下水箱液位控制系统
沈阳理工大学课程设计
I 摘要
液位控制是常见的工业过程控制之一，它广泛运用于水塔、锅炉、高层建筑水箱、罐、工业化工槽等受压容器的液位测量。随着科技的进步，人们对生产的控制精度要求越来越高，所以提高液位控制系统的性能显得十分重要。
本文介绍了一种基于组态软件WinCC和西门子STEP 7的下水箱液位控制系统的设计过程。控制对象为实验室的水箱液位设备，采用以太网进行通讯，用软件完成了系统硬件配置，实现了任意液位高度的手动/自动调节。在系统远程监控方面，利用WinCC软件进行了远程监控界面的设计，通过对液位数据的采集、处理、输出处理，实现了对液位高度的实时监控、自动/手动的无扰切换、报警显示等功能。
关键词：液位控制；实时监控；以太网；WinCC软件沈阳理工大学课程设计
II Abstract
The level control is one of the common industrial process control,
it is widely used in cooling towers, boilers, high-rise buildings, water
tanks, tanks, industrial chemical tank level measurement of the pressure
vessel. With the advances in technology, production control accuracy
requirements are high, so to improve the performance of the liquid level
control system is very important.
This paper introduces a kind of based on Wincc configuration software and
Siemens STEP 7 under the tank liquid level control system of the design
process. This design uses the Ethernet communication, the software
system hardware configuration, design and debugging of various modules
of the ladder to achieve a any level of a high degree of manual / automatic
adjustment. Wincc software system RMON RMON interface design, the level
of data collection, processing, output processing, the liquid level in
the real-time monitoring, automatic / manual bumpless switching, alarm
display and other functions.
Keywords: evel control;data collection;Siemens STEP 7;Wincc software
沈阳理工大学课程设计
III 目 录
1绪 论 ............................................................. 1
1.1过程控制.......................................................................................................... 1
1.2 液位控制系统的组成..................................................................................... 1
1.3液位控制系统的功能...................................................................................... 2
1.4本论文的主要内容与方法.............................................................................. 3
2 系统软件介绍...................................................... 4
2.1PLC的发展及过程控制简介 .......................................................................... 4
2.2STEP7简介 ...................................................................................................... 4
