系统中，其频率调节的范围是有限的，不可能无限地增大和减小。当正在变频状态下运行的水泵电机要切换到工频状态下运行时，只能在50Hz时进行。由于电网的限制以及变频器和电机工作频率的限制，50Hz成为频率调节的上限频率。当变频器的输出频率己经到达50Hz时，即使实际供水压力仍然低于设定压力，也不能够再增加变频器的输出频率了。要增加实际供水压力，正如前面所讲的那样，只能够通过水泵机组切换，增加运行机组数量来实现。另外，变频器的输出频率不能够为负值，最低只能是0Hz。其实，在实际应用中，变频器的输出频率是不可能降低到0Hz。因为当水泵机组运行，电机带动水泵向管网供水时，由于管网中的水压会反推水泵，给带动水泵运行的电机一个反向的力矩，同时这个水压也在一定程度上阻止源水池中的水进入管网，因此，当电机运行频率下降到一个值时，水泵就己经抽不出水了，实际的供水压力也不会随着电机频率的下降而下降。这个频率在实际应用中就是电机运行的下限频率。这个频率远大于0Hz,具体数值与水泵特性及系统所使用的场所有关，一般在20Hz左右。由于在变频运行状态下，水泵机组中电机的运行频率由变频器的输出频率决定，这个下限频率也就成为变频器频率调节的下限频率。
在实际应用中，应当在确实需要机组进行切换的时候才进行机组的切换。所谓延时判别，是指系统仅满足频率和压力的判别条件是不够的，如果真的要进行机组切换，切换所要求的频率和压力的判别条件必须成立并且能够维持一段时间（比如1-2分钟），如果在这一段延时的时间内切换条件仍然成立，则进行实际的机组切换操作；如果切换条件不能够维持延时时间的要求，说明判别条件的满足只是暂时的，如果进行机组切换将可能引起一系列多余的切换操作。
3 变频恒压供水系统的硬件设计
3.1 PLC选型及接线
3.1.1 PLC选型
PLC即可编程序控制器，是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践[1]。
PLC是该控制系统的核心部件，合理选择PLC对于保证整个控制系统的技术指标和质量至关重要的。PLC选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠，维护使用方便及最佳的性能价格比。
目前市场上的PLC种类繁多，近年来，从美国、日本、德国引进的PLC产品及国内厂家组装或自行开发的产品已有几十个系列，上百种型号。其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各有自己的特点，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要的作用。一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。机型的选择可从以下几个方面来考虑。世界各国生产厂家生产的PLC虽然外观各异，但作为工业控制计算机，其硬件结构都大体相同。主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）接口、电源及外围设备等几大部分构成。PLC的硬件结构框图如图3-1所示：
主机电源微处理器(CPU)运算器控制器输入设备编程器磁带机打印机EPROM写字机图形监控系统PLC或上位计算机外围设备输入单元输出单元输出设备外设接口存储器系统程（ROM）用户程序(RAM)扩展接口扩展单元 图3-1 PLC的硬件结构框图
在选择PLC的型号时一般从以下几个方面来考虑：
(1)功能要适当。PLC的选型基本原则是满足控制系统的功能需要。控制系统需要什么功能，就选择具有什么样功能的PLC，当然要兼顾维修、备件的通用性。
(2)I/O点数是基础。准确地统计出被控设备对输入输出点数的总需要量是PLC选型的基础。把各输入设备和被控设备详细列出，然后在实际统计出I/O点数的基础上加15%～20%的备用量，以便今后调整和扩充。
(3)充分考虑输入输出信号的性质。除决定好I/O点数外，还要注意输入输出信号的性质、参数等。
(4)估算系统对PLC响应时间的要求。对于大多数应用场合来说，PLC的响应时间不是主要的问题。响应时间包括输入滤波时间、输出滤波时间和扫描周期。PLC的顺序扫描工作方式使它不能可靠地接收持久时间小于扫描周期的输入信号。为此，需要选取扫描速度高的PLC，像FX2N型PLC能处理速度达0.48μs/步的顺控指令。
(5)根据程序存储器容量选型。PLC的程序存储器容量通常以字或步为单位。PLC的程序步是由一个字构成的，即每个程序步占一个存储器单元。用户程序所需存储器容量可以预先估算。对于开关量控制系统，用户程序所需存储器的字数等于I/O信号总数乘以8。
关于PLC的选型问题，当然还应考虑到PLC的联网通信功能、价格因素。系统可靠性也是考虑的重要因素。
(6)编程器与外围设备的选择。小型PLC控制系统通常都选用价格便宜的简易编程器。如果系统大，用PLC多，选一台功能强、编程方便的图形编程器也不错，如果有现成的个人计算机，也可选用能在个人计算机上运行的编程软件包。
FX2N系列PLC 是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，采用整体式和模块式相结合的叠装式结构，具有较高的性能价格比，应用广泛。三菱的FX2N系列PLC适用于各行各业、各种场合中的检测、监测及控制的自动化。FX2N系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。由于它紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格、丰富的功能模块以及强大的指令系统，使得FX2N可以近乎完美地满足小规模的控制要求，FX2N可以用模块上的电位器来改变它对应的特殊寄存器中的数值，可以实现更该程序运行中的一些参数，如定时器/计数器的设定值、过程量的控制参数等。实现时钟可用于对信息加注时间标记，记录及其运行时间或对过程进行时间控制。选用 PLC 时必须从其技术指标、硬件配置等方面综合考虑。FX2N系列PLC 的技术指标包括一般技术指标、电源技术指标、输入技术指标、输出技术指标和性能技术指标等；FX2N系列PLC 的硬件配置包括基本单元、扩展单元、扩展模块、模拟量I/O 模块、各种特殊功能模块及外围设备等。
三菱FX2N的主要特点：较高的可靠性；丰富的指令集；丰富的内置集成功能；实时特性强和强大的通信能力 。
PLC容量的选择：PLC容量主要是指是PLC的I/O点数，I/O点数也应留有适当裕量。由于目前I/O点数较多的PLC价格也较高，若备用的I/O点是数量太多，将使成本增加。根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑到今后的调整和扩充，通常I/O点数按实际需要的考虑留10%～15%点数备用量。
在本系统中，水泵M1、M2，M3可变频运行，也可工频运行，需PLC的6个输出点，变频器的运行与关断由PLC的1个输出点，控制变频器使电机正转需1个输出信号控制，报警器的控制需要1个输出点，输出点数量一共9个。控制起动和停止需要2个输入点，变频器极限频率的检测信号占用PLC2个输入点，系统自动/手动起动需1输入点，手动控制电机的工频/变频运行需6个输入点，控制系统停止运行需1个输入点，检测电机是否过载需3个输入点，共需15个输入点。系统所需的输入／输出点数量共为24个点。
根据系统要求和功能，本系统选用FX2N-32MR型PLC。
3.1.2 PLC的接线及I/O分配
图3-2 PLC的接线图
表3-1 PLC I/O分配
I/O地址 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10
作用 启动按钮 停止按钮 上限增泵 下限减泵 M1过载检测 M2过载检测 M3过载检测 M1工频 M1变频
I/O地址 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10
作用 M1变频 M1工频 M2变频 M2工频 M3变频 M3工频 电机正转 接变频器 报警信号