1、2008年5月第15卷增刊文章編號:167127848(2008)S020077202控制工程ControlEngineeringofChinaMay2008Vol.15,S0基于PLC的PID控制恒壓供水系統羅偉平,張成文(新余鋼鐵有限責任公司設計院,江西新余338001)摘要:傳統的單片機控制供水系統,硬件設計和程序編制難度大,而且因工藝、電磁干擾等原因系統可靠性差,供水壓力不穩定。以某生活小區泵站供水系統為對象,在充分分析PLC內置PID運算功能的基礎上,考慮供水系統的特點,提出了用PLC控制變頻調速恒壓供水系統。該系統由PLC、變頻器、水泵電機組、壓力傳感器及電氣控制柜組成。系統的邏輯

2、控制和PID運算由PLC完成,供水壓力由PLC的模擬電位器設定。系統投入運行后,系統維護量少、供水壓力穩定,有較大的推廣應用價值。關鍵詞:可編程控制器;恒壓供水;PID中圖分類號:TP273文獻標識碼:APIDControlledConstantPLC,Cheng2wen(Institute,XinyuSteelLtd,Xinyu338001,China)Abstract:ThehardwaredesignandprogrammingoftraditionalwatersupplysystemwithSCMaredifficult,andfactorsoftechnicsanddistur2b

3、anceleadtopoorreliabilityandstability.Takingthewatersupplysystemofpumpingstationincertainresidentialareaasexample,constantpressurewatersupplysystemofadjustable2speedfrequencyconversionbasedonPLCisproposedbyanalyzingPIDfunctioninsidePLCandcon2sideringthecharacteristicsofwatersupplysystem.Thissystemco

4、nsistsofPLC,frequencyconverter,pumpmotorgroups,pressuresensorandelectriccontrolcabinet.ThelogiccontrolandPIDoperationareachievedbyPLCandthepressureofwatersupplyissetbysimulationpotenti2ometer.Theapplicationresultsshowlessmaintenance,stablepressureandremarkableextendingvalue.Keywords:PLC;constantpres

5、surewatersupply;PID1引言與傳統的恒速泵供水系統、水塔高位水箱供水系統以及氣壓罐供水系統相比,變頻調速恒壓供水系統具有供水質量高、靈活性強、耗電省、電機啟制動平穩、原材料消耗省等優點,因而獲得了廣泛的應用。目前市場上變頻調速恒壓供水系統的控制部分大體上可分為PLC控制和單片機控制兩種形式,前者用模擬電路,后者用單片機編程實現控制算法,這不僅增加了硬件設計量和程序編制難度,而且因工藝、電磁干擾等原因系統可靠性變差。本文介紹了一種邏輯控制部分及過程調節PID運算均由PLC完成的控制系統,硬件簡單可靠、軟件編程簡單,其成本低、經濟實用。SIMATICS72200系列PLC具有高性能

6、價格比,S72200系列中的CPU215和CPU216,具有32位浮2S72200PLCPID功能S72200系列PLC中的CPU215216提供了內置PID運算指令,應用中只需在PLC的內存中填寫一張PID控制參數表,見表1。表1PID控制參數表參數地址偏移變量變量名編號類型+0PVn注釋調節量,即被控對象的輸出量2+4SPnIn給定量,即被控對象的給定輸出3+8MnInOut控制量,用于輸出到被控對象4+12KcIn比例項增益,可正可負5+16TsIn采樣時間,單位為s,必須為正數T16+20In積分時間常數,單位為min,必須為正數TD7+24In微分時間常數,單位為min,必須為正數M

7、XIn8+28Out累積偏移量,即累積誤差PVn-1In9+32Out上次執行PID指令時的調節量注:9個參數全部為32位的實數格式,共占36個字節。In點運算指令和內置PID調節運算指令等特殊功能,非常適用于變頻調速恒壓供水系統。執行指令PIDTable,Loop即可完成PID運算。其中,操作數Table使用變量存儲器VBx,用來指收稿日期:2007209217;收修定稿日期:2007210220作者簡介:羅偉平(19652),男,廣東興寧人,工程師,主要從事電氣自動化工程設計等方面的工作。控制工程第15卷78明控制參數表的表頭字節;操作數Loop只可選擇07的整數,表示本次PID閉環控制所

