水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统，传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点[1]。在水资源日益匮乏的今天，节约用水、提高水资源的利用率就显得十分必要。传统的水塔水位控制为粗放式的，基本没有对水泵的合理控制，且多为人力控制工作强度大、危险。所以除了浪费电能外，还造成了人员的浪费。采用新型的plc控制供水方式与过去旧的控制方式相比在运行的经济性、可靠性、稳定性等方面有显著优势，特别是在提倡低碳的情况下有很好的节能效果，且由于plc强大的扩展性可以适应今后城市供水建设的发展需要。
2 水塔水位控制原理
水塔水位控制的原理图如图1所示。
其中，水塔和蓄水池的传感器将表示液位的模拟量信号输入plc中，再由plc对数据进行分析、处理后进行相应的输出控制，输出控制为对水泵、电磁阀和报警灯的控制。
图1 水塔水位控制原理图
3 控制系统的控制要求
本设计水池和水塔分别各自采用一个液位传感器，以为量取其各自的高低水位。它们传输的数据传往plc(可编程逻辑控制器)，然后经由plc进行数据处理、比较，最后输出控制水泵和电磁阀。
系统通过plc启动后，当水池液位低于水池传感器下限液位时，电磁阀打开，开始往水池里注水，当5s以后，若水池液位没有超过水池传感器下限液位时，则系统发出警报。报警形式为光报警，表现为红色指示灯每隔0.5s闪烁一次。待水位开始上升并被相应的液位传感器检测到时自动熄灭。若系统正常，此时水池传感器下限液位向plc输入一个固定值现在水位高于下限水位。当水位液面高于上限水位时，电磁阀关闭停止向水池注水。
当水塔水位低于水塔下限水位时，则水塔传感器下限水位检测不到有水，水泵开始工作，向水塔供水，当10s以后，若水塔液位没有超过水塔传感器下限液位时，则系统发出警报。报警形式为光报警，表现同样为红色指示灯每隔0.5s闪烁一次。当水塔传感器下限检测到有水时，表示水塔水位高于水塔下限水位，此时水泵继续向水塔注水。当水塔液面高于水塔上限水位时，则水塔传感器上限水位检测到有水，水泵停止抽水。
当水塔水位低于下限水位，同时水池水位也第一下限水位时，水泵不能启动。
图2 系统流程图
4 系统的plc设计
4.1系统的输入输出分配
确定plc所需要的各类继电器，对其输入和输出进行分配与编号。本设计共使用了2个输入和8个输出，控制中还包括水泵的星型-三角形启动方式。
4.2系统工作流程图
图2为系统工作的流程图。
4.3系统程序
在程序编写过程中，设两个液位传感器均为输出4-20ma标准流信号，且范围相同。考虑到蓄水池水位应高于水塔水位这样才可以将水塔注满水，所以设蓄水池的高液位限制对应的电流为18.75ma(相应plc内部数字量为30000)，水塔的高液位限制对应的电流为17.5ma(相应plc内部数字量为28000)。两个传感器的低液位限制相同都为4ma(相应plc内部数字量为6400)。具体程序如下：
ld i0.0
o m0.1
movw aiw0, vw0
aeno
aw= vw0, 6400
ton t37, 50
= m0.1
ld t37
aw= vw0, vw0
a sm0.5
= m0.2
ld m0.1
eu
s q0.0, 1
ld q0.0
= q0.2
ld m0.2
= q0.1
ldw= vw0, 28000
r q0.0, 1
ldn q0.0
movw aiw2, vw2
aeno
aw= vw0, 28000
aw= vw2, 6400
ton t38, 100
ld t38
aw= vw2, vw2
a sm0.5
= m0.3
ld m0.3
= q0.3
ldw= vw0, 28000
aw= vw2, 6400
s q0.4, 1
ld q0.4
o q0.5
an i0.1
an t39
an q0.6
= q0.5
ton t39, 50
ld t39
o q0.6
an q0.5
= q0.6
a q0.4
= q0.7
ldw= vw2, 30000
r q0.4, 1
4.4系统的模拟仿真
程序编写完成后，将其导入plc模拟仿真中(见图3)。考虑到本文所用输入输出个数和现实需要，所以选择西门子s7-200系列的cpu224模块加扩展模块em231。设置em231模块的模拟量输入来代替两个液位传感器的传输的模拟量。
通过观察模拟仿真中各个输入输出状态，可验证程序编写的正确性，其满足系统的控制要求。
图3 模拟仿真图
5 总结
本文给出了一个plc水塔水位系统的控制设计，通过对传感器所传数据的分析处理从而完成了对水塔水位的控制。由于水位自动控制，因此减少了工作人员的工作量有利于人员的合理配置。
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