基于PLC的PID控制恒压供水系统

传统的单片机控制供水系统, 硬件设计和程序编制难度大, 而且因工艺、电磁干扰等原因系统可靠性差, 供水压力不稳定。以某生活小区泵站供水系统为对象, 在充分分析PLC 内置PID 运算功能的基础上, 考虑供水系统的特点, 提出了用PLC 控制变频调速恒压供水系统。该系统由PLC、变频器、水泵电机组、压力传感器及电气控制柜组成。系统的逻辑控制和PID 运算由PLC 完成, 供水压力由PLC 的模拟电位器设定。系统投入运行后, 系统维护量

2008年5月第15卷增刊

文章编号:167127848(2008)S020077202

控制工程ControlEngineeringofChinaMay2008Vol.15,S0

基于PLC的PID控制恒压供水系统

罗伟平,张成文

(新余钢铁有限责任公司设计院,江西新余　338001

)

摘　　　要:传统的单片机控制供水系统,,而且因工艺、电磁干扰等原因系统可靠性差,供水压力不稳定,在充分分析PLC内置PID运算功能的基础上,水系统。该系统由PLC、变频器、。系统的逻辑控制和PID运算由PLC完成,。系统投入运行后,系统维护量少、供水压力稳定,关　键　词:;;PID:A

PIDConstantPressureWaterSupplySystemBasedonPLC

LUOWei2ping,ZHANGCheng2wen

(DesignInstitute,XinyuSteelLtd,Xinyu338001,China)

Abstract:ThehardwaredesignandprogrammingoftraditionalwatersupplysystemwithSCMaredifficult,andfactorsoftechnicsanddistur2banceleadtopoorreliabilityandstability.Takingthewatersupplysystemofpumpingstationincertainresidentialareaasexample,constantpressurewatersupplysystemofadjustable2speedfrequencyconversionbasedonPLCisproposedbyanalyzingPIDfunctioninsidePLCandcon2sideringthecharacteristicsofwatersupplysystem.ThissystemconsistsofPLC,frequencyconverter,pumpmotorgroups,pressuresensorandelectriccontrolcabinet.ThelogiccontrolandPIDoperationareachievedbyPLCandthepressureofwatersupplyissetbysimulationpotenti2ometer.Theapplicationresultsshowlessmaintenance,stablepressureandremarkableextendingvalue.Keywords:PLC;constantpressurewatersupply;PID

1　引　言

与传统的恒速泵供水系统、水塔高位水箱供水

系统以及气压罐供水系统相比,变频调速恒压供水系统具有供水质量高、灵活性强、耗电省、电机启Π制动平稳、原材料消耗省等优点,因而获得了广泛的应用。目前市场上变频调速恒压供水系统的控制部分大体上可分为PLC控制和单片机控制两种形式,前者用模拟电路,后者用单片机编程实现控制算法,这不仅增加了硬件设计量和程序编制难度,而且因工艺、电磁干扰等原因系统可靠性变差。本文介绍了一种逻辑控制部分及过程调节PID运算均由PLC完成的控制系统,硬件简单可靠、软件编程简单,其成本低、经济实用。

SIMATICS72200系列PLC具有高性能价格比,S72200系列中的CPU215和CPU216,具有32位浮

2　S72200PLCPID功能

S72200系列PLC中的CPU215Π216提供了内置PID运算指令,应用中只需在PLC的内存中填写一张PID控制参数表,见表1。

表1　PID控制参数表

参数地址偏移变量

变量名

编号类型

1

+0

PVn

注　释

调节量,即被控对象的输出量2+4SPnIn给定量,即被控对象的给定输出3+8MnInΠOut控制量,用于输出到被控对象4+12KcIn比例项增益,可正可负5+16TsIn采样时间,单位为s,必须为正数

T16+20In积分时间常数,单位为min,必须为正数TD7+24In微分时间常数,单位为min,必须为正数MXInΠ8+28Out累积偏移量,即累积误差PVn-1InΠ9+32Out上次执行PID指令时的调节量

注:9个参数全部为32位的实数格式,共占36个字节。

In

点运算指令和内置PID调节运算指令等特殊功能,非常适用于变频调速恒压供水系统。　　执行指令PIDTable,Loop即可完成PID运算。其中,操作数Table使用变量存储器VBx,用来指

收稿日期:2007209217;　收修定稿日期:2007210220　　作者简介:罗伟平(19652),男,广东兴宁人,工程师,主要从事电气自动化工程设计等方面的工作。

传统的单片机控制供水系统, 硬件设计和程序编制难度大, 而且因工艺、电磁干扰等原因系统可靠性差, 供水压力不稳定。以某生活小区泵站供水系统为对象, 在充分分析PLC 内置PID 运算功能的基础上, 考虑供水系统的特点, 提出了用PLC 控制变频调速恒压供水系统。该系统由PLC、变频器、水泵电机组、压力传感器及电气控制柜组成。系统的逻辑控制和PID 运算由PLC 完成, 供水压力由PLC 的模拟电位器设定。系统投入运行后, 系统维护量