8、針對的環路編號。控制參數表中,編號為2,4,5,6,7的參數是固定不變的,可在PLC的主程序中設定;編號為1,3,8,9的參數具有實時性,須在調用PID指令時才填入控制表格,另外編號為3,8,9的參數既是本次的輸入(執行前),又是本次的輸出(執行后),還是下次運算的輸入。表中“變量類型”欄的InOut應理解為相對于PID控制器而言的輸入或輸出。設定的信號進行比較處理后,通過PID調節運算得到頻率給定數字信號,再經EM235模塊控制變頻器的輸出頻率,從而控制水泵的轉速和泵水量。PID運算功能由上述的PLC內置專用指令實現,同時,根據水泵機組的切換要求,由PLC實現變頻器的啟制動、故障處理和各種電

9、氣控制。電控單元由低壓電器具體實現過載等保護和通斷電控制,變頻器完成泵群的驅動。系統依據用水量變化隨時調節水泵的轉速和啟停,從而調節供水量,使管網出口處的壓力誤差保持在一定范圍之內。3控制系統的組成及工作過程3)供水壓力設定S72200的CPU215216面板變頻調速恒壓供水系統組成,如圖1所示。上有兩個分辨率為1200的可調節模擬電位器,在PLC內部分別用特殊標志寄存器SMB28和SMB29。為實現供水壓力,以,再進行恒壓控制算法。圖4)系統工作過程本系統整個工作過程采用或“先開先停,先停先開”的循環工作過程,使各水泵CPU216)1臺普通型變頻調速器及3輪流休息及軟啟動。具體過程是,開始時

10、1#泵在臺3715kW(1#,2#,3#)和1臺212kW(4#)的水PLC控制下先投入調速運行,其運行速度由變頻器泵機組和電氣控制柜組成。系統中有1臺變頻器、調節,當供水壓力小于設定值時,變頻器輸出頻率多臺水泵,變頻器一次只能拖動1臺水泵,其他水升高,水泵速度上升,反之下降。當變頻器的輸出泵則處于工頻工作或不工作狀態,因此流量的調節頻率達到50Hz時,如果此時供水壓力仍未達到設范圍只能為1臺水泵流量范圍M,3臺水泵總流量定要求,則在PLC的邏輯控制下1#泵切換到工頻為3M,為達到系統流量從03M間無級調節,用運行狀態,2#泵投入調速運行,如此類推。供水PLC內部運算判斷,控制各泵的投入或撤出

11、,實現壓力大于設定值時,變頻器輸出頻率降低,水泵速在供水壓力不變的情況下自動調節流量。在控制調度下降,變頻器的輸出頻率低于設定的下限頻率節的同時,不斷檢測變頻器故障、水泵電機故障等(20Hz)時,先啟動運行的水泵停機休息。晚間用信號,出現異常情況時執行相應的動作并報警。水量不多時,最后一臺正在運行的水泵處于低速運1)壓力信號檢測及變頻控制信號輸出根據行,若供水壓力仍大于設定值,則停機并啟動4#供水系統的主管道口徑和最大流量要求,選擇相應水泵(小泵)投入運行,從而達到節能的效果。壓力范圍的壓力變送器。為實現被測信號的遠距離4結語傳輸,需選用電流輸出型壓力變送器。系統選用一個與S72200系列PL

12、C配套的EM235應用S72200系列PLC的PID功能,配合EM235擴展模塊,實現被測壓力信號的模擬量輸入和變頻模擬量輸入輸出擴展模塊和一臺普通型變頻調速控制信號的模擬量輸出。一個EM235可同時擴展3器,只要加載少量的電氣開關便可實現恒壓供水控路模擬量差動輸入通道和1路模擬量輸出通道,其制系統,其硬件設計量少、編程簡單、調試方便、輸入通道中的AD轉換時間為25s,分辨率為可靠性高,有一定的推廣應用價值。s,12位;輸出通道中的DA轉換時間為100參考文獻:-10V+10V電壓輸出的分辨率為12位,020mA電流輸出的分辨率為11位,EM235的輸1高正中,姚福強.CM2全自動變頻恒壓供水控制器J.電子技術,1998,36(9):29230.入輸出均編程為020mA范圍,將電流輸出接入2常易康,陳保農.雙通道積分電路在變頻調速供水系統中的應一個模擬輸入通道,PLC輸出的020mA電流信用J.電子技術應用,1998,24(5):31232.3侯文霞.基于PLC控制的變頻調速中小型恒壓供水系統J.號接變頻器的輸