2.3组态软件WinCC ............................................................................................ 5
3 下水箱液位控制系统设计............................................ 6
3.1单回路过程控制系统概述.............................................................................. 6
3.2被控对象的选择.............................................................................................. 7
3.3 仪表选择......................................................................................................... 7
3.3.1检测变送仪表的选择........................................................................... 7
3.3.2 执行器的选择...................................................................................... 7
3.3.3 控制器的选择...................................................................................... 8
4 系统调试.......................................................... 9
4.1 系统模型....................................................................................................... 9
4.2 控制规律..................................................................................................... 10
4.3 调试过程..................................................................................................... 10
5 结论分析......................................................... 17
总结............................................................... 18
参考文献........................................................... 19 沈阳理工大学课程设计
1 1绪 论
1.1过程控制
液位自动控制是通过控制投料阀来控制液位的高低，当传感器检测到液位设定值时，阀门关闭，防止物料溢出；当检测液位低于设定值时，阀门打开，使液位上升，从而达到控制液位的目的。在制浆造纸工厂中，常见有两种方式的液位控制：常压容器和压力容器的液位控制，例如浆池和蒸汽闪蒸罐。液位自动控制系统有液位变送器（或差压变送器）、电动执行机构和液位自动控制器构成。根据用户需要也可采用控制泵启停或改变电机频率方式来进行液位控制。结构简单，安装方便，操作简便直观，可以长期连续稳定在无人监控状态下运行。
控制器、执行机构、测量变送器都属于自动化仪表，他们都是围绕被控对象工作的。因此，对被控对象的动态特性进行深入了解是过程控制的一个重要任务。只有深入了解被控对象的动态特性，了解他的内在规律，了解被控对象的性能指标，为控制系统的设计提供一个标准。性能指标确定后，设计出合理的控制方案，也离不开对被控对象动态特性的了解。有了正确的控制方案，控制系统中控制器，测量变送器、执行器等仪表的选择，必须以被控对象的特性为依据。在控制系统组成后，合适的控制参数的确定及控制系统的调整，也完全依赖于对被控对象动态特性的理解。过程控制的被控对象设计的范围很广。被控对象不一定是指一个具体的设备，不少情况下被控对象是指一个过程。有些过程可能涉及好几种设备，而在有些设备内部可能包括几个过程。
1.2 液位控制系统的组成
本论文对水箱液位控制系统的设计是一个简单控制系统，所谓简单液位控制系统通常是指由一个被控对象、一个检测变送单元（检测元件及变送器）、一个控制器和一个执行器（控制阀）所组成的单闭环负反馈控制系统，也称为单回路控制系统。
