基于PLC的PID控制恒壓供水系統(tǒng)

1、2008年5月第15卷增刊文章編號(hào):167127848(2008)S020077202控制工程ControlEngineeringofChinaMay2008Vol.15,S0基于PLC的PID控制恒壓供水系統(tǒng)羅偉平,張成文(新余鋼鐵有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)院,江西新余338001)摘要:傳統(tǒng)的單片機(jī)控制供水系統(tǒng),硬件設(shè)計(jì)和程序編制難度大,而且因工藝、電磁干擾等原因系統(tǒng)可靠性差,供水壓力不穩(wěn)定。以某生活小區(qū)泵站供水系統(tǒng)為對(duì)象,在充分分析PLC內(nèi)置PID運(yùn)算功能的基礎(chǔ)上,考慮供水系統(tǒng)的特點(diǎn),提出了用PLC控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)由PLC、變頻器、水泵電機(jī)組、壓力傳感器及電氣控制柜組成。系統(tǒng)的邏輯

2、控制和PID運(yùn)算由PLC完成,供水壓力由PLC的模擬電位器設(shè)定。系統(tǒng)投入運(yùn)行后,系統(tǒng)維護(hù)量少、供水壓力穩(wěn)定,有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞:可編程控制器;恒壓供水;PID中圖分類號(hào):TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(tǒng)的恒速泵供水系統(tǒng)、水塔高位水箱供水系統(tǒng)以及氣壓罐供水系統(tǒng)相比,變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有供水質(zhì)量高、靈活性強(qiáng)、耗電省、電機(jī)啟制動(dòng)平穩(wěn)、原材料消耗省等優(yōu)點(diǎn),因而獲得了廣泛的應(yīng)用。目前市場(chǎng)上變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制部分大體上可分為PLC控制和單片機(jī)控制兩種形式,前者用模擬電路,后者用單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)控制算法,這不僅增加了硬件設(shè)計(jì)量和程序編制難度,而且因工藝、電磁干擾等原因系統(tǒng)可靠性變差。本文介紹了一種邏輯控制部分及過程調(diào)節(jié)PID運(yùn)算均由PLC完成的控制系統(tǒng),硬件簡(jiǎn)單可靠、軟件編程簡(jiǎn)單,其成本低、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。SIMATICS72200系列PLC具有高性能

6、價(jià)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(nèi)置PID運(yùn)算指令,應(yīng)用中只需在PLC的內(nèi)存中填寫一張PID控制參數(shù)表,見表1。表1PID控制參數(shù)表參數(shù)地址偏移變量變量名編號(hào)類型+0PVn注釋調(diào)節(jié)量,即被控對(duì)象的輸出量2+4SPnIn給定量,即被控對(duì)象的給定輸出3+8MnInOut控制量,用于輸出到被控對(duì)象4+12KcIn比例項(xiàng)增益,可正可負(fù)5+16TsIn采樣時(shí)間,單位為s,必須為正數(shù)T16+20In積分時(shí)間常數(shù),單位為min,必須為正數(shù)TD7+24In微分時(shí)間常數(shù),單位為min,必須為正數(shù)M

7、XIn8+28Out累積偏移量,即累積誤差PVn-1In9+32Out上次執(zhí)行PID指令時(shí)的調(diào)節(jié)量注:9個(gè)參數(shù)全部為32位的實(shí)數(shù)格式,共占36個(gè)字節(jié)。In點(diǎn)運(yùn)算指令和內(nèi)置PID調(diào)節(jié)運(yùn)算指令等特殊功能,非常適用于變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)。執(zhí)行指令PIDTable,Loop即可完成PID運(yùn)算。其中,操作數(shù)Table使用變量存儲(chǔ)器VBx,用來指收稿日期:2007209217;收修定稿日期:2007210220作者簡(jiǎn)介:羅偉平(19652),男,廣東興寧人,工程師,主要從事電氣自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)等方面的工作。控制工程第15卷78明控制參數(shù)表的表頭字節(jié);操作數(shù)Loop只可選擇07的整數(shù),表示本次PID閉環(huán)控制所

8、針對(duì)的環(huán)路編號(hào)?？刂茀?shù)表中,編號(hào)為2,4,5,6,7的參數(shù)是固定不變的,可在PLC的主程序中設(shè)定;編號(hào)為1,3,8,9的參數(shù)具有實(shí)時(shí)性,須在調(diào)用PID指令時(shí)才填入控制表格,另外編號(hào)為3,8,9的參數(shù)既是本次的輸入(執(zhí)行前),又是本次的輸出(執(zhí)行后),還是下次運(yùn)算的輸入。表中“變量類型”欄的InOut應(yīng)理解為相對(duì)于PID控制器而言的輸入或輸出。設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行比較處理后,通過PID調(diào)節(jié)運(yùn)算得到頻率給定數(shù)字信號(hào),再經(jīng)EM235模塊控制變頻器的輸出頻率,從而控制水泵的轉(zhuǎn)速和泵水量。PID運(yùn)算功能由上述的PLC內(nèi)置專用指令實(shí)現(xiàn),同時(shí),根據(jù)水泵機(jī)組的切換要求,由PLC實(shí)現(xiàn)變頻器的啟制動(dòng)、故障處理和各種電

