第一篇：PLC在恒壓供水系統中的應用

PLC控制系統設計實例：

PLC在恒壓供水系統中的應用

1.任務描述

某水廠160 kW水泵電機三臺，要求采用PLC、變頻器來實現恒壓供水。

2.系統組成

變頻調速恒壓供水系統主要由PLC、變頻器、壓力變送器、液位傳感器、動力及控制線路以及泵組組成。

用戶通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉換開關來了解和控制系統的運行，通過安裝在出水管網上的壓力變送器，把出口壓力信號變成4～20mA標準信號送入變頻器內置的PID調節器，經PID運算與給定壓力參數進行比較，得到4～20mA信號送至變頻器。控制系統由變頻器控制水泵的轉速以調節供水量，在變頻器設置中設定一個上限頻率和下限頻率檢測，當用水量大時，變頻器迅速上升到上限頻率，輸出一個上限頻率開關信號給PLC；當用水處于低峰時，變頻器輸出達到下限頻率，輸出一個下限頻率開關信號給PLC。當產生任何一個信號時，信號即反饋給PLC，PLC通過設定的內部程序驅動I/O端口開關量的輸出來實現切換交流接觸器組，以此協調投入工作的水泵電機臺數，并完成電機的啟停、變頻與工頻的切換。通過調整投入工作的電機臺數和控制電機組中一臺電機的變頻轉速，使系統管網的工作壓力始終穩定，進而達到恒壓供水的目的。

3.系統控制要求

系統變頻調速由PLC 與變頻器共同完成，該系統有手動和自動兩種運行方式。手動方式時，按下按鈕啟動和停止水泵，可根據需要分別控制1#~3#泵的啟停，該方式主要供設備調試、自動有故障和檢修時使用。

自動運行時，首先由1#水泵變頻運行，變頻器輸出頻率從0HZ上升，同時PID調節器把接收的信號與給定壓力比較運算后送給變頻器控制。如壓力不夠，則頻率上升到50HZ，變頻器輸出一個上限頻率到達信號給PLC，PLC接收到信號后經延時，1＃泵變頻迅速切換為工頻，2＃泵變頻啟動，若壓力仍達不到設定壓力，則2＃泵由變頻切換成工頻，3＃泵變頻啟動；如用水量減少，PLC控制從先起的泵開始切除，同時根據PID調節參數使系統平穩運行，始終保持管網壓力。

若有電源瞬時停電的情況，則系統停機，待電源恢復正常后，系統自動恢復到初始狀態開始運行。變頻自動功能是該系統最基本的功能，系統自動完成對多臺泵的啟動、停止、循環變頻的全部操作過程。

這種方式保證永遠有一臺水泵在變頻運行，三臺水泵中的任一臺都可能變頻運行。這樣，才能做到不論用水量如何改變都可保持管網壓力基本恒定，且各臺水泵運行的時間基本相同，這給維護和檢修帶來方便，并提高了系統的使用壽命。

第二篇：PLC在恒壓供水系統中應用

PLC在恒壓供水系統中應用

引言

在供水系統中，恒壓供水是指在供水網系中用水量發生變化時，出口壓力保持不變的供水方式。本文采用計算機(PC)、可編程控制器(PLC)、變頻器組成變頻恒壓供水監控系統，通過變頻調速實現恒壓供水、滿足節能降耗的要求，而且有利于實現生產的自動化及遠程監測。用水量變化具有隨機性，用水高峰時水壓不足，低谷時又造成能量浪費。變頻恒壓供水系統根據公共管網的壓力變化，通過PLC和變頻器自動調節水泵的增減、水泵電機的運行方式及電機的轉速，實現恒壓供水，既防止了能量空耗，又避免出現電機啟動時沖擊電流對設備的影響。

