图8 变频恒压供水站的基本组成
3.2 系统控制要求
对三泵生活/消防双恒压供水系统的基本要求是：
（1）生活供水时，系统应底恒压值运行，消防供水时系统应高恒压值运行； （2）三台泵根据恒压的需要，采用“先开先停”的原则介入和退出；
（3）在用水量小的情况下，如果一台泵连续运行的时间超过3H，则要切换到下一台泵，即系统具有“倒泵功能”，避免某一台泵工作时间过长；
（4）三台泵在启动时要又软启动功能； （5）要有完整的报警功能；
（6）对泵的操作要有手动控制功能，手动只在应急或检修时临时使用。
3.3 控制系统的I/O点及地址分配
PLC要能够识别和接受描述现场设备的开关量，同时要能够发出控制信号控制一些执行设备，以便对现场设备进行控制。PLC是通过I/O单元完成此工作的。I/O单元是PLC与外部设备相互联系的通道，能输入/输出多种形式和驱动能力的信号，以实现被控设备与PLC的I/O接口之间的电平转换、电气隔离、串/并转换、A/D与D/A转换等功能。
输入单元接受现场设备向PLC提供信号，包括人为的控制信号和能描述现场状态的开关量信号，例如由按钮、限位开关、继电器触点、接近开关、拨码器等提供的开关量。这些信号经过输入电路进行滤波、光电隔离、电平转换等处理后，变成CUP能够接受和处理的信号。输出单元将经过CUP处理的弱电信号通过光电隔离、功率放大等处理，转换成外部设备所需要的强电信号，以驱动各种执行元器件，如接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等。
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根据表一及以上控制要求统计控制系统的输入输出信号的名称、代码及地址编号如下表所示。水位上下限信号分别位I0.1、I0.2，它们在水淹没时为0，露出时为1。
表一 输出点代码及地址编号
名 称 手动和自动消防信号 水池水位下限信号 水池水位上限信号 输 入 信 号 变频器报警信号 消铃按钮 试灯按钮 远程压力表模拟量变压值 1#泵工频运行接触器及指示灯 1#泵变频运行接触器及指示灯 2#泵工频运行接触器及指示灯 2#泵变频运行接触器及指示灯 3#泵工频运行接触器及指输 出 信 号 示灯 3#泵变频运行接触器及指示灯 生活/消防供水转换电磁阀 水池水位下限报警指示灯 变频器故障报警指示灯 火灾报警指示灯 报警电铃 变频器频率复位控制 控制变频器频率用电电压 代 码 SA1 SLL SLH SU SB9 SB10 U KM1，HL1 地址编号 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 AIW0 Q0.0 KM2，HL2 Q0.1 KM3，HL3 Q0.2 KM4，HL4 Q0.3 KM5，HL5 Q0.4 KM6，HL6 Q0.5 YV2 HL7 HL8 HL9 HA KA UF Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 AQW0 3.4 系统选型
从上面分析可知，系统共有开关量输入点6个、开关量输出点12个；模拟量输出点1个、模拟量输出点1个。如果选用CPU 224 PLC，也需要扩展单元；如果选用CUO
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266 PLC则价格较高，浪费较大。参照S7 – 200的产品目以及市场实际价格，选用主机为CUP222（8入/6继电器输出）一台，加上一台扩展模块EM222（8继电器输出），再扩展一台模拟量模块EM235（4AI/1AO）。这样的配置是最经济的。整个PLC系统的配置如图9
图9 PLC系统的配置
S7-200PLC是德国西门子公司生产德一种小型PLC，其许多功能达到大、中型PLC的水平，而价格却和小型PLC一样，因此，它一经退出，即受到了广泛的关注。特别是S7-200CUP22*系列PLC。由于它具有多种
功能模块和人机界面（HMI）可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易的组成PLC网络。
3.5 PLC模拟量控制单元的配置以及应用
