器组成的供水系统，当用水量很少时只开动辅助泵即可，系统检测到管压很低实会自动增加泵的数量或加快抽水速度的同时会关闭辅助泵，以满足用水需求；反之，会自动减泵或降低抽水速度。其原理框图如下图所示。
整个系统以PLC为核心，完成系统的控制功能。它主要负责将压力传感器传送来的标准电流信号与其内部预先设定好的初值进行比较，若两个值存在偏差，它就会输出一个标准的电流控制信号，传送给变频器的模拟量调节控制端。变频器根据送来的电流值的大小，产生一个与之对应的控制水泵速度的频率值，使水泵的供电频率发生变化，改变了水泵的运转速度，从而改变了向管道供水的压力大小，使管道的实际水压值恢复到预先设定好的值上。
3.1.2系统的工作原理
该系统具有手动和自动两种运行方式：
1.手动运行方式。选择此方式时，按启动按钮泵或停止按钮，可根据需要而分别启停各水泵。这种方式仅供检修或控制系统出现故障时使用。
2.自动运行方式
（1）启动程序。在自动运行方式下开始启动运行时，首先检测水
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池水位，若水池水位符合设定水位要求，辅助泵首先启动，如果检测到压力不合要求，再将变频交流接触器吸合，电机与变频器连通，水泵变频启动，变频器输出频率从0Hz开始上升，此时压力变送器检测压力信号反馈PLC，由PLC经PID运算后控制变频器的频率输出；如压力不够，则频率上升至50Hz，延时一定时间后，将变频泵切换为工频，另一变频交流接触器吸合，变频启动水泵，频率逐渐上升，直至出水压力达到设定压力，依次类推增加水泵。
（2）水泵切换程序。如用水量减小，出水压力超过设定压力，则PLC控制变频器降低输出频率，减少出水量来稳定出水压力。若变频器输出频率低于某一设定值（水泵出水频率，一般为25Hz），而出水压力仍高于设定压力值时，PLC开始计时，若在一定时间内，出水压力降低到设定压力，PLC放弃计时，继续变频调速运行；若在一定时间内出水压力仍高于设定压力，根据先投先停的原则，PLC将停止正在运行的水泵中运行时间最长的工频泵，直至出水压力达到设定值。
（3）启动小流量泵。对于居民生活供水或其它用水时段性较强的供水系统，可设置一台小流量水泵。例如在晚上12点到凌晨5点，居民生活用水很少，一台15kW的水泵为了维持供水压力也需要长时间工作在25Hz左右，电动机不仅要消耗十几个千瓦的电能，同时还要长期工作在低频状态，大大影响电动机的寿命。若系统中设置一台5KW左右的小流量水泵，为了维持出水压力，由小流量水泵变频工作，不仅电动机工作在较高频率，而且消耗的电能也很小。在小流量水泵的选择上，其功率一般是主水泵功率的1/4到1/6，扬程和主泵相同。
(4)水池水位检测。在自动供水的过程中，PLC实时检测水池水位，若水位低于设定的报警水位时，蜂鸣器发出缺水报警信号；若水位低于设定的停机水位时，停止全部水泵工作，防止水泵干抽，并发出停
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机报警信号；若水池水位高于设定的水池上限水位时，自动关断水池给水管电动阀门。
(5)自动启动。有时电源会突然断电，若无人值班，恢复供电后若系统无法启动会造成断水，为此本系统设置了通电后自动变频启动方式。在电源恢复后，PLC会发出指令，蜂鸣器发出警告，然后按自动运行方式变频启动1#泵，直到稳定地运行在给定水压值。
(6)消防报警。当出现消防报警信号时，系统立即按照消防压力运行。
(7) 故障处理。变频故障从冗余设计原则考虑，在变频器发生故障时也要不间断供水。当变频器突然发生故障，蜂鸣器报警，PLC发指令使全部水泵停机，然后1#泵工频运行（若水泵功率大于37KW，则需要采用降压启动或其它启动方式），经一定延时后根据压力变化情况再使2#泵工频运行。此时，PLC切换泵则根据实际水压的变化在工频泵间切换。当出现水池无水停机、电动机欠压、过压、错相、电机故障等情况时，均能由蜂鸣器发出警报声。条件许可时可以添加MODEM模块，在变频器、电动机发生故障时能通过远程通信口拨叫值班人员电话，通知有关人员前来维修。所有故障解决、恢复正常后，自启动前也要发出报警信号。
3.2系统的理论分析
3.2.1恒压控制的理论模型
对变频恒压供水的主要特点进行分析，我们可以得出如下结论:变频调速恒压供水系统控制对象是一个时变的、非线性的、滞后的、模型不稳定的对象。对它的控制仍属于工业过程控制的范畴，它以供水出口管网水压为控制目标，在控制上实现出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力可以是一个常数，也可以是一个时间分段函数，在每
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一个时段内是一个常数[3]。所以，在某个特定时段内，恒压控制的目标就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上。变频恒压控制的原理图如下：
从恒压控制的原理图中可以看出，在系统运行过程中，如果实际供水压力低于设定压力，控制系统将得到正的压力差，这个差值经过计算和转换，计算出变频器输出频率的增加值，该值就是为了减小实际供水压力与设定压力的差值，将这个增量和变频器当前的输出值相加，得出的值即为变频器当前应该输出的频率。该频率使水泵机组转速增大，从而使实际供水压力提高，在运行过程中该过程将被重复，直到实际供水压力和设定压力相等为止。如果运行过程中实际供水压力高于设定压力，情况刚好相反，变频器的输出频率将会降低，水泵机组的转速减小，实际供水压力因此而减小。同样，最后调节的结果是实际供水压力和设定压力相等。 3.2.2变频恒压供水的近似数学模型
由于变频调速恒压供水系统的控制对象是一个时变的、非线性的、滞后的、模型不稳定的对象，我们难以得出它的精确数学模型，只能进行近似等效。
水泵由初始状态向管网进行恒压供水，供水管网从初始压力开始启动水泵运行，至管网压力达到稳定要求时经历两个过程:水泵将水送到管网中，这个阶段管网压力基本保持初始压力，这是一个纯滞后的过程;水泵将水充满整个管网，压力随之逐渐增加直到稳定，这是一个大时间常数的惯性过程。
系统中其他控制和检测环节，例如变频环节、继电控制转换、压力检
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测等的时间常数和滞后时间与供水系统的时间常数和滞后时间相比，可忽略不计，均可等效为比例环节。因此，恒压供水系统的数学模型可以近似成一个带纯滞后的一阶惯性环节，即可以写成:
Ke??sG(s)?Ts?1
式中:K为系统的总增益，T为系统的惯性时间常数，τ为系统滞后时间。
4 变频恒压供水系统的设计
本系统设计的是一个三水泵生活/消防双恒压无塔供水系统。市政管网来的自来水经过电动阀门控制自动把水注入水池，水位达到上限时阀门自动关闭，停止注水；水位低于下限值时，阀门打开，对水池进行注水。水池的高低水位信号也直接传送给PLC，作为高低水位报警。为了保证供水的连续性，水位上下限传感器的高低距离较小。
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