二工作原理

變頻恒壓供水系統采用一臺變頻器拖動兩臺大功率電動機，可在變頻和工頻兩種方式下運行;一臺低功率的電機，作為輔助泵電機。

啟動方式:為避免啟動時的沖擊電流，電機采用變頻啟動方式，從變頻器的輸出端得到逐漸上升的頻率和電壓。啟動前變頻器要復位。

變頻調速:根據供水管網流量、壓力變化自動控制變頻器輸出頻率，從而調節電動機和水泵的轉速，實現恒壓供水。如設備的輸出電壓和頻率上升到工頻仍不能滿足供水要求時，PLC發出指令1號泵自動切換到工頻電源運行，待1號泵完全退出變頻運行，對變頻器復位后，2號泵投入變頻運行。

多泵切換:根據恒壓的需要，采取無主次切換，即“先開先停”的原則接入和退出。在PLC的程序中，通過設置變頻泵的工作號和工頻泵的臺數，由給定頻率是否達到上限頻率或下限頻率來判斷增泵或減泵。在用水量較小的情況下，采用輔助泵工作。

為了避免一臺泵長期工作，任一泵不能連續變頻運行超過3小時。當工頻泵臺數為零，有一臺運行于變頻狀態時，啟動計時器，當達到3小時時，變頻泵的泵號改變，即切換到另一臺泵上。當有泵運行于工頻狀態，或輔助泵啟動時，計時器停止計時并清零。

故障處理:能對水位下限，變頻器、PLC故障等報警。PLC故障，系統從自動轉入手動方式。

三PLC控制電路

系統采用S7-200PLC作下位機。S7-200PLC硬件系統包含一定數量的輸入/輸出(I/O)點，同時還可以擴展I/O模塊和各種功能模塊，在保證系統穩定性的基礎上，再減低系統成本，我們選用了UniMAT擴展模塊接在CPU后面。輸入點為6個，其中水位上、下限信號分別為I0.0、I0.1。輸出點為10個，O0.0-O1.0對應PLC的輸出端子。對變頻器的復位是由輸出點O1.0通過一個中間繼電器KA的觸點來實現的。根據控制系統I/O點及地址分配可知，系統共有5個開關量輸入點，9個開關量輸出點;1個模擬量輸入點和1個模擬量輸出點。可以選用CPU224PLC(14DI/10DO)，再擴展一個UniMAT模擬量模塊EM235(4AI/1AO)。

四電控程序設計

4.1泵站軟件的設計分析

(1)由“恒壓”要求出發的工作組數量的管理

為了恒定水壓，那么在水壓降低時，需要升高變頻器的輸出頻率，并且在一臺水泵工作是不能滿足恒壓要求時，這時需要啟動第二臺。這樣有一個判斷標準來決定是否需要啟動新泵即為變頻器的輸出頻率是否達到所設定的頻率上限值。這一功能可以通過比較指令來實現。為了判斷變頻器的工作頻率達到上限的確定性，應濾去偶然因素所引起的頻率波動所達到的頻率上限值的情況，在程序中應考慮采取時間濾波情況。

(2)臺組泵站泵組的管理規范

由于變頻器泵站希望每一次啟動電動機均為軟啟動，有規定各臺水泵必須交替使用，那么多臺組泵站泵組的投入運行需要有一個管理規范。在本次設計中控制要求中規定任意的一臺水泵連續運行不得超過3h，因此每次需要啟動新泵或切換變頻泵的時候，以新運行泵為變頻是合理的。具體的操作時，將現運行的變頻器從變頻器上切除，并且接上工頻電源加以運行，同時將變頻器復位并且用于新運行泵的啟動。除此之外，泵組管理還有一個問題就是泵的工作循環控制，在本設計中所使用的是用泵號加1的方法來實現變頻器的循環控制即3加上1等于0的邏輯，用工頻泵的總數結合泵號來實現工頻泵的輪換工作。

