一、硬件设计
1．控制系统设计要求
如下图所示，当水位到达水位界时，对应的水位开关闭合；当水位低于水位界时，对应的水位开关断开。
(1)水塔水位控制
当水塔水位低于低水位界时（S3为OFF），电机M开始工作抽水。直到水位达到高水位界处（S1为ON），电机停止工作；当水池里的水位低于低水位时（S4为OFF），电机不工作。
(2)水池水位控制
当水池水位低于低水位界时（S4为OFF），此时进水阀门Y线圈通电，开始进水，直到水池水位达到高水位处（S2为ON时），关闭阀门停止进水。
2．主控制电路
水塔水位控制系统的主控制电路如下图所示。抽水控制电路可采用小型抽水泵，3V直流电源供电，通过继电器的常开触点KA1与电机连接。进水控制电路部分采用交流220V，通过继电器的常开触点KA2与进水阀门连接。
3．PLC外部连接电路
(1)PLC的I/O口分配
需要用到2个输入端来连接水塔水位开关，2个输入端连接水池水位开关，2个输出端来连接水泵和进水阀门。
X000：水塔高水位
SlX001：水池高水位
S2X002：水塔低水位
S3X003：水池低水位
S4Y000：抽水
Y001：进水
(2)PLC的I/O连接
本控制是小系统没有特殊的控制要求，输入、输出触电数共有6个，只需选用一般中小型PLC即可。本设计采用三菱PLC的FXIS-20MR，PLC外部连接图如下下图所示。
二、软件设计
1．梯形图设计
用GX Developer软件设计PLC控制梯形图程序如下图所示。
当水塔水位低于下水位界（X002为OFF，X000为OFF），若同时水池的水位高于下水位界（X003为ON）时，X002的常闭触点闭合，X000的常闭触点闭合，X003的常开触点闭合，则Y000线圈通电驱动外部抽水电机工作。
由梯形图程序可知，若水池的水位低于下水位界（X003为OFF），即使水塔水位低，电机也不会进行抽水工作。
当水池水位低于下水位界（X003为OFF，X001为OFF），X003的常闭触点闭合，X001的常闭触点闭合，则Y001线圈通电驱动外部进水阀门通电工作。
2．指令表
水塔水位控制系统梯形图对应的指令表如下表所示。
三、安装调试
1．仿真调试
(1)软件调试
写完程序后可对软元件进行批量测试，使用GXDeveloper和GXSimulator软件进行模拟调试，这两种软件可用于三菱FX系列、A系列和Q系列PLC的编程、调试和模拟进行。
(2)实验箱调试
本制作利用了“THPLC-1可编程逻辑控制器实验箱”进行模拟仿真，PLC型号为FXIS-20MR。将程序写入PLC，利用两个发光二极管代替PLC输出端口Y控制的两个继电器，用多个开关代替PLC输入端口X控制的电源启动开关、水位开关，通过观察各发光二极管的发光情况，验证程序设计是否正确。
2．器件选用及安装
控制系统采用的元器件如下表所示。
(1)5脚中间继电器
继电器1脚和4脚是常开触头；1脚和5脚是常闭触头；2脚和3脚是线圈；线圈工作电压DC3V；当线圈正常通电后，常闭触头断开，常开触头闭合。
(2)水位开关
可采用液位浮球开关如下图所示，它具有体积轻巧，工作原理简单，可靠性高，价格便宜的特点。它主要由磁簧开关和浮子组成，浮子内有磁性材料，浮子随被测液位上下移动时，触动磁簧开关而检出液位位置。
水位开关有如下图所示的几种安装方法，本制作采用底部安装方法，为防止漏水，可用玻璃胶将安装口封住。安装调试时，先在无水的状态下进行调试，即手动将水位开关的浮子往上拨，用万用表的欧姆档测试水位开关是否闭合。
(3)进水阀门
可采用全自动洗衣机的进水阀门。此种阀门为交流电磁式，当接通交流电220V后，其内部衔铁在电磁线圈磁力的作用下，克服弹簧的弹力，推动隔膜，打开进水阀出水口。在断电情况下，由于内部有层隔膜，能压紧进水阀的出水口，使水流不出来，处于关闭状态。所以安装时，进水口要有一定的水压，可直接连接水龙头。若只是进行系统模拟，可在进水阀的进水口处垂直连接1米以上的硬水管，在水管的另外一头安装个水槽，使水从高处流入进水阀门进水口。注意进水阀接电源的插头部分要进行防漏电绝缘处理。
(4)抽水泵
小型抽水泵其主要用于桶装水的抽水，将其改装即可使用。安装时，将进水管与“模拟水池”
水槽垂直放置并固定，注意进水口不能碰到“模拟水池”水槽底部，根据模拟水塔和模拟水池之间的高度，适当切割水泵进水管的长度；该抽水泵内设有小电机，须从里面引线连接3V直流电源。
(5)水槽
可用废弃的水桶做成水槽，其中作为“模拟水塔”的水槽置于高处，作“模拟水池”的水槽置于低处。
确保电路连接正确后进行通电调试，验证系统控制功能是否符合要求，如果出现故障，应根据故障现象独立检修相关线路或修改梯形图，系统检修完毕应重新通电调试，直至系统正常工作。
本文关键字：设计制作 位置-距离控制电路，电器控制 - 位置-距离控制电路
上一篇：水泵抽水手动控制电路
