水位自动控制装置的原理图

水位自动控制系统就是将水位信号转换为开关信号，再用这个开关信号去控制交流接触器，交流接触器再控制一个水泵，就可以达到水位自动控制的目的。

水泵有各种各样的工作方式，所以交流接触器也有多种设计方案，这些电气元件按照设计方案连接起来就是电气控制箱。

现有多种成熟的设计方案，如GKY1X单台泵系统、GKY2X双台泵系统等等，在网上可以查到各种各样的设计原理图。

水泵电气控制箱是很常用的控制设备，工作可靠、使用寿命长。

影响水位自动控制系统可靠性和使用寿命的关键因素是液位传感器，就是将水位信号转换为开关信号这一部分。

现在主要有电极式、UQK/GSK干簧管式、光电式、压力式、GKY和超声波式等几种方式。

这些方式检测原理不同，因而水位自动控制的原理也不同。

下面，我们根据液位传感器的检测方式来讲解水位自动控制系统的原理，这是决定水位自动控制系统使用寿命和可靠性的主要因素。

一、电极式液位控制原理电极式是最早的液位控制方式，其控制原理很简单：因为水是导体，有水的时候两个电极间导电，交流接触器吸合，水泵就开始抽水。

图1为电极式在水中控制原理示意图。

但是电极在水中会分解而且会吸附很多杂质。

如果不及时清理，电极就会失去作用，这是电极式液位传感器固有的缺陷。

电极式液位传感器的制造非常简单，有人将导线外皮拨开，插到水里就可以做成电极式液位控制器。

所以电极式液位控制器造价很低，价格便宜，但使用寿命很短。

即使采用不锈钢做电极，也需要2-3个月清理一下，在污水中电极的使用寿命就更短了。

图1二、UQK/GSK干簧管液位控制原理干簧管将电极触点密封在玻璃管内，这样就不直接接触液体了，所以电极不会吸附杂质，使用寿命提高。

干簧管的特点就是接近磁铁，触点就会吸合。

所以我们将干簧管固定在管壁内固定的位置。

浮子里装上磁铁，随着浮力沿着管壁上下滑动，见图2。

当浮子经过干簧管时，触点吸合。

干簧管触点一般直接驱动交流接触器，可以控制水泵启动。

GSK上下限位置精确，但管壁不能有脏东西，安装不能倾斜（小于30°），否则会影响浮子的上下移动。

值范围。

01-4-53-j2j2-图4-6 系统根轨迹图)15.0(125.0(++s s s K 4-7 系统结构图0.5 6090 --1801K K =时，极坐标图在1ω与实轴交于1-，即图5-7中与负实轴相交于50-的点右移到1-，则有同理可得极坐标图在2ω与实轴交于－1的增益为252=K ，在3ω与实轴交于1-的增益为4310=K 。

如图5-8所示。

图5-8 例5-8K 变化时的极坐标图现对各种情况分析闭环稳定性：(1)410>K 时，2,2==Z N ，闭环系统不稳定，有两个s 右半平面的根； (2)41025<<K 时，0,0==Z N ，闭环系统稳定；(3)2510<<K 时，2,2==Z N ，闭环系统不稳定，有两个s 右半平面的根； (4)100<<K 时，0,0==Z N ，闭环系统稳定。

综上所述，使得闭环系统稳定的K 值范围为100<<K 和41025<<K 。

【例5.9】 已知系统的开环传递函数为当3.0=ω时，系统开环对数幅频渐近特性dB 10)3.0(=L ，试确定系统参数K 。

解 22(51)(61)(0.210)4()()(1)(1)(31)(41)44Ks s s G s H s s ss s s s +++=+++++ 系统交接频率T ω依次为5,2,1,31,41,51,61。

根据对数幅频渐近特性的表达式，对于惯性环节 对于振荡环节 对于一阶微分环节 由于3.0=ω在交接频率41和31之间，故 根据已知条件解得 456.0=K 【例5.10】 系统结构如图5-9所示，当输入t t r ωsin 2)(=时，测得输出为)45sin(4)(o -=t t c ，试确定参数,n ξω。

解 系统的闭环传递函数 图5-9 系统结构 系统幅频与相频特性为由已知得 ))1(sin()1(2)45sin(4)(oϕ-=-=t A t t c即)(t c 可写成1=ω时幅频和相频的综合表达式： 整理得 1.244,0.22n ωξ==【例5.11】 控制系统如图5-10所示，010()(0.11)G s s s =+，设参考输入信号)(1)(t t r =，干扰信号)100sin(1.0)(t t n =。