简单控制系统有着共同的特征，它们均有四个基本环节组成，即被控对象、测量变送装置、控制器和执行器。 沈阳理工大学课程设计
2
图1-1 闭环控制结构框图
由这个简单控制系统通用的框图设计出水箱液位控制系统的原理框图如图1-2所示。
图1-2 水箱控制系统结构框图
这是单回路水箱液位控制系统，单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的恒定参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用工业智能仪表控制。
水箱液位自动控制系统设计
水箱液位自动控制系统设计
1 / 24 第一章 水箱液位自动控制系统原理
液 位自动控制是通过控制投料阀来控制液位的高低，当传感器检测到液位设定值时，阀门关闭，防止物料溢出；当检测液位低于设定值时，阀门打开，使液位上升，从而达到控制液位的目的。在制浆造纸工厂常见有两种方式的液位控制：常压容器和压力容器的液位控制，例如浆池和蒸汽闪蒸罐。液位自动控制系统由液位变送器（或差压变送器）、电动执行机构和液位自动控制器构成。根据用户需要也可采用控制泵启停或改变电机频率方式来进行液位控制。结构简单，安装方便，操作简便直观，可以长期连续稳定在无人监控状态下运行。
应用范围
在制浆造纸过程中涉及的所有池、罐、槽体液位自动控制。
图1.1
中，是控制器的传递函数，是执行机构的传递函数，是测量变送器的传递函数，是被控对象的传递函数。图5.1中，控制器，执行机构、测量变送器都属于自动化仪表，他们都是围绕被控对象工作的。也就是说，一个过程控制的控制系统，是围绕被控现象而组成的，被控对象是控制系统的主体。因此，对被控对象的动态特性进行深入了解是过程控制的一个重要任务。只有深入了解被控对象的动态特性，了解他的内在规律，了解被控辩量在各种扰动下变化的情况，才能根据生产工艺的要求，为控制系统制定一个合理的动态性能指标，为控制系统的设计提供一个标准。性能指标顶的偏低，可能会对产品的质量、产量造成影响。性能指标顶的过高，可能会成不必要的投资和运行费用，甚至会影响到设备的寿命。性能指标确定后，设计出合理的控制方案，也离不开对被控动态特性的了解。不顾被控对象的特点，盲目进行设计，往往会导致设计的失败。尤其是一些复杂控制方案的设计，不清楚被控对象的特点根本就无法进行设计。有了正确的控制方案，控制系统中控制器，测量变送器、执行器等仪表的选择，必须已被控对象的特性为依据。在控制系统组成后，合适的控制参数的确定及控制系统的调整，也完全依赖与对被控水箱液位自动控制系统设计
PLC水箱液位控制系统毕业设计
PLC水箱液位控制系统毕业设计
PLC水箱液位控制系统是一种基于可编程逻辑控制器（PLC）的自动控制系统，用于监测和调节水箱中的液位。这个系统可以应用于各种场景，比如工业生产中的水箱液位控制、建筑物的水池液位控制等。在本篇文章中，将详细介绍PLC水箱液位控制系统的设计和实现。
首先，我们需要对PLC水箱液位控制系统的硬件进行设计。其中包括传感器模块、执行器模块和PLC控制器。传感器模块用于监测水箱中的液位，可以选择合适的液位传感器，如浮球开关、超声波传感器等。执行器模块用于控制水箱中的液位，可以选择水泵或阀门等执行器。PLC控制器用于接收传感器模块的信号，根据预设的控制策略来控制执行器模块的工作。同时，还需要考虑电源模块、通信模块等其他辅助模块。
接下来，我们需要对PLC水箱液位控制系统的软件进行设计。PLC控制器通常使用Ladder Diagram（梯形图）进行编程。在本设计中，我们可以根据液位传感器的信号来控制执行器的开关。当液位低于一定阈值时，PLC控制器可以启动水泵或打开阀门，以增加水箱中的液位。当液位高于一定阈值时，PLC控制器可以停止水泵或关闭阀门，以减少水箱中的液位。同时，我们还可以增加一些安全措施，如设置最大液位和最小液位报警，当液位超出范围时，PLC控制器可以发出警报信号或采取相应的措施。
在实际应用中，我们还可以通过人机界面（HMI）来对PLC水箱液位控制系统进行监控和操作。通过HMI，我们可以实时查看水箱中的液位，修改控制策略，记录操作日志等。同时，我们还可以将PLC水箱液位控制系统与上位机进行通信，实现远程监控和控制。 最后，我们需要对PLC水箱液位控制系统进行实验验证。在实验中，我们可以模拟不同的液位情况，观察PLC控制器的响应和执行器的工作情况。通过实验，我们可以测试系统的稳定性、精度和可靠性，并对系统进行优化和改进。
总结而言，PLC水箱液位控制系统是一种自动控制系统，用于监测和调节水箱中的液位。通过合理设计硬件和软件，可以实现对水箱液位的精确控制，提高生产效率和资源利用率。这个毕业设计可以为学生提供一个锻炼和展示自己技术能力的机会，并为工业生产和生活提供一种实用的控制方案。
基于S7-1200PLC的水箱液位控制系统的设计
基于S7-1200PLC的水箱液位控制系统的设计
重庆科技学院
摘 要
