PID控制程序在恒压供水系统中的应用

恒压供水系统

第!!卷第$期

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龙岩师专学报)FCJKGC

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&’(控制程序在恒压供水系统中的应用

陈建洪

摘要：小型&)*控制的恒压供水系统中，可通过用户设计&’(控制程序，实现系统的&’(控制，从而降低系统的投资费用。

关键词：软件设计(+,转换；,+(转换；&’(控制器；中图分类号：-.$

#

引言

文献标识码：*

文章编号：%/0!1#2234!##25#$1##!"1#!

之后控制8.2、则变频器首&)*控制8.$断电，8.!通电，先退出运行，系统自动将!号水泵从变频切换至工频状态。然后变频器投入带动%号水泵运行，实现水泵压力的快速连续变化，以补充管网的水量。!

&’(控制系统的硬件添加

（%）63—!(,模拟量特殊功能模块：63—!(,模拟量特

某公司，采用三菱63!1%/.的&)*和三垦7776变频

器配合组成恒压供水系统。由于该系统原先没有采用&’(控制，水压波动大，而新产品的工艺要求有更加恒定的水压，因此需对供水系统进行改造。但更换&)*将造成&)*资源的巨大浪费，于是采用用户设计&’(控制程序的方法，对系统进行&’(控制，达到稳定水压的目的。%

原有的恒压变频供水系统简介

殊功能模块有两个输出通道，进行(+,转换，以便驱动现场模拟装置，其分辨率为%+2#9/。

（!）63—2,(模拟量特殊功能模块：63—2,(模拟量特殊功能模块有四个输入通道，进行,+(转换，以便将模拟量转换成&)*可读的数字量形式，其分辨率为%+2#9/。

（$）63—2:’特殊功能模块：通过63—2:’特殊功能模块，主机63!—%/.可连接63—!(,模拟量特殊功能模块和63—2,(模拟量特殊功能模块。

（2）测量变送：为压力测量变送器，可将压力变换为电流或电压信号，以便输入到63—2,(中。$$;%

&’(控制系统的软件设计&’(控制原则

在图!方框图中的&’(控制器，是用户通过编制程序，在

图%恒压变频供水系统的结构框图

如图%，当供水系统自动运行时，泵&)*控制8.!通电，当用水量增加时，变频器控制的水%在变频器的控制下运行；

泵%在频率达到设定的上限频率仍不能满足要求时，在该状态保持一段时间后，&)*控制8.!断电，之后控制8.%及8.$通电，变频器首先退出运行，系统自动将%号水泵从变频切换至工频状态，然后变频器投入带动!号水泵运行（两泵同时使用），实现水泵压力的快速连续变化，以补充管网的水量。

当用水量减少时，变频器的输出频率随之下降，直至输出频率低于设定的下限频率时，系统的供水压力仍高于设定的压力，在该状态保持一段时间后，将%&)*控制8.%断电，号水泵退出，系统由变频器带动!号水泵供水，实现水泵压力的快速连续变化，以补充管网的水量。

当用水量又增加时，变频器控制的水泵在频率达到设定的上限频率时仍不能满足要求，在该状态保持一段时间后，

收稿日期：!##$—%!—!!

&)*内部产生一个虚拟的&’(控制器。&’(控制器管理输出

数值，以便使给定值<4=5与过程变量>4=5的偏差?4=5为零，系统达到稳定状态。&’(控制原则以下列公式为基础：

（）#（!"）!"）&"#%’@4=5A8&（B.

%%&"

[

/

]

$;!&’(算法

使用&)*控制后，模拟量闭环控制系统如图!所示。图

中的<4C5、>4C5、?4C5、@4C5均为第C次采样时的数字量，>

4=5、@4=5、D4=5为模拟量。

图!&’(闭环控制方框图

假设采样周期为-，系统开始运行时刻为=A#，将&’(调节器的模拟表达式离散化后得：

万方数据　

!"