辽宁工程技术大学电气控制技术与PLC 课程设计设计题目水塔水位PLC自动控制系统指导教师院（系、部）电气与控制工程学院专业班级学号姓名日期电气控制技术与PLC课程设计任务书摘要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。

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，主控台应用MCGS 组态软件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、水塔水位目录1概论 .................................. 错误！未定义书签。

1.1 可编程序控制器简介............... 错误！未定义书签。

1.2 PLC的工作原理.................... 错误！未定义书签。

1.3 PLC的特点 ....................... 错误！未定义书签。

1.4 PLC的选择 ....................... 错误！未定义书签。

2 水塔水位自动控制系统方案设计.......... 错误！未定义书签。

3 水塔水位自动控制系统硬件设计.......... 错误！未定义书签。

3.1水塔水位控制系统设计要求.......... 错误！未定义书签。

水位控制器自动工作原理图
很抱歉，作为一个文本AI模型，我无法提供图像或图表。

不
过我可以为你描述一下水位控制器的自动工作原理。

水位控制器主要用于控制液体的水位，以确保液体的恰当水平。

自动水位控制器通常包括以下几个主要组件：传感器、控制器和执行器。

1. 传感器：传感器用于监测液体的水位，并将水位信号传输给控制器。

常见的水位传感器有浮球传感器、压力传感器和电容传感器等。

2. 控制器：控制器是自动水位控制系统的核心部件，通过接收传感器发送的水位信号并进行处理，控制执行器的动作。

控制器根据预设的水位范围来判断是否需要进行控制操作。

3. 执行器：执行器根据控制器的指令，控制液体的进出口。

例如，当水位过高时，执行器会打开排水阀门，使液体流出，以降低水位。

当水位过低时，执行器会打开进水阀门，使液体流入，以提高水位。

整个自动水位控制系统通过传感器、控制器和执行器的相互配合，实现对液体水位的自动调节。

具体的工作流程和信号传递方法可能会根据不同的水位控制器类型和设计而有所差异。

浮球液位计⼯作原理浮球液位计⼯作原理图浮球液位计，顾名思义，就是利⽤浮⼦来检测液位的。

具体有以下⼏种形式：⼀、传统玻璃管液位计加装红外监控装置传统玻璃管液位计就是在玻璃管中放⼀个浮⼦，浮⼦上下浮动就可以显⽰出⽔位⾼低。

但这种形式⽆法将液位信号转换为电信号来控制电⽓，所以传统玻璃管液位计⽆法完成液位的⾃动控制。

现在，GKY光电式探头夹采⽤红外线⼀收⼀发原理来检测液位，如下图。

浮⼦在玻璃管中随⽔位上下浮动。

当浮⼦挡住发射管发出的光线时，接收管就将液位信号发送出去。

这个信号接⼊GKY 系列液位控制仪表/控制器/报警器就可以⾃动控制液位。

⼆、UQK浮球液位计原理UQK采⽤⼲簧管。

⼲簧管将电极触点密封在玻璃管内，接近磁铁，触点就会吸合。

所以⼈们在浮球⾥放⼀块磁铁和上、下两个⼲簧管，通过导线将浮球固定于⽔池中，如图2.1。

这就是UQK的液位控制/⽔位控制⽅式。

当⽔池⽆⽔的时候，浮球下垂，磁铁在下限⼲簧管处，故下限⼲簧管吸合。

当⽔池有⽔的时候如图2.2，浮球上翻，磁铁在上限⼲簧管处，故上限⼲簧管吸合。

将⼲簧管触点串接交流接触器，就可以控制⽔泵启动，见图2.3。

这种⽅式依靠⽔的浮⼒使浮球上下翻转，上限、下限间的距离依据导线的长度来决定。

由于要考虑耐流问题，导线不能太细。

同时导线使⽤⼀段时间后，变得僵化发硬，翻转很不灵活。

于是浮⼦翻转有时⾼⼀点，有时低⼀点，上下限位置很不准确。

于是出现了定位准确的GSK⽅式。

三、GSK浮球液位计原理GSK也采⽤⼲簧管，它将⼲簧管固定在管壁内固定的位置。

浮⼦随着浮⼒沿着管壁上下滑动，见图3.1。

浮⼦内有磁铁，经过⼲簧管时，触点吸合。

