【期刊】基于PLC恒压供水系统中PID控制器的实现.pdf
《【期刊】基于PLC恒压供水系统中PID控制器的实现.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《【期刊】基于PLC恒压供水系统中PID控制器的实现.pdf(5页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、2 0 0 9 年2 月第2 8 卷第1 期重庆文理学院学报(自然科学版)J o u r n a lo fC h o n g q i n gU n i v e r s i t yo fA r t sa n dS c i e n c e s(N a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n)F e b,2 0 0 9V o L 2 8N o 1基于P L C 恒压供水系统中P I D 控制器的实现吕惠芳(无锡3-艺职业技术学院,江苏宜兴2 1 4 2 0 6)摘要 在以P L C 控制为核心,变频调速技术为基础的恒压供水系统中,P L C 将压力设定值与测量值的偏差
2、经P I D 运算后得到的信号控制变频器,从而通过变频器控制水泵的转速调节管网的压力,实现恒压供水的目的介绍了基于S 7 2 0 0 恒压供水系统P I D 调节器的实现 关键词 恒压供水系统;P I D 控制器;变频调速;闭环控制 中图分类号 T B 4 9 5 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 3 8 0 1 2(2 0 0 9)0 1-0 0 5 3 一0 3随着现代化城市的发展,现有的城市供水所必须的水塔、水箱以及气压供水设备,由于水质污染和水压不足,已经远远不能满足人们目前的生活需要由于城市用水量是动态的,白天用水量大,晚上用水量小,水厂供水要保持水压稳定在一定范围内,保证供水量
3、波动时水压恒定是一个急待解决的问题随着变频调速技术及P L C控制技术的发展,一种基于P L C 的恒压供水系统已逐渐取代了原有的水塔供水系统J 该供水系统中采用闭环控制方式实现对压力、流量变化的检测控制,广泛适用于模拟控制系统及数字控制系统中的P I D 调节器该系统因不需要精确的控制系统数学模型、有较强的灵活性和适应性、结构典型、程序设计简单、工程易于实现以及参数调整方便等优点而得到广泛的应用旧1 1系统组成及工作原理1 1系统组成系统采用S 7 2 0 0 型P L C、M M 4 3 0 型变频器、压力传感器及其他控制设备组成,系统结构如图1 所示1 2 工作原理压力传感器检测用户管网
4、水压信号,转换成电信号(4 2 0m A),变频器输出电机频率信号,两个信号反馈给P L C 的P I D 模块,P L C 根据这两个信号经P I D 运算后,发出控制信号,控制水泵电机进行切换当用水量较少时,1#泵在变频器控制下变频运行如需水量加大,压力传感器在管网端测得水压偏小,则变频器输出频率上升1#泵由变频切换为工频运行状态同时系统对2#泵进行变频起动和调节如果两台泵供水仍不能满足供水要求,则系统将2 舟泵投入工频运行,3#泵投入变频运行,供水量增大,加泵情况类推若用水量减少,变频器的频率会下降当变频器频率下降至下限值时,P L C 将最先投入工频运行的水泵停止,如果频率下限持续出现
5、,P L C 再停止第二台工频运行的水泵,以此切换工作水泵,以维持管网水压恒定图1 系统结构2P I D 控制器的实现西门子公司从S 7 2 0 0 系统列P L C 中的C P U 2 1 5。C P U 2 1 6 开始增加了用于闭环控制的P I D 模块它通过P I D 调节器来调节输出,保证 收稿日期 2 0 0 8 一l O 一2 4 作者简介 吕惠芳(1 9 6 7 一),女,江苏宜兴人,副教授,主要从事电力电子技术及电气控制研究5 3万方数据偏差值e 为零,使系统达到稳定状态在系统中,偏差值e 是给定值S P(希望值)和过程变量P V(实际值)的差2 1P I D 算法的数学模型
6、P I D 控制器是比例一积分一微分控制器的简称积分控制器可以消除系统的静差,微分控制器可以改善系统的动态响应速度,比例、积分、微分三者有效地结合可以满足不同的控制要求比例一积分一微分的运算电路如图2 所示图2比例一积分一微分运算电路图2 所示比例一积分一微分运算电路的输入、输出关系为V o=c 鲁+岳m 州。百d V s+去肚令K=堡R+鲁,=吩c。,乃咄c,可得l到V o=K c V s+警十寺J 眦输出信号是输入信号的比例一积分一微分,在自动控制系统中常用来组成P I D 调节器,在常规调节中,比例、积分常用来调节系统的控制精度,而微分则用来调节系统响应的动态性能2 2 典型P I D
