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基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　4.2 西門子pid指令應(yīng)用

　　西門子s7-200系列plc指令族提供pid閉環(huán)控制專用指令。當(dāng)過程控制中某個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí)，pid控制算法會計(jì)算出正確的輸出，把變量保持在設(shè)定值上。以plc為主機(jī)的控制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。在有模擬量的控制系統(tǒng)中，經(jīng)常用到pid運(yùn)算來執(zhí)行pid回路的功能，pid回路指令使這一任務(wù)的編程和實(shí)現(xiàn)變得非常容易。

　?。?）pid算法。如果一個(gè)pid回路的輸出m是時(shí)間t的函數(shù)，則可以看作是比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)三項(xiàng)部分之和。即：

　　以上各量都是連續(xù)量，第一項(xiàng)為比例項(xiàng)，最后一項(xiàng)為微分項(xiàng)，中間兩項(xiàng)為積分項(xiàng)。其中e是給定值與被控制變量之差，即回路偏差。kc為回路的增益。用計(jì)算機(jī)處理這樣的控制算式，即連續(xù)的算式必須周期性地采樣并進(jìn)行離散化，同時(shí)各信號也要離散化，公式如下：

　　mn=kc（spn-pvn）+kc（ts/ti）（spn-pvn）+mx+kc（td/ts）（pvn-1-pvn）

　　公式中包含9個(gè)用來控制和監(jiān)視pid運(yùn)算的參數(shù)，在pid指令使用時(shí)要構(gòu)成回路表，回路表的格式如表1所示。

　　本設(shè)計(jì)中生活用水為系統(tǒng)給定值滿量程的70%。系統(tǒng)使用比例、積分及微分控制，采用下列控制參數(shù)值：

　　增益kc=0.25； 采樣時(shí)間ts=0.2s；

　　積分時(shí)間ti=30min； 微分時(shí)間td=15min；

　　（2）pid算法編程實(shí)現(xiàn)。本程序只是模擬量控制系統(tǒng)的pid程序主干，對于現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)問題，還要考慮諸多方面的影響因素。pid控制算法程序框圖如圖6所。

5 結(jié)束語

　　本文針對我國中小城市小區(qū)供水的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)開發(fā)了一套基于plc的變頻調(diào)速恒壓供水自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用單臺變頻器實(shí)現(xiàn)四臺水泵電機(jī)的軟起動和調(diào)速，同時(shí)把閥門控制和水泵電機(jī)控制都納入自動控制系統(tǒng)。壓力傳感器采樣管網(wǎng)壓力信號經(jīng)pid處理傳送給變頻器，變頻器根據(jù)壓力大小調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過改變水泵性能曲線來實(shí)現(xiàn)水泵的流量調(diào)節(jié)，保證管網(wǎng)壓力恒定。水泵在變頻下均為軟啟動，切換平滑，沖擊電流小，水泵機(jī)組壽命相應(yīng)延長。用plc設(shè)計(jì)恒壓供水系統(tǒng)的方案，稍加變化可適用于任何需要恒壓的流量系統(tǒng)

基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　根據(jù)流體力學(xué)的有關(guān)原理知道，當(dāng)采用變頻調(diào)速控制方式時(shí)，流量q、揚(yáng)程h、軸功率p、轉(zhuǎn)速n存在如下關(guān)系：

　　通過這一組關(guān)系式我們可以進(jìn)一步知道，由于軸功率的比值與電機(jī)轉(zhuǎn)速的比值的3次方成正比，所以當(dāng)流量的減小而使得電機(jī)轉(zhuǎn)速減小時(shí)，節(jié)能的效果是很明顯的。在理想情況下，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降為額定轉(zhuǎn)速的80%時(shí)，水泵功率會下降到額定值的51.2%，即節(jié)約48.8%的電能。因此，變頻調(diào)速控制方式在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用對節(jié)能的意義重大。

3 自動化方案實(shí)現(xiàn)

　　變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，主要是由西門子公司生產(chǎn)s7-200plc、變頻器、壓力傳感器、液位傳感器、動力控制線路以及4臺水泵等組成。用戶通過控制柜面板上的按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)和指示燈來控制系統(tǒng)的運(yùn)行。系統(tǒng)方框圖如圖4所示。

　　通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號變成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流信號經(jīng)em235送入s7-200plc，經(jīng)與給定壓力參數(shù)比較進(jìn)行pid運(yùn)算后，發(fā)出控制信號送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上。當(dāng)用水量超過一臺泵的供水量時(shí)，通過plc控制增加水泵。根據(jù)用水量的大小由plc控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水同時(shí)系統(tǒng)通過軟件設(shè)計(jì)具有定時(shí)換泵和系統(tǒng)聲、光報(bào)警及多種保護(hù)功能。

4 西門子pid指令應(yīng)用

　　4.1 控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

　　plc主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、水泵電機(jī)起動程序、水泵電機(jī)變頻/工頻切換程序、水泵電機(jī)換機(jī)程序、模擬量比較計(jì)算程序（pid）、停機(jī)程序和報(bào)警程序等構(gòu)成。