⼲簧管触点也是直接串接交流接触器，可以控制⽔泵启动，见图3.2。

GSK上下限位置精确，但管壁不能有脏东西，安装不能倾斜（⼩于30°），否则会影响浮⼦的上下移动。

所以这种⽅式不能在污⽔中使⽤。

UQK、GSK可直接接220V或380V交流电，但⼲簧管因⽔位波动，触点频繁吸合，使⽤寿命⼤幅降低。

目录摘要 (I)第1章绪论 (1)1.1选题的背景与意义 (1)1.2可编程逻辑控制器简述 (1)第2章系统总体设计 (2)2.1水塔水位控制系统设计 (2)2.2水塔水位控制系统基本工作原理 (3)2.3水塔水位控制系统主电路设计 (4)第3章系统硬件设计 (5)3.1 硬件选型 (5)3.1.1 PLC的选择 (5)3.1.2水泵的选择 (6)3.1.3液位开关的选择 (6)3.1.4电气保护器件选择 (7)3.2 I/O口的分配及PLC外围接线 (8)第4章软件设计 (12)第5章仿真 (14)结论 (18)参考文献 (19)附录 (20)摘要目前，大量的高位生活用水和工作用水逐渐增多。

因此，不少单位自建水塔储水来解决高层楼房的用水问题。

最初，大多用人工进行控制，由于人工无法每时每刻对水位进行准确的定位监测，很难准确控制水泵的起停。

要么水泵关停过早，造成水塔缺水；要么关停过晚，造成水塔溢出，浪费水资源，给用户造成不便。

利用人工控制水位会造成供水时有时无的不稳定供水情况。

后来，使用水位控制装置使供水状况有了改变，但常使用浮标或机械水位控制装置，由于机械装置的故障多，可靠性差，给维修带来很大的麻烦。

因此为更好的保证供水的稳定性和可靠性，传统的供水控制方法已难以满足现在的要求。

本文采用的是三菱FXZN型PLC可编程控制器作为水塔水位自动控制系统核心，对水塔水位自动控制系统的功能性进行了需求分析。

主要实现方法是通过传感器检测水塔的实际水位，将水位具体信息传至PLC构成的控制模块，来控制水泵电机的动作，同时显示水位具体信息，若水位低于或高于某个设定值时，就会发出危险报警的信号，最终实现对水塔水位的自动。

关键词：水位自动控制、三菱FX2N 、传感器第1章绪论1.1选题的背景与意义在社会经济飞速发展的今天，水在人们正常生活和生产中起着越来越重要的作用。

一旦断了水，轻则给人民生活带来极大的不便，重则可能造成严重的生产事故及损失。

DF-96系列全自动水位控制器工作原理[日期：2012-01-02] 来源：作者：辽宁徐涛DF-96D DF-96A B C一、整机工作原理该型全自动水位控制器电路原理如下图所示。

由图可知，本控制器电路主要由电源电路、水位信号检测电路、输出驱动电路三部分组成，下面分别加以介绍。

1．电源电路AC220V电压经变压器T降压，其次级输出近13V左右交流电加至由D1~D4构成的整流桥输入端，整流后经电容CI滤波得到约10.5V直流电压。

该电压经Rl加到红色发光管LEDI上，将LEDI点亮，表示电源正常。

该电压除了为ICI及继电器提供工作电源外还直接送到水位检测电极C．作为水位检测的公共电位。

2．水位信号检测电路该部分是以四二输入与门电路CD4081为核心并配以五根水位检测电极A—E构成的。

其作用是根据电极实测水位的变化CD4081相应引脚的电平随之变化，满足与门条件时相应输出端电平改变，以驱动输出电路。

其中R2是ICI的电源输入限流电阻，D5与R3及D6与R8起隔离自锁作用，当相应输出端即ICI(10)脚、(3)脚为高电平时将(8)脚、(1)脚锁死，其状态的翻转取决于(9)脚和(2)脚。

C2—C5及R4_R6、R12的作用是滤除干扰信号意外进入控制器引起误动作。

3．输出驱动电路该部分主要由驱动管VTI，继电器Jl、功能选择开关K及输出状态指示绿发光管LED2组成。

功能选择开关K处于“开？位时，继电器Jl被强制动作．其相应触点Jl-I闭合，外接负荷（单相电动水泵或控制接触器）开始工作，输出状态指示绿发光管LED2也被点亮；处于“关”位时，触点Jl-I断开，外接负荷被切断；处于“自动”位置时．Jl动作与否受驱动管VTI的控制．当VTI基极电位高于0.7V以上时则饱和导通，继电器儿得电动作，其触点Jl-I闭合，反之则断开。

