供水系统是国民生产生活中不可缺少的重要一环。传统供水方式占地面积大，水质易污染，基建投资多，而主要的缺点是水压不能保持恒定，导致部分设备不能正常工作。变频调速技术是一种新型成熟的交流电机无极调速技术，它以其独特优良的控制性能被广泛应用于速度控制领域，特别是供水行业中。由于安全生产和供水质量的特殊需要，对恒压供水压力有着严格的要求，因而变频调速技术得到了更加深入的应用。恒压供水方式技术先进、水压恒定、操作方便、运行可靠、节约电能、自动化程度高，在泵站供水中可完成以下功能：(1)维持水压恒定；(2)控制系统可手动/自动运行；(3)多台泵自动切换运行；(4)系统睡眠与唤醒。当外界停止用水时，系统处于睡眠状态，直至有用水需求时自动唤醒；(5)在线调整PID参数；(6)泵组及线路保护检测报警，信号显示等。
将管网的实际压力经反馈后与给定压力进行比较，当管网压力不足时，变频器增大输出频率，水泵转速加快，供水量增加，迫使管网压力上升。反之水泵转速减慢，供水量减小，管网压力下降，保持恒压供水。
1 系统硬件构成
系统采用压力传感器、PLC和变频器作为中心控制装置，实现所需功能。
安装在管网干线上的压力传感器，用于检测管网的水压，将压力转化为4～20mA的电流信号，提供给PLC与变频器。
变频器是水泵电机的控制设备，能按照水压恒定需要将0～50Hz的频率信号供给水泵电机，调整其转速。ACS变频器功能强大，预置了多种应用宏，即预先编置好的参数集，应用宏将使用过程中所需设定的参数数量减小到小，参数的缺省值依应用宏的选择而不同。系统采用PID控制的应用宏，进行闭环控制。该宏提供了6个输入信号：启动/停止(DI1、DI5)、模拟量给定(AI1)、实际值(AI2)、控制方式选择(DI2)、恒速(DI3)、允许运行(DI4)；3个输出信号：模拟输出(频率)、继电器输出1(故障)、继电器输出2(运行)；DIP开关选择输入0～10V电压值或0～20mA电流值(系统采用电流值)。变频器根据给定值AI1和实际值AI2，即根据恒压时对应的电压设定值与从压力传感器获得的反馈电流信号，利用PID控制宏自动调节，改变频率输出值来调节所控制的水泵电机转速，以保证管网压力恒定要求。
根据泵站供水实际情况与需求，利用一台变频器控制3台水泵，因此除改变水泵电机转速外，还要通过增减运行泵的台数来维持水压恒定，当运行泵满工频抽水仍达不到恒压要求时，要投入下一台泵运行。反之，当变频器输出频率降至小，压力仍过高时，要切除一台运行泵。所以不仅需要开关量控制，还需数据处理能力，采用FX－4AD(4模拟量入)获得模拟量信号。它在应用上的一个重要特征就是由PLC自动采样，随时将模拟量转换为数字量，放在数据寄存器中，由数据处理指令调用，并将计算结果随时放在指定的数据接触器中。通过其可将压力传感器电流信号和变频器输出频率信号转换为数字量，提供给PLC[1]，与恒压对应电流值、频率上限、频率下限(考虑到水泵电机在低速运行时危险，必须保证其频率不低于20Hz，因此频率上限设为工频50Hz，下限设为20Hz)进行比较，实现泵的切换与转速的变化。
系统在设计时应使水泵在变频器和工频电网之间的切换过程尽可能快，以保证供水的连续性，水压波动尽可能小，从而提高供水质量。但元件动作过程太快，会有回流损坏变频器。为了防止故障的发生，硬件上必须设置闭锁保护，即1Q与4Q，2Q与5Q，3Q与6Q不能同时闭合。
2 系统软件设计
控制系统软件是指用梯形图语言编制的对3台泵进行控制的程序。它对3台泵的控制，主要解决系统的手动及自动切换、各元件和参数的初始化、信号及通讯数据的预处理、3台泵的启动、切换及停止的条件、顺序、过程等问题。
当变频器输出频率达到频率上限，供水压力未达到预设值时，发出加泵信号，投入下1台泵供水。当供水压力达到预设值，变频器输出频率降到频率下限时，发出减泵信号，切除在工频运行方式中的1台泵。系统刚启动时，情况简单，首先启动一号泵即可。但考虑3台泵联合运行时情况复杂，任1台或2台泵可能正在工频自动方式下运行，而其他泵则可能在变频器控制下运行，因此必须预先设定增减水泵的顺序。即获得加泵信号后，按照1号泵、2号泵、3号泵的顺序优先考虑。获得减泵信号后，按照3号泵、2号泵、1号泵的顺序优先考虑。
为了防止故障的发生，软件上也必须设置保护程序，保证1Q与4Q、2Q与5Q、3Q与6Q不能同时闭合。在加减泵时必须设置元件动作顺序及延时，防止误动作发生。系统切换泵流程见图3。