9、氣控制。電控單元由低壓電器具體實(shí)現(xiàn)過載等保護(hù)和通斷電控制,變頻器完成泵群的驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)依據(jù)用水量變化隨時(shí)調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速和啟停,從而調(diào)節(jié)供水量,使管網(wǎng)出口處的壓力誤差保持在一定范圍之內(nèi)。3控制系統(tǒng)的組成及工作過程3)供水壓力設(shè)定S72200的CPU215216面板變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)組成,如圖1所示。上有兩個(gè)分辨率為1200的可調(diào)節(jié)模擬電位器,在PLC內(nèi)部分別用特殊標(biāo)志寄存器SMB28和SMB29。為實(shí)現(xiàn)供水壓力,以,再進(jìn)行恒壓控制算法。圖4)系統(tǒng)工作過程本系統(tǒng)整個(gè)工作過程采用或“先開先停,先停先開”的循環(huán)工作過程,使各水泵CPU216)1臺(tái)普通型變頻調(diào)速器及3輪流休息及軟啟動(dòng)。具體過程是,開始時(shí)

10、1#泵在臺(tái)3715kW(1#,2#,3#)和1臺(tái)212kW(4#)的水PLC控制下先投入調(diào)速運(yùn)行,其運(yùn)行速度由變頻器泵機(jī)組和電氣控制柜組成。系統(tǒng)中有1臺(tái)變頻器、調(diào)節(jié),當(dāng)供水壓力小于設(shè)定值時(shí),變頻器輸出頻率多臺(tái)水泵,變頻器一次只能拖動(dòng)1臺(tái)水泵,其他水升高,水泵速度上升,反之下降。當(dāng)變頻器的輸出泵則處于工頻工作或不工作狀態(tài),因此流量的調(diào)節(jié)頻率達(dá)到50Hz時(shí),如果此時(shí)供水壓力仍未達(dá)到設(shè)范圍只能為1臺(tái)水泵流量范圍M,3臺(tái)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(dá)到系統(tǒng)流量從03M間無級(jí)調(diào)節(jié),用運(yùn)行狀態(tài),2#泵投入調(diào)速運(yùn)行,如此類推。供水PLC內(nèi)部運(yùn)算判斷,控制各泵的投入或撤出

11、,實(shí)現(xiàn)壓力大于設(shè)定值時(shí),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(dòng)調(diào)節(jié)流量。在控制調(diào)度下降,變頻器的輸出頻率低于設(shè)定的下限頻率節(jié)的同時(shí),不斷檢測(cè)變頻器故障、水泵電機(jī)故障等(20Hz)時(shí),先啟動(dòng)運(yùn)行的水泵停機(jī)休息。晚間用信號(hào),出現(xiàn)異常情況時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作并報(bào)警。水量不多時(shí),最后一臺(tái)正在運(yùn)行的水泵處于低速運(yùn)1)壓力信號(hào)檢測(cè)及變頻控制信號(hào)輸出根據(jù)行,若供水壓力仍大于設(shè)定值,則停機(jī)并啟動(dòng)4#供水系統(tǒng)的主管道口徑和最大流量要求,選擇相應(yīng)水泵(小泵)投入運(yùn)行,從而達(dá)到節(jié)能的效果。壓力范圍的壓力變送器。為實(shí)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)的遠(yuǎn)距離4結(jié)語傳輸,需選用電流輸出型壓力變送器。系統(tǒng)選用一個(gè)與S72200系列PL

12、C配套的EM235應(yīng)用S72200系列PLC的PID功能,配合EM235擴(kuò)展模塊,實(shí)現(xiàn)被測(cè)壓力信號(hào)的模擬量輸入和變頻模擬量輸入輸出擴(kuò)展模塊和一臺(tái)普通型變頻調(diào)速控制信號(hào)的模擬量輸出。一個(gè)EM235可同時(shí)擴(kuò)展3器,只要加載少量的電氣開關(guān)便可實(shí)現(xiàn)恒壓供水控路模擬量差動(dòng)輸入通道和1路模擬量輸出通道,其制系統(tǒng),其硬件設(shè)計(jì)量少、編程簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、輸入通道中的AD轉(zhuǎn)換時(shí)間為25s,分辨率為可靠性高,有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。s,12位;輸出通道中的DA轉(zhuǎn)換時(shí)間為100參考文獻(xiàn):-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(qiáng).CM2全自動(dòng)變頻恒壓供水控制器J.電子技術(shù),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(nóng).雙通道積分電路在變頻調(diào)速供水系統(tǒng)中的應(yīng)一個(gè)模擬輸入通道,PLC輸出的020mA電流信用J.電子技術(shù)應(yīng)用,1998,24(5):31232.3侯文霞.基于PLC控制的變頻調(diào)速中小型恒壓供水系統(tǒng)J.號(hào)接變頻器的輸