淺析PLC在變頻恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用改進(jìn)

摘 要：為實(shí)現(xiàn)恒壓供水采用可編程序控制器（PLC）為主控器，變頻器為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計。實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)壓力的準(zhǔn)確采集，自動調(diào)節(jié)某臺水泵的轉(zhuǎn)速和多臺水泵的投入及退出，使管網(wǎng)主干管出口端的壓力基本保持在一定的范圍內(nèi)。供水控制系統(tǒng)投入運(yùn)行瓜各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計要求，充分的滿足居民和工業(yè)用水的需要。

關(guān)鍵詞：恒壓供水;PLC控制;變頻器;設(shè)計

1.系統(tǒng)工作原理

恒壓給水指的是不限制用水量的大小，使給水管網(wǎng)的水壓保持在大約一定的水平，從而滿足用戶對用水量的需要，不會使發(fā)動機(jī)空轉(zhuǎn)，造成電能的浪費(fèi)。

恒壓供為了實(shí)現(xiàn)，利用水力排管網(wǎng)壓力傳感器采集信號，這個信號，標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號轉(zhuǎn)換成plc的模擬量輸入模塊反饋，plc在pid控制算法在頻率轉(zhuǎn)換器控制供水泵馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度，同時調(diào)整，編程實(shí)現(xiàn)了供水泵馬達(dá)。數(shù)量的增減由此達(dá)到一定控制管網(wǎng)水壓的目的。

2.系統(tǒng)總體方案改進(jìn)設(shè)計

2.1變頻恒壓供水原理

所謂的恒壓給水其實(shí)指的是自動維持水管水壓的給水過程。所謂保持水壓一定，就是指保持水管中的水流動一定。根據(jù)流體力學(xué)原理，泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比。馬達(dá)軸上消耗的電力與轉(zhuǎn)速的平方成比例。因此，頻率轉(zhuǎn)換器的恒壓供的基本原理，系統(tǒng)設(shè)置的壓力測量裝置，使系統(tǒng)壓力信號和設(shè)定值進(jìn)行了比較，并進(jìn)一步通過控制器調(diào)整頻率轉(zhuǎn)換器的輸出，泵的旋轉(zhuǎn)速度無級調(diào)整，并調(diào)節(jié)泵的數(shù)量，并系統(tǒng)的水力流量變化時，那么就可以一定范圍內(nèi)得到極大的穩(wěn)定。

2.2系統(tǒng)的技術(shù)要求

1）給水壓力的正常設(shè)置值為0.5 Mp，給水壓力的范圍為0.1 mpawa -00.6 Mpa，允許壓力范圍為士1%。

2）用4臺水泵供水，可以自動、手動控制。

3）系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，具有短路、無電壓、掉電保護(hù)、硬件自動鎖定、互鎖、故障報警等保護(hù)功能。

2.3控制系統(tǒng)組成及控制過程

2.3.1控制系統(tǒng)組成

根據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)要求，本系統(tǒng)采用當(dāng)前比較先進(jìn)的交流頻率變換速度恒壓給水控制方案。當(dāng)前的系統(tǒng)主要就是由PLC、逆變器、儲水罐、供水單元以及儀表組成。

2.3.2系統(tǒng)的控制過程

主要就是及時的用壓力計檢測出當(dāng)前管網(wǎng)的壓力值，然后發(fā)送到PLC。PLC在對測量值和設(shè)置值進(jìn)行比較之后，用PID進(jìn)行調(diào)節(jié)，將控制量傳送給反相器，以控制泵的單元。開始泵的頻率變頻器啟動。水力不足的時候，第一剪下的泵頻率開車，第二的頻率變換泵，這樣，第四的水泵起動之前，水泵停止時，首先第一個頻率泵停止，最后頻率變動換器泵停止。

3.硬件系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計

3.1主機(jī)的選擇與設(shè)計

3.1.1主機(jī)的選擇

頻率轉(zhuǎn)換恒壓供水系統(tǒng)的技術(shù)要求，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的通信、收集、監(jiān)視、管理、實(shí)時顯示等功能。因此，本系統(tǒng)主要就是及時的采用了主要的1個構(gòu)造，即上下2個計算機(jī)控制。上位計算機(jī)采用了PLC控制，下位機(jī)通過串行接口管理，操作簡單，認(rèn)性很好，利用功能強(qiáng)大的全能，windows軟件平臺合作，形成了強(qiáng)有力的控制管理系統(tǒng)。程序控制器（PLC）具有編程簡單、使用方便、功能強(qiáng)大、性能價格高、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、生活等各個領(lǐng)域。通過PLC產(chǎn)品的系統(tǒng)化和模塊化，用戶可以靈活地配置不同規(guī)模和需求的控制系統(tǒng)。

