日常的生活用水量隨季節、晝夜、上下班的時間不同而有較大變化，因而經常出現供水用水的不平衡，主要表現在水壓上，用水多而供水少則水壓低，用水少而供水多則水壓高。某住宅區由于自來水管網的水壓較低，自來水通常不能到達住宅的較高樓層。傳統的供水方式利用蓄水池蓄水，用水泵再次將水送至樓頂的高位水箱，再供應給用戶。蓄水池中的水一般是由市政自來水管網供給，這樣，有壓力的水進入水池后變成了零壓力，造成大量的能源白白浪費，這種供水方式不可避免通過蓄水池和高位水箱造成二次污染，影響居民的身體健康。但是為保證小區的供水正常，我們利用PLC，配以穩流罐、負壓消除器和不同功能的傳感器等，根據網管的壓力，通過變頻器控制水泵的轉速，使水管中的壓力始終保持在合適的范圍。這種變頻恒壓供水系統直接取代水塔、高位水箱及傳統的氣壓罐供水裝置。不對市政供水管網產生負壓，適用于一切需要增高水壓、恒定流量的給水系統。另外水泵耗電功率與電機轉速的三次方成正比關系，所以水泵調速運行的節能效果非常明顯，平均耗電量較通常供水方式節省40％。結合使用可編程序控制器，可實現循環變頻，電機軟啟動，具有短路保護、過流保護功能，工作穩定可靠，大大延長了設備的使用壽命。 1　系統設計 （1）原理 　　系統采用2～3臺水泵并聯運行方式，壓力傳感器將主水管網水壓變換為電信號，經模擬量輸入模塊輸入PLC，PLC根據給定的壓力設定值與實際檢測值進行PID運算，輸出控制信號經模擬量輸出模塊至變頻器，調節水泵電機的供電電壓和頻率。當用水量較小時，一臺泵在變頻器的控制下穩定運行，當用水量大到水泵全速運行也不能保證管網的壓力穩定時，PLC給定的壓力下限信號與變頻器的高速信號同時被PLC檢測到，PLC自動將原工作在變頻狀態下的泵投入到工頻運行，以保持壓力的連續性，同時將下一臺備用泵用變頻器起動后投入運行，以加大管網的供水量保證壓力穩定。若2臺泵運轉仍不能滿足壓力的要求，則依次將變頻工作狀態下的泵投入到工頻運行，再將一臺備用泵投入變頻運行。當用水量減少時，首先表現為變頻器已工作在最低速信號有效，這時壓力上限信號如仍出現，PLC首先將最先工頻運行的泵停掉，以減少供水量。當上述2個信號仍存在時，PLC再停掉第2臺工頻運行的電機，直到最后一臺泵用變頻器恒壓供水。 所有水泵電機從停止到啟動及從啟動到停止都由變頻器來控制，實現帶載軟啟動，避免了啟動大電流給水泵電機帶來沖擊，相對延長了電機的使用壽命。同時，系統供水采用變頻泵循環方式，以“先開先關”的順序關泵，工作泵與備用泵不固定，這樣，既保證供水系統有備用泵，又保證系統泵有相同的運行時間，有效地防止因為備用泵長期不用發生銹死現象，提高了設備的綜合利用率，降低了維護費用。 （2）系統硬件 系統選用了西門子公司的S7-200 （CPU224XP CN ）PLC，主要檢測元件有水位檢測、執行繼電器狀態等，共計14個輸入信號。執行部件有電機、變頻調速器、聲光報警器等，共10個輸出點。模擬量檢測有壓力檢測、變頻器運行頻率檢測和壓力比對檢測，共2個輸入、1個輸出量。PLC主要完成現場的數據采集、轉換、存儲、報警、控制變頻器完成壓力調節等功能。水泵分別由變頻器軟起動，旁路工頻運行，進行恒壓控制，變頻器的起動、停止分為使用觸摸屏或文本顯示器等設備軟控制和PLC自動控制。控制面板上設有一個手動/自動轉換開關，PLC對該開關的狀態實時檢測，當選擇手動功能時，PLC只進行檢測報警，由人工通過面板上的按鈕和開關進行水泵的工頻起、停。當選擇自動功能時，所有控制、報警均由PLC完成。系統原理圖如 圖1所示。 2　系統軟件 為方便調試和編程，系統控制器采用模塊化編程，主要由手動運行模塊、自動運行模塊和故障診斷與報警模塊組成。 （1）手動運行模塊 　　當系統處于手動運行時，PLC只接收各電路保護信號和各傳感器信號，并由此判斷各工作水泵的運行狀態，在出現故障的情況下，輸出報警信號。水泵的起、停和切換由人工通過面板上的按鈕和開關來實現。 （2）自動運行模塊 圖２　自動運行模塊流程圖 自動運行模塊包括系統的初始化、開機命令的檢測、數據采集子程序、控制量運算子程序、置初值子程序、電機控制子程序等。自動運行模塊流程圖如圖2所示。其中：數據采集子程序完成對主水管壓力的數據采集。 控制量運算子程序完成變頻器控制量的計算和控制量的輸出，其中控制量的計算按PID控制規律進行。 電機控制子程序完成對3臺水泵的運行和停止控制。由于變頻器的輸出頻率與水泵的運轉速度直接相關，用水量大時，變頻器輸出頻率升高，水泵的運轉速度大；用水量小時，頻率降低，水泵的運轉速度小。因此程序根據變頻器的輸出頻率的大小就可以判斷和控制水泵的工作狀態。當頻率上升到50 Hz（即水泵全速運轉）時仍不能滿足供水需要時，則PLC自動將第一臺泵切換到工頻運行；第2臺泵由變頻器供電投入運行，如果第2臺泵電機達到滿轉速時仍不能滿足供水要求，則PLC自動將第2臺泵切換到工頻運行，第3臺泵由變頻器供電投入運行，依此規律逐個投入運行；當2臺泵都處于工頻全速運行方式，第3臺泵處于變頻運行工作方式時，如果此時用水量減小，變頻器輸出頻率下降，當頻率到達一定的下限Fmin（設定變頻器頻率下限）時，供水量仍大于用水量，則系統自動將第三臺泵停止運行。同樣，第三臺泵停機后，如果此時供水量還大于用水量，則系統自動將第二臺泵停止運行，依此類推。電機控制子程序功能圖如圖3所示。 （3）故障診斷和報警輸出模塊 變頻器具有短路、過載等保護功能，當變頻器所驅動的水泵電機發生短路、過載等故障時，變頻器將自動切斷一次供電回路，進入保護狀態并輸出報警信號。系統把各故障點相應的接觸器、斷路器等元件的輔助觸點接到PLC，PLC掃描輸入這些觸點的狀態，并通過PLC程序將這些狀態存放在數據存儲區，再結合控制程序和設備預置狀態進行邏輯分析，判斷設備或元件是否出了故障，如果發生故障，則切斷該泵的接觸器，然后對變頻器復位，再將備用水泵的接觸器接通，啟動變頻器運行備用泵，同時輸出該泵故障報警信號。如電機故障指示燈亮等。 3　結語 變頻調速恒壓供水系統具有節能、安全、高品質的供水質量等優點。采用PLC作為控制器，硬件結構簡單，成本低，系統實現水泵電機無級調速，依據用水量的變化自動調節系統的運行參數，在用水量發生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求。另外，S7-200（CPU224XP CN ）PLC基本單元提供二個RS-485接口，一個與觸摸屏或文本顯示器（系統參數顯示、設定、系統運行軟控制設備）等設備通訊控制，另一個可以與樓宇監控中心進行通訊，實現無人遠程控制。