水箱液位控制系统是一种用于监测、控制水箱液位的自动化设备。它通过搭载传感器、控制器和执行机构等组件，实现对水箱液位的实时监控和自动控制。通常，水箱液位控制系统由传感器，控制器，执行机构。水箱液位控制系统的使用范围广泛，包括建筑物、工业生产、农业灌溉、城市给排水和环保等领域。它具有结构简单、安装方便、实时性强等特点，该系统能够提高水资源的利用效率、减少用水浪费和防止水源的污染。
本文基于S7-1200 PLC实现水箱液位控制系统设计。该系统由硬件和软件两部分组成，硬件包括PLC、人机界面触摸屏、传感器、执行器等；软件实现传感器数据处理、PID稳态控制、安全等功能；
关键词：液位控制 PLC PID 传感器
重庆科技学院本科生毕业设计
3水箱液位控制系统硬件设计
1绪 论
在工业领域，几乎在各个行业都会或多或少的涉及到液位的检测等问题，然而液位变量具有延迟滞后性，参数不稳定，复杂多变等问题，因此，这就需要本文采取更为精确的控制器去实现液位变量的检测。传统控制具有很多缺陷：比如精度低、速度慢、灵敏度低等。一个稳定的液位系统，可以保证安全可靠的工业生产、高效的生产效率、充分合理的利用能源等，大大提高了工业生产的经济价值。日益激烈的市场竞争，要求本文的控制技术必须更加先进，此前的控制技术已落伍，显然无法满足需求，这种对先进技术的需求加速了可编程逻辑控制器的问世。引入PLC控制器后，能够使控制系统变得更集中、有效、及时。
2水箱液位控制总体方案设计
2.1水箱液位控制系统实际应用特征
水箱液位控制系统是一种广泛应用于水箱的自动化控制系统，常见于民用和工业领域。实际应用中，水箱液位控制系统具有以下特征：
①实时性强：系统能够实时检测水箱内的液位信息，并根据液位变化及时控制水泵的启停，保证水位稳定。
毕业设计-水箱液位控制系统设计
济南铁道职业技术学院
毕业设计
题 目：水箱液位控制系统设计
系 别：电气工程系
专 业：电气自动化
班 级：0631班
****：***
****：**
1 目 录
任务书 ............................................................. 2
摘要 .............................................................. 3
1 绪论 ............................................................ 4
1.1 过程控制的定义 ................................................ 4
1.2 过程控制的目的 ................................................ 4
1.3 过程控制的特点 ................................................ 5
1.4 过程控制的发展与趋势 ........................................... 5
2 水箱液位控制系统的原理 .......................................... 6
2.1 人工控制与自动控制 ............................................ 6
2.2 水箱液位控制系统的原理框图 ................................... 7
2.3 水箱液位控制系统的数学模型 .................................. 8
3 水箱液位控制系统的组成 .......................................... 11
水箱液位控制系统建模与控制器设计(可编辑优质文档)
水箱液位控制系统建模与控制器设计（可编辑优质文档）
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课 程 设 计
姓 名： 学 号：
学 院：
专 业：
设计题目： 水箱液位控制系统建模与控制器设计
指导教师： 职 称：
年 月
水箱液位控制系统建模与控制器设计
一、 设计目的
“THJFCS-1型现场总线过程控制系统实验装置”是从高校自动化相关专业教学实验的需求出发，采用代表自动化行业技术潮流的现场总线技术，开发出来的进行通讯和远程控制网络化和数字化实验装置。通过在过程控制实验台上对液位进行控制实验，掌握过程控制系统的基本概念，能够综合运用所学控制理论知识分析解决实际问题。
二、 设计要求
要求严格遵守实验室安全制度及学生实验守则，完成规定实验内容，在尊重实践的基础上作好实验记录，不能有任何伪造数据出现，根据实验数据运用所学知识进行分析总结。之后独立完成设计论文的编写。
三、 设计内容
1、 过程控制系统基本理论复习。
2、 熟习过程控制实验台。
3、 具体针对双容水箱液位PID控制及计算机控制进行实验，了解各系统的结构与组成，明确各系统的被控对象、执行机构、调节器及测量变送单元分别是什么。记录数据并做出相应曲线，分析各自特点及参数变化对系统性能的影响。用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。比较不同PI参数对系统的性能产生的影响。
