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