2 系统介绍
全自动变频调压PLC控制系统主要由一套可编程控制器PLC和一台变频器组成。PLC对管道压力进行实时采样，并与压力设定值进行比较，根据压力偏差值由PID闭环控制算法得出一调节参量，控制变频器输出频率从而控制水泵电机转速，以及根据压力差值的大小等条件自动选定工作机泵的类型和数量，使管网压力与设定压力一致。
根据工艺要求，为达到既降低电耗，又避免频繁启停机泵，选择110kW的机泵与变频器组成调速泵，其余机泵作为定速泵。在一台变频器下的两台110kW的机泵加装电气互锁控制，防止两水泵同时运转。
系统兼有手动和自动操作功能，可根据不同的需要，选择不同的工作方式。手动时，频率输出由变频器的操作器设置，自动时，频率输出由PLC根据管道压力自动调节。
3 系统特点
(1)自动控制水泵转速
实时读入管网压力值，与设定值比较，由PID控制算法得出一调节参量，控制变频器输出频率，从而控制调速泵的转速，实现恒压供水。
(2)自动运行泵的类型和台数
当用水量较少时，调速泵调频变速工作，保持干管水压恒定。当用水量超过调速泵的工频流量，水压降低时，变频器先把频率降低到70％，控制调速泵运转，同时PLC增开定速泵，泵的类型和数量可以根据当前的压力差和用水量的历史曲线决定，增开定速泵后，调速泵的运行频率则根据压力差进行调整，使干管压力接近设定值。如当用水量减少时，变频器降低调速泵的运行频率，当频率降低到40%时，相应地关闭定速泵，然后调整调速泵的频率，使干管压力接近设定值；停泵时，根据当前的压力差和用水量的历史曲线决定所停的泵的类型和数量。当水压达不到要求，系统在开停泵时都应采取延时处理，避免出现在短时间内频繁切换机泵的情况。
(3)大限度利用原有设备，减低投资成本。
4 变频调压的节能原理
为适应用户用水量的变化，调节出水流量，现通常采用两种方法来完成流量的连续调节。一种是利用控制阀或节流阀进行节流，以改变出水流量；另一种是泵的调速控制，调节泵的转速来改变出水流量。
用阀门控制时，当流量要求从Q0减小到Q1，必须降低阀门开度。这时阀门的磨擦阻力变大，阻力曲线从R移到R’，扬程则从H0上升到Hl，运行工况点从A点移到B点。
用调速控制时，当流量要求从Q0减小到Q1，由于阻力曲线R不变，泵的特性取决于转速。如果把速度从N100降到N80，运行工况点则从A点移到C点，扬程从H0下降到H2。
流量Q与转速N的一次方成正比；扬程H与转速N的平方成正比；轴功率P与转速N的立方成正比，即功率与转速成3次方的关系下降。如果不是用降低阀门开度的方法，而是把电机转速降下来，那么在同样流量的情况下，原来消耗在阀门阻力的功率就可以避免，从而获得图l中BC区域大小的节能效果。本全自动变频调压PLC控制系统选择的调速泵的功率为P=llOkW，额定转速为n=1450r／m，从表l可以观察所需功率和转速的关系。
据统计分析，泵大部分工作时间是运行在60%到80%的负载工作点上。由上表可以看出，60％和80％的负载工作点上所需的功率相当于以额定转速工作时功率的51．2％和21．6％。所以采用变频调速控制泵的流量，理论上可以节约40%的电耗。
5 投资效果
汕头市澄海区水厂送水泵房安装实施了全自动变频调压PLC控制系统后，投资效果非常明显。主要体现在以下几个方面：
(1)节能效果非常显著，而且生产工艺稳定，可产生明显的经济效益。
根据用户统计，月平均节约电能30000kWh，按工业电价0．67元／kWh计，每月可以产生直接经济效益2万余元，具有明显的经济效益。
(2)延长设备寿命，降低维修费用。由于电机水泵的转速普遍下降，运行状况明显改善。变频器启动和调速平稳，这减少了对电网的冲击。同时叵压供水对管网不会造成经常性的强烈冲击，对管网起了很好的保护作用。这些都对延长设备的使用寿命，降低设备的维修费用有积极的意义。
(3)改善工作环境，降低设备故障的可能性。采用变频调速技术后，由于水泵出口阀全开，消除了阀门因节流而产生的噪音，改善了工人的工作环境。同时，克服了平常因调节阀故障对生产带来的影响，具有显著的社会效益。
(4)提高设备工作稳定性。系统采用闭环控制，参数超调波动范围小，偏差能及时进行控制。变频器的加速和减速可根据工艺要求自动调节，控制精度高，能保证生产工艺稳定，提高了供水的质量和产量。而且变频调速器具有十分灵敏的故障检测、诊断、数字显示功能，提高了电机水泵运行的可靠性。
6 结语
汕头市澄海区水厂全自动变频调压PLC控制系统投入运行4年来，用户的使用经验表明，系统具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠、改善操作人员操作环境等优点。在大力提倡节约能源的，推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技节能装置，对于提高水厂生产率、降低能耗、降低生产成本、提高经济效益具有重大的现实意义。