(2021年整理)下水箱液位前馈反馈控制系统
（完整）下水箱液位前馈反馈控制系统
（完整）下水箱液位前馈反馈控制系统
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本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快 业绩进步，以下为（完整）下水箱液位前馈反馈控制系统的全部内容。
（完整）下水箱液位前馈反馈控制系统
下水箱液位前馈反馈控制系统实验
一、实验目的
1、学习前馈—反馈控制的原理。
2、了解前馈-反馈控制的特点。
3、掌握前馈—反馈控制的设计.
二、实验设备
A3000-FS/FBS现场系统，任意控制系统。
三、实验原理
1、控制原理
前馈控制又称扰动补偿，它与反馈调节原理完全不同，是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化，当干扰刚刚出现而能测出时，调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化,使两者抵消与被调量发生偏差之前。因此，前馈调节对干扰的克服比反馈调节快。但是前馈控制是开环控制。其控制效果需要通过反馈加以检验.前馈控制器在测出扰动之后，按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值.如果没有反馈控制，则这种校正作用只能在稳态下补偿扰动作用。
如图6-12所示。设法保持下水箱液位，是用两个水泵注水。 （完整）下水箱液位前馈反馈控制系统
图6—12 前馈－反馈控制系统原理图
如果支路一出现扰动，经过流量计测量之后，测量得到干扰的大小，然后在第二个支路通过调整调节阀开度，直接进行补偿.而不需要经过调节器。
如果没有反馈，就是开环控制，这个控制是有余差的.增加反馈通道，使用PI进行控制，如图6-12所示。
液位控制系统
自动控制原理大作业
题目： 液位自动控制系统的时域分析
学号： *********
班级： 电气工程1401班
姓名： ***
完成时间： 2016年 12 月 5 日
1.系统工作原理 如图为液位自动控制系统原理示意图，通过这个系统，我们希望，在任意情况下，液面的高度维持不变。
工作原理：电位器电刷位于中点位置时，电动机不动，控制阀门有一定的开度，使水箱中流入水量与流出水量相等，从而液面保持在希望高度上。一旦流入水量或流出水量发生变化，水箱液面高度便相应变化。此时，水箱液面下降，浮子位置相应下降，知道电位器电刷回到中点位置，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度，反之，若水箱液面下降，则系统会自动增大阀门开度，加大流入的水量，使液面升到给定的高度。
2数学模型
浮子、杠杆、电位计
浮球杠杆测量液位高度的原理式
𝑈0=Ub△h/al 式中𝑈0为电位计的输出电压，U为电位计两端的总电势，b/a为杠杆的长度比，△h为高度的变化，l为电位计电阻丝的中点位置到电阻丝边缘的长度。
拉氏变换
𝑈0(s)=Ub△h(s)/al
式中a=8cm,b=2cm,U=60V,l=2.5cm。
故，传递函数为，𝐺1（s）=𝑘1，𝑘1=6。
（2）微分调理电路
对输入电压进行调理，传递函数为𝐺2（s）=𝑘2s。
其中，𝑘2=1。
（3）电动机
传递函数为𝐺3（s）=𝑘3/（𝑇1s+1）
其中，𝑘3=30，𝑇1=2。
（4）减速器
比例环节，减速比为1/5。
所以，传递函数为𝐺4（4）=1/5。
（5）控制阀
这是积分环节，流入口宽为l=16cm，高为h=15cm，流入速度v=46cm/s，流出速度u=40cm/s，输入量为减小后的转速n，控制阀每转一圈，进水口的开度改变量为1cm，输出量为Q, Q与n的原理式如下：
题目5 三容水箱液位定值控制系统
题目5 三容水箱液位定值控制系统
一、程设计主要任务及要求
1、了解三容水箱液位定值控制系统的结构和组成。
2、应用经验法和动态特性参数法进行三阶系统PID调节器参数的整定。
3、分析PI、PID两种控制方式对本控制系统的作用。
4、研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。
二、课程设计使用的实验设备实验设备
1. THJ-FCS型高级过程控制系统实验装置。
2. 计算机及相关软件。
三、工作原理
本控制系统结构图和方框图如图5-1所示。
图5-1 三容液位定值控制系统
(a)结构图 (b)方框图
控制系统以上、中、下三只水箱串联作被控对象，下水箱的液位高度为系统的被控制量。由第二章双容特性测试实验可知，三容对象是一个三阶环节，它可用三个惯性环节来描述。本实验要求下水箱液位稳定至给定量，将压力传感器LT3检测到的下水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制气动调节阀的开度，以达到控制下水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。调节器的参数整定可采用本章第一节所述任意一种整定方法。 四、控制系统流程图
