运行。
3.2 供水系统的结构
供水控制系统的结构总的来讲包括两个部分：一个是机械机构部分；另一部分就是电气控制系统。其中系统的机械部分主要是供水系统管网系统，它构成了一个立体的管道网络，设计相对简单，其设备、结构组成都比较固定，是实现控制功能的前提和基础，而电气控制系统是整个恒压供水系统的核心部分，它包括如下组成部分[12]。 3.2.1 主要组成部分
从系统组成来讲，恒压供水系统可由三部分组成。分别是控制电路——PLC、变频器；信号检测电路——压力传感器、压力控制器；执行电路——水泵机组。供水控制系统一般安装在集控室的控制柜内，具体包括 PLC、变频器和电控设备部分；信号检测机构是由压力传感器和压力控制器构成。在控制过程中，需要检测管网水压信号和预警信号；系统执行机构主要来说就是水泵机组，通过变频调速控制水泵电机合适的转速和工作组合，维持管网供水和用户用水平衡。 3.2.2 电气控制系统
电气控制系统主要包括电气控制柜及基本单元面板。由于在该系统中需要检测较多的数字输入量，并且还要检测模拟量的输入，然后根据设定的程序进行数据处理，输出控制信号，因此系统的逻辑控制与时序控制，就需要严格按照检测信号的输入进行控制[14]。
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3.3 供水系统控制方案的设计与选择
供水系统控制方案的设计主要是利用控制器单元控制变频器或者通过专用变频器控制单台水泵或循环控制多台水泵，并能根据水压变化使电机在变频和工频状态自动切换，实现供水管路的水压恒定，同时还要能对运行数据进行通信传输。要想确定合适的控制方案，还必须认真分析控制的系统的结构，恒压供水系统的主要由控制机构、信号检测机构、执行机构以及低压电气控制电路构成。对应设备包括控制器、变频器、压力传感器、压力控制器、电磁接触器和水泵机组等组成。根据系统的设计任务要求，结合系统的使用设备和场所，有以下几种方案可供选择，现将各控制方案分析比较一下。 3.3.1 专用变频器控制
具体说是采用带有供水基板的专用变频器配合压力传感器构成的信号检测电路控制水泵机组，它将 PLC 设备和 PID 控制器等硬件集成在变频器供水基板上，通过设置指令代码实现 PLC 和 PID 等电控系统的功能。虽然这种控制方案高度集成化，电路结构相对简单，设备使用成本也不是很高，但在运行调试时，PID 调节范围小、整定调节参数困难，系统的稳态、动态性能不易保证。而且，在反馈压力值和基准压力值的设定等显示功能方面比较麻烦，无法自动实现实时控制水泵运行，其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，数据通信困难，并且限制了拖动符合运行的能力，因此仅适用于要求不高的小容量场合。
3.3.2 可编程序控制器（PLC）控制
目前比较流行的控制方案是采用 PLC 配合通用变频器（本控制系统正是采用西门子 S7-200PLC 和西门子 MM430 变频器）作为系统的控制器。
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这种控制方式端口灵活可以扩展，而且具有良好的通信端口，可以方便地与组态监控系统进行数据交换，而且 PLC 用软件代替了大量的中间继电器和时间继电器，只需要少量的输入端口/输出端口与压力传感器、执行器连接，使控制系统中电控柜体积减小、电路结构简化，出现故障易于排查，同时也提高了系统的可靠性和抗干扰的能力。因此该系统能适用手各类不同要求的恒压供水场合，并且与供水机组的负荷大小无关。
通过对以上这几种方案的比较和分析，可以看出第二种控制方案即以 PLC 和通用变频器为系统核心，配合信号检测电路（压力传感器和压力控制器）控制水泵机组实现的变频恒压控制方式更适合本系统。本课题就是基于这种控制方案来分析设计的。
3.4 供水系统的工作原理
3.4.1 控制系统总体框图
供水电气控制系统的总体框图如图 3-2 所示，PLC 为核心控制器,通过 CPU 循环采集各种主令信号、压力传感器信号，以及其它相关模拟信号，并进行运算处理，得到输出响应控制变频器，完成相关设备的运行、停止和调速控制。
主令信号传感器信号S7-200PLCMM430变频器水泵机组模拟量信号 图3-2 供水电气控制系统总体框图
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3.4.2 系统运行分析
供水系统有两种运行状态：一种是手动操作状态，一种是自动运行状态。供水系统在手动状态下，各类设备的控制根据操作电控柜内的各类功能按钮和开关来控制，没有逻辑控制信号，即不采集传感器的信号状态进行来控制系统操作。此工作方式可以在控制系统出现故障时，切换到手动操作状态，可以保证用户正常用水需求。通常的运行模式是在自动状态下运行的，通过 PLC 控制变频器，进行 PID 运算，实现闭环控制，系统根据检测到外部传感器的状态对设备进行启停、调速控制，其工作过程如下。
第一步：系统初始化程序并测量水池水位是否正常。
第二步：采集压力传感器反馈的信号，通过 A/D 转换，将该传感器输出的模拟信号转换成PLC可处理的数字量信号。
第三步：PLC根据压力反馈值，以及变频器输出频率，对模拟量进行数据处理。
第四步：PLC的CPU通过对数据进行运算处理，产生输出控制信号，对执行器进行实时控制。这样就完成了一个工作过程。其工作过程的示意图如图3-3所示:
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开始初始化运行测量压力反馈值PID调节检测变频器输出输出控制执行器
图3-3 供水系统主要工作过程示意图
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