二．实际应用分析下图是该型全自动水位控制器实际应用的四种接法，分别对应单控上水池、单控下水池、缺水保护和上下水池联合控制。

电路功能简介一、功能说明本电路的主要功能是：水位过低时能实自动上水并报警，能实时显示水温。

能显示5级水位，有自动上水和手动上水功能。

手动上水功能可人为控制上升到任意水位和上水时间。

二、原理简介由五路“传感器”（五根插入水中的导线）检测液位的变化，由单片机控制液位的显示及电泵的抽放水，DS1820温度传感器，可测量水温。

控制显示部分将由传感器传过来的温度，水位信息进行显示。

并控制水位的高度。

太阳能热水器的控制器主要由传感器部分和控制显示部分组成。

传感器部分是由5个不同阻值的电阻串联组成。

因此有六个结点。

两端结点接电源，下面第二个结点引出。

为输出端，当水位上升时，串联的电阻由下到上依次被短路，输出端的电压值会依次升高，输出值经由四个比较器逐个比较组成的转换电路，转换电路把不同的电压值转换成不同的开关量，供单片机读取。

因此不同的水位就对应这不同的开关量。

传感器部分的下端有DS1820温度传感器，可测量水温。

控制显示部分将由传感器传过来的温度，水位信息进行显示。

并控制水位的高度。

1．液位采集电路五路液位检测都采用运放组成的比较器检测电路检测液位变化，将电平信号分别送入单片机。

实际检测时，从J2焊出五根导线，分别将接VCC、A、B、C和D的导线放入水杯（太阳能水箱）中，位置如图1所示。

图1模拟太阳能水箱示意图2．温度检测电路该电路主要由DS1820温度传感器测量水温，由传感器传过来的温度传输给单片机，经单片机处理后送数码管显示。

三、电路功能介绍默认为手动上水功能，通电源时，手动指示灯亮，若传感器没有插入水中，表明是最低水位，第一级水位指示灯闪烁，并发出报警声，四数码管显示实时水温。

测试手动功能：在手动功能状态下，按下“UP”键电磁阀指示灯亮，上水指示灯闪烁。

表明正在上水，随水位的上升，水位指示灯会依次点亮。

当再次按下“UP”健时。

电磁阀指示灯熄灭，上水指示灯停止闪烁。

表明停止上水。

因此可以人为控制上水的高度。

课程：创新与综合课程设计电子与电气工程学院实践教学环节说明书题目名称水箱水位自动控制装置学院电子与电气工程学院专业电子信息工程班级学号学生姓名起止日期13周周一~14周周五水箱液位控制系统是典型的自动控制系统，在工业应用上可以模拟水塔液位、炉内成分等多种控制对象的自动控制系统。

本次课程设计思路是以单片机为控制中心，对水位传感器、电机驱动模块、按键及显示进行控制。

通过按键设置水位传感器的位置，在水龙头及阀门的各种开度下，通过控制水泵工作或不工作来维持水箱二的液面高度基本维持不变。

一、设计题及即要求1、设计并制作一个水箱水位自动控制装置，原理示意图如下：2、基本要求：设计并制作一个水箱水位自动控制装置。

（1）水箱1 的长×宽×高为50 ×40 ×40 cm；水箱2 的长×宽×高为40×30 ×40 cm（相同容积亦可）；水箱1 的放在地面，水箱2 放置高度距地0.8-1.2m。

（2）在出水龙头各种开度状态下装置能够自动控制水箱 2 中水位的高度不变，误差≤1cm。

（3）水箱 2 中要求的水位高度及上下限可以通过键盘任意设置；（4）实时显示水箱2 中水位的实际高度和水泵、阀门的工作状态。

3、发挥部分：（1）在出水龙头各种开度状态下装置能够自动控制水箱 2 中水位的高度不变，误差≤0.3 cm。

（2）由无线远程控制器实现基本要求，无线通讯距离不小于10 米。

远程控制器上能够同步实现超限报警显示。

（3）其他创新。

二、设计思路：以单片机为控制中心，对水位传感器、电机驱动模块、按键及显示进行控制。

通过按键设置水位传感器的位置，在水龙头及阀门的各种开度下，通过控制水泵工作或不工作来维持水箱二的液面高度基本维持不变。

原理框图：三、系统结构1、控制模块：本次课程设计采用控制模块是AT89C51单片机。

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。