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一、绪论
(一) 课题的意义及应用背景
近十年来，变频技术的应用在我国有很大的发展，并取得了良好的效果。采用变频器和可编程控制器等现代控制设备和技术实现恒定水压供水，是供水领域技术革新的必然趋势，以往采用的水塔供水既不卫生又不经济，更重要的是浪费了大量的能源，本文介绍的变频调速恒压供水系统以其有效的实用性，彻底解决了上述问题，是一项颇有实用价值的调速系统，为已有的供水系统技术改造提供了切实可行的途径。
变频控制技术的进步不仅仅是异步电动机结构简单、坚固、易于维护等优点，更主要的是采用变频调速技术的异步电动机的机械特性达到了直流电动机调压调速的特性。由于计算机技术的介入，使得变频器具有丰富的功能和方便好用的特点，因此人们才有可能按照实际要求，自行构成一个适用和可靠的调速系统。
变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，充分利用变频器内置的各种功能对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面有着非常重要的意义。
变频恒压供水控制系统主要有：
(1)带PID回路调节器和/或可编程序控制器(PLC)的控制系统
在该系统中，变频器的作用是为电动机提供可变频率的电源，实现电动机的无级调速，从而使管网水压可控。传感器的任务是检测管网水压；压力设定单元为系统提供满足用户需要的水压期望值；压力设定信号和压力反馈信号输入可编程控制器后，经可编程控制器内部PID控制程序的计算，输给变频器一个转速控制信号。还有一种办法是将压力设定信号和压力反馈信号送入PID回路调节器，由后者进行运算后，输给变频器一个转速控制信号。
由于变频器的转速控制信号是由可编程控制器或PID回路调节器给出的，所
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以对可编程控制器来讲，既要有模拟量输入接口，又要有模拟量输出接口。由于带模拟量输入/输出接口的可编程控制器价格很高，就增加了供水设备的成本。若采用带有模拟量输入/数字量输出的可编程控制器，则要在可编程控制器的数字量输出口端另接一块PWM调制板，将可编程控制器输出的数字量信号转变为模拟量。所以，在变频调速恒压给水控制设备中，PID控制信号的产生和输出就成为降低给水设备成本的一个关键环节。 (2)新型变频调速供水设备
针对传统的变频调供水设备的不足之处，新产品将PID调节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用宏的新型变频器。由于变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑、稳定。同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试非常简单、方便,在满足工艺要求的情况下应优先采用。 (3)供水专用变频器
供水专用变频器是将普通变频器和PLC控制器集成在一起，是集供水管控一体化的系统，内置供水专用PID调节器，只需加一只压力传感器，即可方便地组成供水闭环控制系统。传感器反馈的水压信号直接送入变频器自带的PID调节器输入口，而压力设定既可使用变频器的键盘设定，也可采用一只电位器以模拟量的形式送入。每日可设定多段压力运行，以适应供水压力的需要。也可设定指定日供水压力。面板可以直接显示压力反馈值(MPa)。
系统供水有两种基本运行方式：变频泵固定方式和变频泵循环方式。变频泵固定方式最多可以控制7台泵，可选择“先开先关”和“先开后关”(适用泵容量不同场合)两种水泵关闭顺序；变频泵循环方式最多可以控制4台泵，系统以“先开先关”的顺序关泵。
供水系统采用变频供水技术可改善供水水质，且自动化程度高，但若选择使用不当，又会造成电能\浪费\，在方案确定之前应根据用水性质、用水特点、用水规模、设备投资等因素综合考虑，在保证可靠供水前提下，充分发挥变频调速的节能潜力
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（二）本文研究的内容
本文介绍以可编程控制器(PLC)为控制核心，ATV38系列变频器为执行元件，采用PID算法控制水泵电机转速，即可调节出口管网压力，使之达到用户期望的恒定压力。其中主要内容包括恒压供水原理，PLC原理，变频调速原理，通过设置几个主要器件I/O参数，实现PLC，变频器，压力传感器之间的通讯、控制功能。
（三）任务及工艺要求
用PLC，变频器，压力传感器及低压部件组成PLC控制的变频调速恒压供水自动控制系统，并使系统达到恒压及自动控制的工艺要求。利用恒压供水原理、设置几个主要器件I/O参数，实现PLC，变频器，压力传感器之间的通讯、控制功能。以MCS-51系列单片机为核心器件，通过外围硬件电路来实现控制目的。可根据需要设定压力控制高度，同时具备报警、高度显示等功能的性能指标。
（四）系统的组成和基本工作原理
系统由水泵机组、变频柜、压力仪表、管路系统等构成。变频柜由变频器，PLC低压电器等构成。系统控制75KW水泵3台，
其工作情况如下：
1台泵供水不足时，该泵倒为工频运行，变频柜启动第2 台泵，若流量还不够，第2台泵倒为工频运行，变频柜再启动第3台泵。若用水量减少，按启泵顺序依次停止工频泵，直到最后1台泵变频恒压达到一定时才可以停止工作。
系统控制组成框图如下：
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变频器控制器配电部分传感器出水水泵1水泵2水泵3进水
图1-1系统控制组成框图
（五）主要元器件选型
PLC：CPM1A-40CDR-A（欧姆龙） 变频器：ATV38(施耐德)
压力传感器：YYB-ES（钱江仪器仪表厂） 其他低压配件选择施耐德品牌为主
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