考虑到系统工作环境对运行状态的影响，在设计中采用硬件、软件上的双重滤波来消除干扰的影响。硬件上变频器提供了滤波时间常数，当模拟输入信号变化时，63％的变化发生在所定义的时间常数中；软件上采用数字滤波的方式，系统采用平均值的方法[2]。
具有中、大规模的程序存储容量和数据结构，如果需要可以供SIMATIC 功能工具使用
对二进制和浮点数运算具有较高的处理能力
PROFIBUS DP 主站/ 从站接口
可用于大规模的I/O 配置
可用于建立分布式I/
带集成数字量和模拟量输入/ 输出的紧凑型CPU
满足处理量大、响应时间快的场合
带有与过程相关的功能
适用于中等程序处理量的应用
对二进制和浮点数运算具有较高的处理能力
带集成数字量输入和输出的紧凑型CPU
适用于对处理能力有较高要求的小型应用
带有与过程相关的功能
具有智能技术/ 运动控制功能的SIMATIC CPU
具有标准CPU 317-2 DP 的全部功能
能满足系列化机床、特殊机床以及车间应用的多任务自动化系统
zui用于同步运动顺序，例如与虚拟/ 实际主设备的耦合、电子减速箱、凸轮盘或印刷点修正
与集中式I/O 和分布式I/O 一起，可用作生产线上的*控制器
在PROFIBUS DP 上实现基于组件的自动化中实现分布式智能系统
带有本机I/O，可实现快速技术功能（ 例如凸轮切换，参考点检测）
PROFIBUS DP（DRIVE） 接口，用来实现驱动部件的等时连接
控制任务和运动控制任务使用相同的S7 应用程序（ 无需其它编程语言就可以实现运动控制）
需要“S7 Technology”软件包
具有智能技术/ 运动控制功能的SIMATIC CPU
具有标准CPU 315-2 DP 的全部功能
能满足系列化机床、特殊机床以及车间应用的多任务自动化系统
zui用于同步运动顺序，例如与虚拟/ 实际主设备的耦合、电子减速箱、凸轮盘或印刷点修正
与集中式I/O 和分布式I/O 一起，可用作生产线上的*控制器
带有内只I/O，可实现快速技术功能（ 例如凸轮切换，参考点检测）
PROFIBUS DP（DRIVE） 接口，用来实现驱动部件的等时连接
控制任务和运动控制任务使用相同的S7 应用程序（ 无需其它编程语言就可以实现运动控制）
需要“S7 Technology”软件包
故障安全型CPU，具有大容量程序存储器和程序框架
可组态为一个故障安全型自动化系统，以提高安全运行的需要
安全性满足 SIL 3 （IEC 61508）和Cat. 4 （EN 954-1）
可通过集成的PROFINET接口（PROFIsafe） 和/ 或集成的PROFIBUS DP 接口（PROFIsafe）连接分布式站中的故障安全 I/O 模块
可以与ET 200M 的故障安全型I/O 模块进行集中式连接；标准模块的集中式和分布式使用，可满足于故障安全无关的应用
在PROFINET 上实现基于组件的自动化
PROFINET 代理，用于基于部件的自动化（CBA）中的 PROFIBUS DP 智能设备
可以组态为一个故障安全型自动化系统，可满足安全运行的需要
安全性满足 SIL 3（IEC 61508）、AK6（DIN V 19250）和Cat. 4（EN 954-1）
不需要对故障安全I/O 进行额外接线
1 个 PROFIBUS DP 主/ 从接口和1 个DP 主/ 从/MPI 接口
两个接口可用于集成故障安全模块
故障安全ET200S PROFIsafe I/O 模块可以进行分布式连接
可以与故障安全型 ET200M I/O 模块进行集中式和分布式连接
标准模块的集中式和分布式使用，可满足于故障安全无关的应用
可组态为一个故障安全型自动化系统，以提高安全运行的需要
安全性满足 SIL 3 （IEC 61508）和Cat. 4 （EN 954-1）
在PROFINET 上实现基于组件的自动化
PROFINET 代理，用于基于部件的自动化（CBA）中的 PROFIBUS DP 智能设备
可组态为一个故障安全型自动化系统，可满足安全运行的需要
基于 SIMATIC CPU 315-2 DP
带2 个接口（1x MPI， 1x DP/MPI）
不需要对安全相关I/O 进行额外接线
使用带有PROFISAFE 协议的PROFIBUS DP 可实现与安全相关的通讯
可以与故障安全型ET200S PROFISAFE I/O 模块进行分布式连接；可以与故障安全型 ET200M I/O模块进行集中式和分布式连接