控制系统的流程图如图5-2所示。
图5-2 实验控制系统的流程图
在本实验中，被控量下水箱液位（检测信号LT3）和执行机构阀门定位器均为带PROFIBUS-PA通讯接口的部件，挂接在PROFIBUS-PA总线上，二者通过不同的访问地址加以区分，PROFIBUS-PA总线通过LINK和COUPLER组成的DP链路与PROFIBUS-DP总线交换数据，PROFIBUS-DP总线上挂接有控制器CPU315-2 DP，由于PROFIBUS-PA总线和PROFIBUS-DP总线都是双向传输的通讯网络，这样既完成了现场测量信号到CPU的传送，又使得控制器CPU315-2 DP发出的控制信号经由PROFIBUS-DP总线到达PROFIBUS-PA总线来控制执行机构阀门定位器。
水箱液位自动化PLC控制系统
水箱液位自动化PLC控制系统
基于PLC的液位控制系统是一种以液位为控制参数的控制系统，目前已广泛应用于各种工业生产领域，例如水箱液位自动化PLC控制系统。液位控制通常是以特定液位进行自动控制调整以达到所需的精度要求。基于PLC的控制系统不仅满足了液位控制的精度要求，同时也提高了系统控制的可操作和可靠性。因此，对基于 PLC 的液位控制系统研究很有必要。
水箱液位自动化PLC控制系统较传统电气控制而言，PLC 具有控制方式上可操作性强、拥有扫面工作方式、控制速度反应快、不易受其他因素干扰、定时范围广、稳定性好、成本低、使用方便、形象直观、容易升级等优点。图1为液位系统控制原理图，其原理主要是通过传感器接收装置，经过AD/DA转换成数字，计算机接收到该信号并判断是否达标。
当液位低于水箱下限位X2时，水箱下限位警示灯亮，同时补液电机Y2打开，使得水箱液位上升。当液位达到水箱上限位X1时，水箱上限位警示灯亮，同时补液电机Y2关闭，使得水箱液位下降。从而使得水箱里面的水位稳定于正常态。
水箱液位自动化控制系统PLC机型选型上，鉴于系统在设计过程中未包含过多传感器，优先选择了三菱公司生产的FX3U－16MT/ES－A系列PLC控制器，这款输出规格为晶体管( 漏型) 的继电器，控制点数实际为16点，输入输出各占8点。 液位传感器选用静压投入式液位变送器(液位计)，该液位计精度高且环保，对于系统的控制可以达到实时监控的要求，而所设计的系统需实时对液位进行感应，工作环境精度要求较高，所以该类别液位计保证了对液位进行实时调控，避免水位溢出，造成工业上的安全隐患。将所选好的液位计安插在水槽的上下限位中，当液位低于水槽下限位时，液位计感应到水位下降，同时获取液位过低信号，通过信号处理器传入PLC，PLC感应到信号后，对外输出判断信号，驱动供水电机驱动，使得水位上升。
物业水池、水箱的液位控制和配置
物业水池、水箱的液位控制和配置
一、水池
贮水池液位控制所用的液位器，应用较广泛的是浮球阀，其开关电气触头的通断传递液位上下限信号，自动启停供水泵供水。进水阀多半由浮球控制，进水阀的动作正常与否，关系到水池的储水量。
二、水箱的配管、附件和设置要求
1.进水管：管径可按水泵出水量或管网设计每秒流量计算确定。进水管至水箱上缘应有150~200mm距离，进水管上应设置浮球阀或液位控制阀等以控制水泵的起停。需要有防回流污染的措施。
2.出水管：从水箱侧壁接出时，水口下缘距箱底的距离也应大于150mm，以防沉淀物进入配水管网。出水管应设阀门以利检修。出水管管径应按管网设计每秒流量计算确定。进水管和出水管合用一条管道时，出水管上应设置止回阀。
3.溢流管：溢流管口应在水箱设计最高水位以上50mm处，管径按水箱最大出流入量确定，一般应比进水管大1~2级。溢流管上不允许设阀门，其管道口设防虫网。
4.水位信号装置：是水位控制阀失灵报警的装置口，若水箱液位与水泵控制联锁，则可在水箱侧壁或顶盖上安装液位继电器或信号器，采用自动水位报警装置。
5.排水管：由箱底接出用于放空水箱或排出冲洗水箱之污水，与溢流管相连。排水管上应设置阀门。
6.泄水管：从箱底接出可与溢流管相连公用一根排水管，泄水管上装饰内螺纹和法兰闸阀不允许设置截止阀。
7.通气管：供生活饮用水的水箱，贮水量较大时，宜在箱盖上设通气管，以使水箱内的空气流通，其管径一般≥50mm，管口应朝下并设防虫网。
8.水箱有效容积：如生活和生产用水共用一个水箱时，水箱有效容积应满足生活或生产调节水量。
9.水箱的设置：水箱的安装高度应满足建筑物内最不利配水点所需的流出水头，一般对应最不利配水点应有7~10m水柱，减压水箱安装高度一般需高出其供水分区3层以上。水箱底与其安装地面应有0.4m距离。
水箱应设置检修孔并加盖。如水箱安装在室内，水箱顶到建筑结构最低点间距应不小于0.6m，圆型水箱距墙面距离应不小于0.8m（有阀侧）和0.5m（无阀侧），矩形水箱距墙面距离应补小于1.0m（有阀侧）和0.7m（无阀侧），水箱间净距应不小于0.7m。