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水压的恒定和水泵电机的软起动以及变频水泵与工频水泵的切换，同时对运行过程中的数据信号进行传输处理。
通过压力传感器检测管道压力信号不断反馈给变频器，有变频器自动调节所控制水泵的电机转速，当变频器所控制的水泵达到工频时还不能满足要求时由PLC自动把那台水泵切换到工频运行，把变频器自动切换到下一台水泵使其软启动运行，当供水量减少时在自动进行切换，减少水泵运行台数，实现自动控制。系统设计时考虑到水泵切换时电机的自感电动势现象，各种连锁保护及报警、应急措施。系统总体框图如下：
图2-2 系统总体框图
2.3供水系统的控制流程
系统流程图如图2-3所示。变频调速恒压供水系统中压力传感器将主水管网压力信号转换成电信号再经PID运算送给变频器，并给出信号直接控制水泵电动机的转速和泵水量以使管网的压力稳定，由此构成压力闭环控制系统。变频器的上、下限频率信号及其持续时间长短可作为PLC进行逻辑切换、起停泵的依据。
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出口水压检测点PLC水泵电机用户
变频器压力传感器 图2-3 变频调速恒压供水系统流程图
合上空气开关，供水系统投入运行。将手动、自动开关打到自动上，系统进入全自动运行状态，PLC中程序首先接通KM6，并起动变频器。根据压力设定值(根据管网压力要求设定)与压力实际值(来自于压力传感器)的偏差进行PID调节，并输出频率给定信号给变频器。变频器根据频率给定信号及预先设定好的加速时间控制水泵的转速以保证水压保持在压力设定值的上、下限范围之内，实现恒压控制。同时变频器在运行频率到达上限，会将频率到达信号送给PLC，PLC则根据管网压力的上、下限信号和变频器的运行频率是否到达上限的信号，由程序判断是否要起动第2台泵(或第3台泵)。当变频器运行频率达到频率上限值，并保持一段时间，则PLC会将当前变频运行泵切换为工频运行，并迅速起动下1台泵变频运行。此时PID会继续通过由远传压力表送来的检测信号进行分析、计算、判断，进一步控制变频器的运行频率，使管压保持在压力设定值的上、下限偏差范围之内。
1）增泵工作过程：假定增泵顺序为l、2、3泵。开始时，1号泵电机在PLC控制下先投入调速运行，其运行速度由变频器调节。当供水压力小于压力预置值时变频器输出频率升高，水泵转速上升，反之下降。当变频器的输出频率达到上限，并稳定运行后，如果供水压力仍没达到预置值，则需进入增泵过程。在PLC的逻辑控制下将1号泵电机与变频器连接的电磁开关断开，1号泵电机切换到工频运行，同时变频器与2泵电机连接， 控制2号泵投入调速运行。如果还没到达设定值，则继续按照以上步骤将2号泵切换到工频运行，控制3号泵投入变频运行。
2）减泵工作过程：假定减泵顺序依次为3、2、1泵。当供水压力大于预置值时，变频器输出频率降低，水泵速度下降，当变频器的输出频率达到下限，并稳定运行一段时间后，把变频器控制的水泵停机，如果供水压力仍大于预置值，则将下一台水泵由工频运行切换到变频器调速运行，并继续减泵工作过程。如果在晚间用水不多时，当将最
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后一台正在运行的水泵置于低速运行。
2.4变频恒压供水系统中加减水泵的条件分析
在上面的工作流程中，我们提到当一台调速水泵以运行在上限频率，此时管网的实际压力仍低于设定压力，此时需要增加恒速水泵来满足供水要求，达到恒压的目的。当调速水泵和恒速水泵都在运行且调速水泵己运行在下限频率，此时管网的实际压力仍高于设定压力，此时需要减少恒速水泉来减少供水流量，达到恒压的目的。那么何时进行切换，才能使系统提供稳定可靠的供水压力，同时使机组不过于频繁的切换。
尽管通用变频器的频率都可以在0-400Hz范围内进行调节，但当它用在供水系统中，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。
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3 PLC恒压供水系统硬件设计
3.1 PLC的选型及接线 3.1.1 PLC的选型
在满足控制要求的前提下，选型时应选择最佳的性价比，具体考虑以下几点： 1、性能与任务相适应
对于开关量控制的应用系统，当对控制速度要求不高时，可选用小型PLC，西门子公司S7-200系列PLC就能满足要求。例如，对小型泵的顺序控制、单台机械的自动控制等。
对于以开关量控制为主，带有部分模拟量控制的应用系统，例如，对工业生产中常遇到温度、压力、流量、液位等连续量控制，应选用带有A/D转换的模拟量输入模块和带有D/A转换的模拟量输出模块，配接相应的传感器、变送器（对温度控制系统可选用温度传感器直接输入的温度模块）和驱动装置，并且选择运算功能较强的中小型PLC，例如，西门子公司的S7-300系列PLC。
2、预算速度与实施控制要求相适应
PLC工作时，从输入信号到输出控制存在着滞后现象，即输出量的变化，一般要在1~2个扫描周期之后才能反映到输出端，但有些设备的实时性要求较高，滞后时间应控制在几十毫秒之内，营销与普通继电器的动作时间（普通继电气时间约为100ms）。为了提高PLC的运算速度，可以采用以下几种方法。
选择CPU的处理速度快的PLC，使执行一条指令的时间不超过0.5us 优先应用软件，缩短扫描周期
采用高速响应模块，例如高速计数模块，其响应的时间可以不受PLC扫描周期的影响，而只取决于硬件的延时。
3、应用系统结构合理，机型系列应统一
PLC的结构分为整体式和模块式两种，在使用时，应按具体情况进行选择。在一个单位或者一个企业中，应尽量使用同一系列的PLC，这不仅使模块通用性好，较少设备量，而且给编程和维修带来极大的方便，也给系统的扩展升级带来方便。
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4、编程模式的选择
1）离线编程。简易编程必须插在PLC上才能进行编程操作，其特点是编程器与PLC共用一个CPU。在编程器上有一个“运行/监控/编程”选择开关，当需要编程或修改程序时，将选择开关转到“编程”位置，这时PLC的CPU不执行用户程序，职位编程器服务，这就是“离线编程”。程序编好后在把选择开关转到“运行”位置，CPU则去执行用户程序，对系统实施控制。简易编程器结构简单、体积小、携带方便，很适合在生产现场调试、修改程序时用。
2）在线编程。图形编程器或者个人计算机与编程软件包配合可以实现在线编程。PLC的图形编辑器各有自己的CPU，编程器的CPU可随时对键盘输入的各种指令进行处理。PLC的CPU主要完成对现场的控制，并在一个扫描周期的末尾与编程器通信，编程器将编好或修改好的程序发送给PLC，在下一个扫描周期，PLC将按照修改后的程序或参数进行控制，实现在线编程。图形编程器价格昂贵，但他功能强大，适用范围广，不仅可以用指令语句编程，还可以直接用梯形图编程，并可存入磁盘或者用打印机打印出梯形图和程序。一般大中型PLC多采用图形编程器。使用个人计算机进行在线编程，可省去图形编程器，但需要编程软件包的支持，其功能类似于图形编程器。
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