标准模块的集中式和分布式使用，可满足于故障安全无关的应用
1 个 MPI/PROFIBUS DP 的共用接口
1 个纯 PROFIBUS DP 接口
1 个 PROFINET 接口
具有智能技术/运动控制功能的SIMATIC CPU
新的S7-300 标准型CPU 319-3 PN/DP 开始接受订单
CPU319-3 PN/DP 拓展了SIMATIC S7-300 CPU系列的产品线，是S7-300 系列性能zui高的CPU
319-3 PN/DP 集成了3 个通讯接口
除了具有高性能，该CPU 还提供了以下新功能：PROFIBUS 接口的时钟同步，可连接256 个I/O 设备， 扩展开放通讯
具有大容量程序存储器，可用于要求很高的应用
在PROFINET 上实现基于组件的自动化中实现分布式智能系统
PROFINET 代理，用于基于部件的自动（CBA）中的 PROFIBUS DP 智能设备
PROFINET I/O 控制器，用于在PROFINET 上运行分布式I/O
能满足标准机床、特殊机床以及车间应用的多任务自动化系统
与集中式I/O 和分布式I/O 一起，可用作生产线上的*控制器
可用于大规模的I/O 配置
可用于建立分布式I/O 结构
对二进制和浮点数运算具有较高的处理能力
组合了MPI/PROFIBUS DP 主/ 从接口
可以选用SIMATIC 工程工具
具有大容量程序存储器，可用于要求很高的应用
能满足标准机床、特殊机床以及车间应用的多任务自动化系统
与集中式I/O 和分布式I/O 一起，可用作生产线上的*控制器
对二进制和浮点数运算具有较高的处理能力
PROFIBUS DP 主站/ 从站接口
可用于大规模的I/O 配置
可用于建立分布式I/O 结构
可以选用SIMATIC 工程工具
在基于组件的自动化中实现分布式智能系统
具有中等规模的程序存储容量和程序框架
对二进制和浮点数运算具有较高的处理能力
与集中式I/O 和分布式I/O 一起使用，可用作生产线上的*控制器
集成的PROFINET 接口
组合了MPI/PROFIBUS DP- 主/ 从接口
在PROFINET 上实现基于组件的自动化
PROFINET代理，用于基于组件的自动化（CBA）中的PROFIBUS DP 智能设备
PROFINET I/O 控制器，用于在PROFINET 上运行分布式I/O
具有中、大规模的程序存储容量和数据结构，如果需要，可以供SIMATIC 功能工具使用
对二进制和浮点数运算具有较高的处理能力
PROFIBUS DP 主站/ 从站接口
可用于大规模的I/O 配置
可用于建立分布式I/O 结构
带集成数字量和模拟量I/O 以及PROFIBUS DP 主站/ 从站接口 的紧凑型CPU
带有与过程相关的功能
可以完成具有特殊功能的任务
可以连接单独的I/O 设备
带集成数字量和模拟量I/O和一个RS 422/485串口的紧凑型CPU
满足对处理能力和响应时间要求较高的场合
带有与过程相关的功能
适用于中等程序处理量的应用
对二进制和浮点数运算具有较高的处理能力
带集成数字量输入/ 输出和PROFIBUS DP 主站/ 从站接口的紧凑型CPU
带有与过程相关的功能
可以完成具有特殊功能的任务
可以连接单独的I/O 设备
带集成数字量输入/ 输出和一个RS 422/485 串口的紧凑型CPU
满足处理量大、响应时间高的场合
带有与过程相关的功能
带集成数字量和模拟量输入/ 输出的紧凑型CPU
满足对处理能力和响应时间要求较高的场合
带有与过程相关的功能
带集成数字量输入和输出的紧凑型CPU
适用于对处理能力有较高要求的小型应用
带有与过程相关的功能
适用于全集成自动化（TIA） 的基本型CPU
适用于中等处理速度要求的小规模应用
西门子模块代理商
从事智能科技、自动化科技、机电领域内的技术开发、技术转让、技术咨询、技术服务，工业自动化设备安装，工业自动化控制设备、电气设备、机电设备、电子产品、五金产品、金属材料、仪器仪表、橡塑制品销售，商务信息咨询，软件开发，建筑装修装饰建设工程专业施工，建筑安装工程（除特种设备），机械设备租赁（不得从事金融租赁），物业管理。工业自动化设备加工、销售。【依法须经批准的
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