基于PLC 的水箱水位安全自動控制

程國仙

（廣東省機械技師學院，廣東廣州，510450）

0 引言

隨著現代社會的不斷進步，人們生活質量的不斷提升，越來越多的高層建筑層出不窮。為保障人們的生產生活用水，在大廈、小區物業中必不可少地出現二次供水的情況。

二次供水是指單位或個人將城市公共供水或自建設施供水經儲存、加壓，通過管道再供用戶或自用的形式。因此，二次供水是高層供水的唯一選擇方式。二次供水設施是否按規定建設、設計及建設的優劣直接關系到二次供水水質、水壓和供水安全，與人民群眾正常穩定的生活密切相關。二次供水設備，一般設在地上或地下室。有自來水的單位，運用該設備可以調度高峰用水量，增加水壓，能在高峰用水時，滿足大面積用水和高樓層用水。供水辦法選用“水箱--水泵—用戶”聯合供水的辦法，即水由市政至水箱，運用水泵提升和水箱調度流量。而現代物業管理中安全問題始終放在生產生活的首位。

1 問題分析

其總公司大樓是一幢九層大樓，三層及以上的供水是靠安裝在大樓對面的一幢三層大樓負二層的恒壓供水系統供給的。

去年初，其被總公司從裝修公司調到物業公司工程部做主管工作。到崗后，他首先檢查了總公司大樓的設備狀況。經檢查，他發現了最大的安全隱患就是安裝在負二層的恒壓供水的水箱，沒有故障、超水位報警。倚靠負一層停車場的值班人員偶爾到負二層巡察一下。他設想：一旦流量控制閥失控，水箱發生溢水事故，排水系統因長期少用，控制排污泵的浮球開關因長期處于靜態，觸點較易粘結而不能動合，使排污泵不能自動啟動。又因排污泵長期不啟動也會導致導水輪因銹蝕嚴重而粘結也難啟動，而大樓內同一層面的其他設備的影響，后果不堪設想。考慮到這些問題后，分析了要點結合工作工程實際，決定對安裝在負二層的水箱水位控制系統作更完善的改進，保證供水供電安全，消除安全隱患。

PLC 是新一代自動控制裝置，容易實現多狀態監控，功能齊全，安全穩定可靠，很適合現代公司的日常運營和管理。因此，決定將原來的管道流量控制閥控制水位改成PLC 結合硬件控制水箱水位，結合企業生產實際，保證企業經營效益。通過工程方案的不斷設計修改，最終把改進方案提交公司，得到公司的大力支持，獲準施工。

2 水箱水位安全控制系統結構設計

改進前只靠流量控制閥來控制水箱水位，屬機械控制。因此難以實現故障及超安全水位報警。改進后，加裝了水閘電磁閥、電動蝶閥、浮球開關（圖1 改進后的機械控制儲水箱），整個系統采用了PLC 控制。參看圖2 改進后PLC控制的儲水箱控制線路圖、對照表1 輸入、輸出設備與I/O對照表，系統設有手動/自動選擇開關。手動開關主要用來校驗報警指示燈、水閘電磁閥和電動蝶閥的開啟與關閉，便于檢查和維修。正常工作設置在自動狀態。系統還設置了電機故障及超安全水位報警指示燈，以及報警、電磁閥、電動蝶閥工作狀態指示燈，便于工作狀態的監視。

圖1 改進后的機械控制儲水箱

圖2 改進后PLC 控制的儲水箱控制線路圖

表1 輸入、輸出設備與I/O對照表

3 PLC 對水箱水位安全控制的工作原理

PLC 控制程序中采用了雙閥（水閘電磁閥、電動蝶閥）控制水箱給水，目的是雙保險。當其中某一個控制閥出了故障，另一個閥也能關閉，保證水箱給水不會失控。同時在急停操作中，水閘電磁閥可以迅速關閉水閘，縮短關閉時間，以求迏到急停目的。

■3.1 報警程序

電機故障報警是通過熱繼電器KH 的電流大于0.3A（設定值）時，X0 動作輸出Y2 實現的，并且迅速關閉水閘電磁閥。

超過安全水位報警，即水位越過浮球X10 或X12 不動作（故障），必然令X11 或X13 動作報警，但不會停止系統正常工作狀態，以免中斷用戶的供水。而故障不排除，報警指示燈是不會熄滅的。只有當X10 或X12 的故障排除了，報警指示燈才會熄滅，提醒維修人員要及時排除故障。

■3.2 手動/自動選擇程序

在SA1 復位的情況下，實現手動模式。可以通過X4、X5、X6、X7 來分別校驗報警指示燈、電磁閥、電機正反轉是否正常。選擇自動即可進入自動工作狀態。如遇到意外情況須緊急停止，可通過SB1 緊急停止按鈕緊急按停。一般情況下，停止可通過手動/自動開關轉換到手動狀態即可。

■3.3 水閥開啟程序

當水位下降到浮球D 翻轉時，X12 觸點動作，Y5 有輸出，電磁閥瞬間開啟，同時電機正轉（蝶閥開啟）。隨著電動蝶閥的開度續漸增加，水的流量也在增大中，碰到限位開關X14 后，電動蝶閥電機停止，水的流量最大。