7、闭环控制系统在连续系统中,典型P I D 闭环控制系统如图3 所示图3 中S P(t)是给定值,P V(f)是反馈量,C(t)是系统的输出量,P I D 控制的输入输出关系式为3】帅)=K e(小寺序警+(1)其中,M(t)为控制器的输出量,眠为输出的初始值,e(t)=S P(t)一P V(t)为误差信号,K 比例系数,乃为积分时间常数,为微分时间常数5 4(1)式中右边前三项分别是比例、积分、微分部分,它们分别与误差、误差的积分和微分成正比如果取其中的一项或两项,可以组成P、P D或P I 控制器图3 连续闭环控制系统方框图3 基于P L C 的闭环控制系统3 1P I D 的数字化处理P
8、L C P I D 控制器的设计是以连续系统P I D 控制规律为基础,将其数字化写成离散形式P I D 控制方程,再根据离散方程进行控制程序设计”o 假设采样周期为以,系统开始运行的时刻为t=0。用矩形积分来近似替代精确积分,用差分近似替代精确微分,将公式(1)离散化,第n 次采样时控制器输出为nM。=K e。+K f e+如(e。一e。一1)+(2)其中,一。为第,l 1 次采样时误差值,巧为积分系数,如为微分系数3 2 基于P L C 的闭环控制系统基于P L C 闭环控制系统如图4 所示图中虚线部分在P L C 内,其中5 尸n、P K、e 小坂分别为模拟量|s P(t)、P V(t)
9、、e(t)、M(t)在第,1 次采样时的数字量图4P L C 闭环控制系统方框图许多控制系统内,可能只需要P、I、D 中的一种或两种控制类型如可能只要求比例控制或比例与积分控制,通过设置参数可对回路进行控制类型进行选择3 3 软件设计S 7 2 0 0 系列P L C 的C P U 2 1 5 2 1 6 提供了用万方数据于闭环控制P I D 运算指令,用户在应用时只需在P L C 的内存中填写一张P I D 控制参数表再执行“P I DT a b l eL o o p”即可完成P I D 运算”J。其中操作数T a b l e 表使用变量存储器来指明控制参数表的表头字节,操作数L o o p
10、 只可选择0 7 号的整数,表示本次P I D 闭环控制所针对的环路编号,最多为8 路4结语由P L C 和变频器组成的恒压供水控制系统充分发挥了P L C 内置式P I D 运算模块的优势,可自动调节变频器输出频率,控制各泵的投入和退出,实现恒压供水系统的可靠性高,经济性强,系统在实际应用中也收到了令用户满意的效果 参考文献 1 柴天佑,张贵军基于给定的相位裕度和幅值裕度的P I D 参数自整定方法 J 自动化学报,1 9 9 7,2 3(2):1 6 7 1 7 2。2 陈立定,吴玉香,苏开才电气控制与可编程控制器 M 广州:华南理工大学出版社,2 0 0 3:8 7 3 霍罡基于P L
11、C 的二自由度P I D 控制算法及应用 J 计算机测量与控制,2 0 0 5(4):3 4 4 3 4 5 4 张美英,屈飞基于P L C 的双恒压供水控制系统设计 J 机电产品开发与创新,2 0 0 6(6):1 4 9 1 5 0 5 纪志祥基于s 7 2 0 0P L C 的变频调速恒压供水系统改造设计 J 山东纺织经济,2 0 0 5,1 2(6):8 5 8 6 T h eP I Dc o n t r o l l e rd e s i g ni nt h ec o n s t a n tp r e s s u r ew a t e r-s u p p l y i n gs y s
12、t e mb a s e do nP L CL VH u i-f a n g(W u x iI n s t i t u t eo fA r t s&T e c h n o l o g y,Y i x i n gd a n g s u2 1 4 2 0 6。C h i n a)A b s t r a c t:I nt h ec o n s t a n tp r e s s u r ew a t e r s u p p l y i n gs y s t e m,as u i to fP L Cc o n t r o l l i n gs y s t e mi sb a s e do nv a r
13、i a b l ef r e q u e n c ys p e e d r e g u l a rt e c h n o l o g y,a n di nt h i ss y s t e m,b yc o m p a r i n gt h es e t t i n gv a l ea n dm e a s u r-i n gv a l u eo fp r e s s u r e,t h ed e v i a t i o ni so b t a i n e d T h e nt h ec o n t r o lv o l u m ei so b t a i n e db yt h eP I Do
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 期刊 基于 PLC 供水系统 PID 控制器 实现
限制150内