　控　制　工　程　　　　　　　　　　　　　　　第15卷 　　　　　　　　　　　　　　　　　　78 明控制参数表的表头字节;操作数Loop只可选择0～7的整数,表示本次PID闭环控制所针对的环路编号。控制参数表中,编号为2,4,5,6,7的参数是固定不变的,可在PLC的主程序中设定;编号为1,3,8,9的参数具有实时性,须在调用PID指令时才填入控制表格,另外编号为3,8,9的参数既是本次的输入(执行前),又是本次的输出(执行后),还是下次运算的输入。表中“变量类型”栏的InΠOut应理解为相对于PID控制器而言的输入或输出。

设定的信号进行比较处理后,通过PID调节运算得到频率给定数字信号,再经EM235模块控制变频器的输出频率,从而控制水泵的转速和泵水量。

PID运算功能由上述的PLC内置专用指令实现,同时,根据水泵机组的切换要求,由PLC实现变频器的启Π制动、故障处理和各种电气控制。电控单元由低压电器具体实现过载等保护和通断电控制,。系统依据用水量变化从而调节供水量,使。

3　控制系统的组成及工作过程

　S72200的CPU215Π216面板

变频调速恒压供水系统组成

,如图1所示。1Π200的可调节模拟电位器,在

内部分别用特殊标志寄存器SMB28和SMB29存储与当前调节量对应的数字量。为实现供水压力的灵活设定,将模拟电位器作为压力设定输入量,在程序中通过读取相应寄存器获得压力设定值,以此为基准与实测值比较,再进行恒压控制算法。

图1　变频恒压供水系统组成

4)系统工作过程　本系统整个工作过程采用

系统主要由1台S72200系列PLC(CPU215或“先开先停,先停先开”的循环工作过程,使各水泵CPU216)为核心,配上1台普通型变频调速器及3轮流休息及软启动。具体过程是,开始时1#泵在台3715kW(1#,2#,3#)和1台212kW(4#)的水PLC控制下先投入调速运行,其运行速度由变频器泵机组和电气控制柜组成。系统中有1台变频器、调节,当供水压力小于设定值时,变频器输出频率多台水泵,变频器一次只能拖动1台水泵,其他水升高,水泵速度上升,反之下降。当变频器的输出泵则处于工频工作或不工作状态,因此流量的调节频率达到50Hz时,如果此时供水压力仍未达到设范围只能为1台水泵流量范围M,3台水泵总流量定要求,则在PLC的逻辑控制下1#泵切换到工频为3M,为达到系统流量从0～3M间无级调节,用运行状态,2#泵投入调速运行,如此类推。供水PLC内部运算判断,控制各泵的投入或撤出,实现压力大于设定值时,变频器输出频率降低,水泵速在供水压力不变的情况下自动调节流量。在控制调度下降,变频器的输出频率低于设定的下限频率节的同时,不断检测变频器故障、水泵电机故障等(20Hz)时,先启动运行的水泵停机休息。晚间用信号,出现异常情况时执行相应的动作并报警。水量不多时,最后一台正在运行的水泵处于低速运

1)压力信号检测及变频控制信号输出　根据行,若供水压力仍大于设定值,则停机并启动4#供水系统的主管道口径和最大流量要求,选择相应水泵(小泵)投入运行,从而达到节能的效果。压力范围的压力变送器。为实现被测信号的远距离

4　结　语传输,需选用电流输出型压力变送器。

系统选用一个与S72200系列PLC配套的EM235应用S72200系列PLC的PID功能,配合EM235扩展模块,实现被测压力信号的模拟量输入和变频模拟量输入Π输出扩展模块和一台普通型变频调速控制信号的模拟量输出。一个EM235可同时扩展3器,只要加载少量的电气开关便可实现恒压供水控路模拟量差动输入通道和1路模拟量输出通道,其制系统,其硬件设计量少、编程简单、调试方便、输入通道中的AΠD转换时间为25μs,分辨率为可靠性高,有一定的推广应用价值。

s,12位;输出通道中的DΠA转换时间为100μ

参考文献:-10V～+10V电压输出的分辨率为12位,

0～20mA电流输出的分辨率为11位,EM235的输[1]　高正中,姚福强.CM2全自动变频恒压供水控制器[J].电子技

术,1998,36(9):29230.

入Π输出均编程为0～20mA范围,将电流输出接入

[2]　常易康,陈保农.双通道积分电路在变频调速供水系统中的应

一个模拟输入通道,PLC输出的0～20mA电流信用[J].电子技术应用,1998,24(5):31232.

[3]　侯文霞.基于PLC控制的变频调速中小型恒压供水系统[J].

号接变频器的输入,以实现变频控制。

机床与液压,2004,32(8):1262127.

2)PID调节及电机的逻辑控制　恒压供水的[4]　尹耕钦,唐绪伟.PLC在供水系统中的应用[J].微计算机信

息,2004,21(4):425.

闭环控制过程,是将压力变送器检测到的出口压力[5]　王涛,王爱国.PLC及变频技术实现的恒压供水系统[J].自动信息经EM235转换成数字信号送入PLC,与用户预化博览,2004,22(6):41242.

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