PLC的普通输入输出端口均为开关量处理端口，了使PLC能完成模拟量的处理,常见的方法是为整体式PLC加配模拟量扩展单元。模拟量扩展单元可将外部模拟量转化为PLC可处理的数字量及将PLC内部运算结果数字量转换为机外可以使用的模拟量。模拟量扩展单元有单独用于模/数转换的，单独用于数/转换的，也兼有模/数和数/模两种功能的，以下介绍S7-200系列PLC的模拟量扩展模块EM235，它具有四路模拟量输入及一路模拟量输入，可以用于恒压供水控制中。 3.5.1 校准及配置
模拟量模块在接入电路工作前需完成配置及校准，配置指根据实际需接入的信号类型对模块进行一些设定。校准可以简单的理解为仪器仪表使用前的调零以及调满度。
3.5.2 EM235工作程序编制
EM235的工作程序编制包括以下的内容： （1）设置初始化主程序。在该子程序中完成采样次数饿预置顶及采样和单元清零的工作，为开始工作做好准备。
（2）设置模块检测子程序。该子程序检查模块的连接的正确性以及模块工作的正确性。
（3）设置子程序完成采样以及相关的计算工作。 （4）工程所需的有关该模拟量的处理程序。 （5）处理后模拟量的输出工作。
S7-200PLC硬件系统的配置方式采用整体式和积木式，即主机包含一定数量的输入/
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输出（I/O）点，同时还可以扩展I/O模块和各种功能的模块。 3.5.3 电气控制系统原理图
电气系统控制原理图包括主电路图、控制电路图以及PLC外围接线图。 （1）主电路图
如下图10所示为电控系统主电路图。三台电机分别为M1、M2、M3。接触KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3的工频运行；接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3的变频运行，FR1、FR2、FR3分别为三台水泵电机过载保护用的热继电器；QS1、QS2、QS3、QS4分别为变频器喝三台水泵电机主电路的隔离开关；FU1为主电路的熔断器，VVVF为简单的一般变频器。
图10 电控系统主电路
（2）控制电路图
图10所示电控系统控制电路图。图中SA为手动/自动转换开关，SA打在1的位置为手动控制状态；打在2的状态为自动控制状态。手动运行时，可用按钮SB1~SB2控制三台泵的启/停和电磁阀YV2的通/断；自动运行时，系统在PLC程序控制下运行。
图中的HL10为自动运行状态的电源指示灯。对变频器频率进行复位时只提供一个干触点信号，由于PLC为4个输出点为一组共用一个COM端，而本系统又没有剩下单独的COM端输出组，所以通过一个中间继电器KA的触点对变频器进行复位控制。图
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中的Q0.0~Q0.5及Q1.0~Q1.5为PLC输出继电器触点，它们旁边的4、6、8等数字为接线编号，可结合PLC外围接线图一起读图。
4. 系统程序设计
硬件条件确定后，系统得控制功能主要通过软件实现，结合前述泵站的控制要求，对泵站软件设计分析如下：
4.1 由“恒压”要求出发的工作泵组数量控制管理
前面已经说过了，为了恒定水压，在水压降落时要升高变频器的输出频率，且在一台泵不能满足要求时，需启动第2台或第3太泵。判断需启动新泵的标准是变频器的输出频率达到设定的上限值。这一功能可以同过比较指令来实现。为了判断变频器的工作频率达到上限的确定性，应该滤去偶然的频率波动引起的频率达到上限情况，在程序中考虑采取时间滤波。
4.2 程序的结果以及程序功能的实现
由于PLC在恒压供水系统中的功能比较多，本程序可分为3部分：主程序、子程序和中断程序。系统的一些初始化的工作放在初始化子程序中完成，这样可以节省扫描时间。主程序的功能最多，如泵切换信号的生成、泵组接触器逻辑控制信号的综合以及报警处理都在主程序。
逻辑运算及报警处理等放在猪程序。利用定时器中断功能实现PID控制的定时采样及输出控制。生活供水时系统设定值为满量程的70%，消防供水时系统设定值为满量程的90%。在本系统中，只是用比例（P）和积分（I）控制，其回路增益和时间常数可以通过工程计算初步确定，但还要进一步调整以达到最优控制效果。初步确定的增益时间常数为增益采样时间，积分时间程序中使用的PLC元器件及其功能如表二
表二 程序中使用的元器件及功能
器件地址 功能 器件地址 功能 VD100 过程变量标准化值 T38 工频泵减泵滤波时间控制 VD104 压力给定值 T39 工频/变频转换逻辑控制 VD108 PI计算值 M0.0 故障结束脉冲信号 VD112 比例系数 M0.1 17
泵变频启动脉冲