西门子ET200S和西门子ET200SP是分布式I/O模块中的其中一个系列，广泛的应用在由西门子PLC组成的各种自动化控制系统中。它们作为分布式I/O，主要的作用是将分散的设备信号采集起来，并通过Profinet，Profibus DP等通讯方式与CPU之间建立连接，实现CPU对远程设备的I/O控制。这种分布式I/O的控制方式在工厂自动化系统中具有典型的应用，并为我们解决了如何控制分散设备集中控制的问题。西门子分布式I/O有多种类型，其中ET200S和ET200SP是较为常用的两种，它们之间也有一些区别。本文下面对这两种类型的模块区别做一个说明，为我们在项目的选型，控制方案的制定过程中提供参考。
二、西门子ET200S与ET200SP区别
西门子ET200S和ET200SP都是分布式I/O，它们在使用过程中有一些类似的用法，例如：都可以支持Profinet通讯方式与主CPU进行数据交换；都可以作为远程的I/O模块进行设备信号的采集和发送；除了这些基本功能外，它们分别有一些各自的特点，下面介绍如下：
1. ET200S特点
（1）需要提供电源模块来为该系列模块供电，如果电源模块供电能力不能满足要求，需要再增加电源模块的数量；
（2）支持多线连接的模块；
（3）具有多种功能，拥有多个模块种类，例如：电机起动器，安全技术，功能模块，CPU，通讯模块等；
（4）可以安装在危险区域，例如：Zone 2；
（5）具有高速模块，即HS，可以满足高速和高精度要求；
（6）具有集成DI/DO的紧凑型扩展模块，例如：西门子ET 200S紧凑型；
2. ET200SP特点
（1）可以实现Profinet和Profibus DP两种通讯方式；
（2）各个负载电势组的形成不需要电源模块，这是和ET200S一个显著的区别；
（3）系统支持接线，运行中插拔模块，模块空缺运行，诊断功能等；
（4）采用直插式端子，节省了布线的空间，我们可以单手接线而不需要使用工具，
（5）模块设计更加紧凑，单个模块多支持16通道，相比ET200S，模块通道增加了一倍；
（6）编程组态可以通过Step7 V5.5，前提是需要导入文件或者使用TIA博途STEP7 V14软件
数字量输入/输出模块具有下列机械特性：
紧凑型设计：
绿色 LED，用于指示输入/输出的信号状态，
插入前连接器，
前门上的标签区，
连接器针脚分配，用于在前门内部进行配线。
安装简单：
没有插槽规则；输出地址由插槽决定。
当在 ET 200M 中与有源总线模块一起使用时，可以进行热插拔，而不会有任何反应。
方便用户接线。
数字量输入/输出模块的转换：
来自过程的外部数字信号电平转换成控制器内部信号电平。
将控制器的内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平。
可升级的I/O模块。共有16个通道，其中8个通道是固定的，另8个通道可分别用作输入或输出。因此，该组和模块可以灵活地满足任何组合的需要。
安装简便
通过前端连接器连接传感器/执行器。可使用以下连接方式进行连接：
螺钉型接线端；
弹簧型接线端子；
快速连接（绝缘穿刺）；
更换模块后，只需将连接器插入相同类型的新模块中，并保留原来的布线。前端连接器的编码可避免发生错误。
快速连接
连接 SIMATIC TOP 更加简单、快速（不是紧凑 CPU 的板载 I/O）。可使用预先装配的带有单个电缆芯的前端连接器，和带有前端连接器模块、连接线缆和端子盒的完整插件模块化系统。
高组装密度
模块中为数众多的通道使 S7-300 实现了节省空间的设计。可使用每个模块中有 8 至 64 个通道（数字量）或 2 至 8 个通道（模拟量）的模块。
简单参数化
使用 STEP 7 对这些模块进行组态和参数化，并且不需要进行不便的转换设置。数据进行集中存储，如果更换了模块，数据会自动传输到新的模块，避免发生任何设置错误。使用新模块时，无需进行软件升级。可根据需要复制组态信息，例如用于标准机器。
许多不同的数字量和模拟量模块根据每一项任务的要求，准确提供输入/输出。
数字量和模拟量模块在通道数量、电压和电流范围、电气隔离、诊断和警报功能等方面都存在着差别。在这里提到的所有模块范围中，SIPLUS 组件可用于扩展的温度范围 -25… 60°C 和有害的空气/冷凝。
诊断、中断
许多模块还会监控信号采集（诊断）和从过程（过程中断）中传回的信号。这样便可对过程中出现的错误（例如断线或短路）以及任何过程事件（例如数字输入时的上升边或下降边）立刻做出反应。使用 STEP 7，即可轻松对控制器的响应进行编程。
模块
用于测试和仿真时，模拟量模块可插入到 S7-300。该模块通过 LED 转换和指示输出信号，实现对编码器信号的模拟。
该模块可插入到任何地方（不必遵守插槽规则）。该虚拟模块为未组态的信号模块预留了一个插槽。稍后安装该模块时，整个组态的机械配置和地址分配均不会更改。
西门子PLC模块，变频器，触摸屏，交换机
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