3.1.2主機(jī)PLC的設(shè)計

1）I/0模塊分?jǐn)?shù)的估計。在當(dāng)前本次的plc系統(tǒng)中請求的I/0的分?jǐn)?shù)與訪問的輸出裝置類型有關(guān)。實(shí)際選擇的時候一般需要10%-15%的富余時間。根據(jù)控制請求，估計本系統(tǒng)有20個開關(guān)量的輸入輸出點(diǎn)，除此之外有電壓、電流、電力、壓力、溫度以及流量等相關(guān)的模擬量的輸入輸出點(diǎn)。

2）存儲器容量的估計。PLC的程序存儲器容量通常為字節(jié)單位。在本系統(tǒng)中，開關(guān)量輸入所需要的存儲器的字?jǐn)?shù)為10x10=100b，開關(guān)量輸出所需要的存儲器的字?jǐn)?shù)為12x8=96b。

3）通過以上計算，系統(tǒng)存儲器容量需要2756b，并且考慮到程序存儲空間和備用存儲空間，該備用估計系統(tǒng)需要5kb。

3.2變頻器的選擇。

當(dāng)前的頻率轉(zhuǎn)換器是控制泵轉(zhuǎn)速的單元，它通過跟蹤PID控制器提供來的控制信號來改變調(diào)速泵的工作頻率，從而完成調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。本系統(tǒng)的頻率轉(zhuǎn)換器是循環(huán)動作方式采用了毒品，而且頻率轉(zhuǎn)換器的速度調(diào)整泵啟動，但其供量還沒有達(dá)到水的要求時，系統(tǒng)首先在頻率轉(zhuǎn)換器，該泵從切除，這個泵頻率，頻率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成其他泵馬達(dá)毒品并駕駛。

4.軟件系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計

4.1控制器設(shè)計

4.1.1控制器控制算法的選取

頻率變換速度恒壓給水系統(tǒng)是時變、小非線性、滯回性時間短、模型不穩(wěn)定的控制對象。系統(tǒng)將給水出口管網(wǎng)的水壓力作為控制量，使出口管網(wǎng)的實(shí)際壓力和設(shè)定的給水壓力一致。設(shè)定的給水壓力可以是常數(shù)，也可以是當(dāng)前的時間劃分函數(shù)，還可以是每個時間段的常數(shù)。

4.1.2控制周期的選擇和PID參數(shù)自整定

根據(jù)系統(tǒng)控制質(zhì)量的要求，控制周期Tc變小，控制效果更好。但是，本系統(tǒng)采用的電動調(diào)節(jié)閥的響應(yīng)速度很慢，T太短，執(zhí)行機(jī)構(gòu)無法及時響應(yīng)。達(dá)不到控制的目的。從經(jīng)驗(yàn)控制周期來看，壓力的測量值是3.1和8s。上述因素的綜合，系統(tǒng)的時機(jī)取樣時間是200 ms，時機(jī)一次取樣時間記憶，對應(yīng)的數(shù)值，此后，調(diào)整算術(shù)平均值進(jìn)行過濾。濾波周期和控制周期均為6.4s。

4.2軟件程序改進(jìn)設(shè)計

系統(tǒng)程序設(shè)計主要就是及時的采用模塊化設(shè)計方法，主要就是包括主程序、定時采樣子程序、PID控制子程序、參數(shù)顯示子程序以及故障報警子程序等。

結(jié)論

用PLC控制變頻器實(shí)現(xiàn)恒壓供水，與其它供水方式相比較而言，其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)啟動平穩(wěn)，啟動電流小，避免了電機(jī)啟動時對電網(wǎng)的沖擊，延長了泵和閥門等的使用壽命，消除了啟動和停機(jī)時的水錘效應(yīng)。降低了自來水的生產(chǎn)成本，提高了小區(qū)的供水質(zhì)量。

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作者簡介：李詩然，男、1991.4、漢族、河南鄭州人、碩士研究生、助理工程師、研究方向：工業(yè)自動化。