■3.4 水閥關閉程序

當水位上升到浮球U 翻轉時，X10 觸點動作，Y6 有輸出。此時電磁閥Y3 設置了延時20 秒關閉。原因是瞬間關閉水閘電磁閥，水壓在水管內瞬間變化太大，會引起水壓對水管的強烈沖擊，而造成很大的震動聲音。因此，先啟動電動蝶閥電機反轉（蝶閥關閉），隨著蝶閥的開度持續減少，水的流量也在減少，碰到限位開關X15 后，電機停止（經過多次測試電動蝶閥的關閉過程約15 秒），同時電磁閥也復位關閉，水流停止。這樣處理可以讓水壓在管內平滑變化。因此，不會造成沖擊而發出震動聲音。

4 對安裝的要求

■4.1 浮球開關的安裝

浮球開關安裝在離進水口2m 外的位置，以免水箱進水時受到浪涌大的沖擊而令浮球滾動而出現誤動作，另一方面兩浮球之間距離不得小于2m，以免受到水的波動而互相纏繞，影響開關動作的準確性，進而影響到水位的預設位置。

■4.2 報警指示燈的安裝

報警指示燈安裝在負一層停車場值班室，以便于值班人員及時監控。而報警狀態指示燈及系統控制箱安裝在負二層水泵房內，便于觀察與操作。

5 系統的檢查、校驗與調試

■5.1 系統的檢查

用萬用表檢查系統各線路之間是否有錯接、短路現象。再用500V 搖表檢查蝶閥電機及水閘電磁閥的線圈對地絕緣電阻為多少，大于0.5MΩ 為正常，系統才能合閘供電。

■5.2 對PLC 控制系統的校驗

（1）報警程序：用手將浮球UL、DL分別翻轉，指示燈亮，再用導線將熱繼電器KH 常開觸點短接，指示燈亮，且都有狀態指示燈亮，正常。

（2）手動程序：將手動/自動開關置手動位置，HL1指示燈亮，分別按SB2、SB3、SB4、SB5 各狀態指示燈亮，且對應的報警指示燈、電磁閥、電動蝶閥電機的正反轉（用聲音判別）均有動作。電動蝶閥電機正反轉約15 秒后自動停止，證明電動蝶閥限位開關SQ1、SQ2 正常。

（3）自動程序：將手動/自動開關置自動位置，狀態指示燈HL2 亮，用手翻轉浮球D，KM1 吸合，電動蝶閥電機正轉，同時電磁閥開啟，相應狀態指示燈亮。碰電動蝶閥限位開關SQ2，KM1 釋放，電機停轉，正常。再用手將浮球U 翻轉，KM2 吸合，電機反轉，相應狀態指示燈亮。15秒左右，KM2 復位，電機停轉，5S 后電磁閥釋放，相應狀態指示燈滅，正常。

（4）急停程序：再次用手翻轉浮球D，讓電磁閥開啟，然后按急停按鈕，水閘電磁閥瞬間關閉，狀態指示燈從亮到滅，正常。

■5.3 浮球開關高低位置的安裝與調試

浮球開關高低位置的安裝，關鍵是最低水位控制。因為水位過低，若此時用水量大時，三泵運行，此時出水量大，流速大，會在水箱內出水口位置形成旋渦狀下陷，下陷底部觸及出水口時，空氣就會進入水泵，管網水壓就不能升高。

由于泵的控制是靠壓力傳感器（2）感應水壓來控制的，水壓迏不到設定值，水泵就不會停止工作。若用戶沒有用水（晚上）或水壓低用不到水，而水泵運轉不停，水停留在泵內高速旋轉，長時間摩擦，水溫升高發熱，有可能造成泵軸密封圈受熱變形而漏水。所以，最低水位不宜過低。但若過高，又會令水箱儲水高度的可控制有效空間縮小，令進水系統啟動頻繁。因此要調試到合適位置。具體操作是：往水箱放水，液面超過出水口半米左右，開始用手動方式逐一啟動三泵運行（此時要令管網大量放水），直到三泵一齊運行，觀察出水口旋渦下陷情況。此時三個供水閥開度最大，水箱水位不斷上升，直到旋渦消失，并能保持液面穩定。此時液面即為最低水位控制液面。在此液面上方固定浮球開關DL即可。然后再用DL 軟電纜的長度減小20cm，作為浮球開關D 的安裝長度。上水位浮球開關UL 安裝在溢水管出水口下方10cm 的位置，再用UL 軟電纜的長度增加20cm，作為浮球開關U 的安裝長度即可。

至此，系統的安裝調試完畢，可以投入正常使用。

6 小結

該系統經過一段時間的使用和觀察，運行穩定，可靠性高，效果良好，迏到預期的設計目的。在沒有現場值班人員的情況下，也能遠距離監控系統的故障出現，為迅速排除故障爭取到時間，大大提高了周邊設備的安全性。這一系統的改進，通過實際情況實際分析，進行工程成本控制，有較高的經濟效益。一方面保證了安全，一方面提高了企業的運營效益。相信能為與該公司環境、人員配備等現狀相仿的公司在設備管理上能提供一定的幫助和借鑒。值得一提的是PLC控制系統對比繼電器控制系統，具有體積小、功能強、運行穩定、可靠性高、編程簡單、安裝容易、維護方面等優點。目前在國內外電氣自動化領域得到越來越廣泛的應用，值得推廣使用。