恒压供水系统

#

!"#$#$%

{

（%#）&’’(（%)）&’,[（%#）-（%#-(）

])*+’

}

&’

上式可改写为：

#

!"#$#$%%(#$&./*（%)）&.,[（

%#）-（%#-(）]&’)*+上式简记为：

!"#$#)%(#$&0/"#$&0,"#$&1

上面的各式中：

%(#*……………第+次采样时的误差值；

%(#,-*…………第(+,-*次采样时的误差值；$.#$%/0/-………积分系数；$1#$%/10/………积微分系数；)%(#*#$%%(#*………比例项；#

).(#*#$.*（

%)）……积分项；)*+0,"#$*.,2%"#$-%"#-($3………微分项。

232%.1控制程序的编制

根据%.1控制器的数字量表达式!"#$*04"#$&0/"#$&0,"#$&1可设计出%.1运算程序的流程图4可通过计算5(+*、05"#$、0/"#$、0,"#$获得6(+*。图2流程图中的计算5(+*#7(+*,8(+*方框直至计算!"#$*04"#$&0/"#$&0,"#$&1方框部分就是%.1运算程序。在计算过程中，还应检查是否超过了设定的上限值，如超过则作限幅处理。

图2%.1控制流程图

!"

万　

方数据图2是作为%9:用户程序一部分的%.1控制程序的框图。采样时间是相邻两次%.1运算间隔的时间，它用%9:的

定时器来控制。只有当定时时间到时才执行%.1运算，并将结果送给10;转换器。数据采集可以在一个采样周期进行一次，也可以在一个采样周期进行几次，并将采集的值作数字滤波处理后存放在指定的存贮单元，供%.1运算程序使用。23<

%.1调节器功能的预置和调整

(-*目标值的预置：%.1调节的基本依据是反馈量与目标值之间进行比较的结果。因此，准确地预置目标值是十分重要的。

由于目标信号是要与反馈信号进行比较的，而反馈信号是从传感器上得到的，因此，目标信号的大小也必然和使用的传感器有关。确定目标信号的具体方法是：目标压力与传

感器量程之比的百分数。例如供水要求的压力（目标压力）是=32’，

所用压力表量程是=3>’，则目标值为"=?。目标信号的输入可通过键盘给定和电位器给定等方法获得。

(!*$%、$.、$1的预置：由于$%、$.、$1的取值与系统的惯性大小有很大的关系，因此，很难一次调定。这里介绍一种简易的调试过程。

首先将$1调为=，估计一个$%的值，使系统运行起来，观察其工作情况，如果压力下降或上升后难以恢复，说明反应太慢，则应增大$%，

直至比较满意为止；在增大$%后虽然反应快了，却容易在目标值附近波动，说明系统有振荡，应加大积分时间/.，直至基本不振荡为止；最后再调节微分环节$1。若新产品的工艺要求水压易收敛且稳定性更高时，可考虑用遗传算法对%.1调节器的参数进行自整定。

(2*采样周期/的预置：从理论上说，/越小，采样后得到的数字量与模拟量信号之间的失真越小。但是/太小时，相邻两次采样得到的误差几乎没有什么变化，同时增加了%.1运算的工作量，过多地占用了:%)的处理时间，因此必须综合地考虑采样周期/的大小。本系统中采用经验数据2秒。<

结束语

通过近一年的使用，实践证明，用户设计%.1控制程序能满足%.1控制的结果，实现水压稳定，从而降低了系统的投资费用。

参考文献：

@-A廖常初3可编程序控制器应用技术@’A3重庆：重庆大学出版社B-CC!3

@!A殷洪义3可编程序控制器选择、设计与维护@’A3北

京：机械工业出版社，!==23

恒压供水系统

PID控制程序在恒压供水系统中的应用

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

陈建洪

龙岩师专学报

JOURNAL OF LONGYAN TEACHERS COLLEGE2004,22(3)5次

参考文献(2条)

1.殷洪义 可编程序控制器选择、设计与维护 20032.廖常初 可编程序控制器应用技术 1992

引证文献(5条)

1.刘大铭.车进 恒压供水FUZZY-PID控制研究[期刊论文]-宁夏大学学报（自然科学版） 2008(4)2.李巧红 基于PLC的恒压供水系统研究[期刊论文]-中国科技信息 2008(20)

3.沈晖.刘大铭 参数自适应模糊PID在恒压供水中的应用[期刊论文]-中国农村水利水电 2007(9)4.刘大铭.沈晖 基于PLC的变频调速恒压供水系统设计[期刊论文]-宁夏工程技术 2006(3)5.韩庆瑶.李巧红.刘崇伦 PLC在恒压供水系统中的应用[期刊论文]-通用机械 2005(10)

本文链接：/Periodical_lyszxb200403011.aspx

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