!未定义书签。 2.3.３PID控制的各种常见的控制规律如下：............................ 错误!未定义书签。 2.3．４选择适合本系统的控制规律............................................. 错误!未定义书签。 2．4ＰＬC的组成及原理?错误!未定义书签。 ２.5PＬＣ硬件配置................................................................................. 错误!未定义书签。 ２.5.1CＰＵ的选择......................................................................... 错误!未定义书签。
水塔水位控制报告 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 评语：平时（40）修改（30）报告（30）总成绩兰州交通大学自动化与电气工程学院xx年7月1日1引言该设计是针对水塔水位控制系统的要求所做。随着社会的发展，科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便与生活的自动控制系统开始进入了我们的生活，单片机作为微型计算机发展的一个重要分支，具有高可靠性、高性能价格比、低电压、低功耗等优势，以其为核心的自动控制系统赢得了广泛的应用。该课程设计的题目是基于单片机的水塔水位控制，其目的重在于单片机技术的应用，由单片机实现自动运行，使水塔内水位始终保持在一定范围，以保证连续正常地供水。该课程设计给出以AT89C51单片机为核心器件的水塔水位检测控制系统仿真设计，实现水位的检测控制、处理和报警等功能，并在Proteus软件环境下实际仿真。实验结果表明，该系统具有良好的检测控制功能，可移植性和扩展性好。在此水塔水位控制系统中，单片机充当着主要的角色。它控制整个系统的运行，可以完成水位高低的控制。检测信号来自插入水中的3个金属棒，以感知水位变化情况。工作正常情况下，应保
持水位在某一范围内，当水位变化发生故障的时候，及时关断电机电源，发出声、光报警信号。2设计方案及原理2、1设计原理单片机水塔水位控制原理如图2、1所示，图中虚线表示容许水位变化的上下线，在正常情况下，应保持水位在虚线范围之内。其中A棒处于下限水位，C棒处于上限水位，B棒在上下水位之间。A棒接+5V电源，B棒、C棒各通过一个电阻与地相连。水塔由电机带动水泵供水，单片机控制电机转动以达到对水位控制之目的。供水时，水位上升，当达到上限时，由于水的导电作用， B、C棒连通+5V。因此，b、c两端均为1状态，这时应停止电机和水泵的工作，不再给水塔供水。 当水位处于上下限之间时，B棒与A棒导通。因C棒不能与A 棒导通，b端为1状态，c端为0状态。这时，无论是电机已在带动水泵给水塔加水，水位在不断上升；或者是电机没有工作，用水使水位在不断下降。都应继续维持原有的工作状态。 当水位降到下限时，B，C棒都不能与A棒导电，因此，b，c 两端均为0状态。这时应启动电机，带动水泵工作，给水塔供水。 图2、1 水塔水位控制原理图3设计方案本设计为一个实际应用系统的水塔水位控制部分。在此水塔水位控制系统中，检测信号来自插入水中的3个金属棒，以感知水位变化情况。工作正常情况下，应保持水位在某一范围内，当水位变化发生故障的时候，及时关断电机电源，发出声、光报警信号。