4.2程序的結構及程序功能的實現

根據前面可知，PLC在恒壓供水系統中的功能比較多，由于模擬量單元及PID調節都需要編制初始化及中斷程序，本程序可以分為三個部分:主程序、子程序和中斷程序。

(1)系統的初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，這樣可以節省掃描時間。利用定時器中斷功能來實現PID控制的定時采樣及輸出控制。初始化子程序流程框圖如圖1。在初始化的子程序中僅僅在上電和故障結束時用，其主要的用途為節省大量的掃描時間加快整個程序的運行效率，提高了PID中斷的精確度。上電處理的作用是CPU進行清除內部繼電器，復位所有的定時器，檢查I/O單元的連接。

圖1初始化程序

(2)主程序流程圖如圖2。其功能最多，如泵的切換信號的生成、泵組接觸器邏輯控制信號的綜合及報警處理等等都在主程序中。生活及消防雙恒壓的兩個恒壓值是采用數字式方式直接在程序中設定的。生活供水時系統設定為滿量程的70%，消防供水時系統設定為滿量程的90%。本系統中的增益和時間常數為:增益Kc=0.25，采樣時間Ts=0.2s，積分時間Ti=30min。

圖2主控制程序

(3)中斷程序如圖3，其作用主要用于PID的相應計算，在PLC的常閉繼電器SM0.0的作用下工作，它包括:設定回路輸入及輸出選項、設定回路參數、設定循環報警選項、為計算指定內存區域、指定初始化子程序及中斷程序。

圖3中斷程序

五結束語

恒壓供水技術因采用變頻器改變電動機電源頻率，而達到調節水泵轉速改變水泵出口壓力，比靠調節閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量時，泵轉速降低，減少了軸承的磨損和發熱，延長泵和電動機的機械使用壽命。實現恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動強度，節省了人力。

水泵電動機采用軟啟動方式，按設定的加速時間加速，避免電動機啟動時的電流沖擊，對電網電壓造成波動的影響，同時也避免了電動機突然加速造成泵系統的喘振。

由于變量泵工作在變頻工作狀態，在其運行過程中其轉速是由外供水量決定的，故系統在運行過程中可節約可觀的電能，其經濟效益是十分明顯的。正因為此，系統具有收回投資快，而長期受益，其產生的社會效益也是非常巨大。

在實際應用中，采用PLC控制恒壓供水，還能容易地隨時修改控制程序，以改變各元件的工作時間和工作狀況，滿足不同情況要求。與繼電器或硬件邏輯電路控制系統相比，PLC控制系統具有更大的靈活性和通用性。

第三篇：PLC在恒壓供水系統中的應用

本文由cpzt貢獻

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運行與應用 GM

自控與監測 Autocontrol & Monitoring PLC 在恒壓供水系統中的應用

華北電力大學機械工程學院(河北 071003)韓慶瑤

李巧紅

劉崇倫

【摘 要】 PLC 控制恒壓供水的方法 , PLC 控制的恒壓供水系統 , 通過設計 PID 控制程序 , 實現系統 用

的 PID 控制 , 從而提高供水質量和供水的可靠性。這種方法在任何需要流量控制的系統中 , 具有推廣意義。

【關鍵詞】 PL C 恒壓供水系統 PID 控制

一、前言

隨著社會的發展和進步 , 城市高層建筑的供水問題 日益突出。一方面要求提高供水質量 , 不要因為壓力的 波動造成供水障礙;另一方面要求保證供水的可靠性和 安全性。針對這兩方面的要求 , 這就要求一種新的供水 方式 , 這里采用可編程序控制器(PLC)控制的恒壓供 水系統。PLC 是一種數字運算操作的電子系統 , 專為工 業環境而設計。它采用了可編程序的存儲器 , 用來在其 內部存儲執行邏輯元素、順序控制、定時、計數和算術 運算等操作的指令 , 并通過數字式和模擬式的輸入和輸 出 , 控制各種類型機械的生產過程。而有關的外圍設 備 , 都應按易于與工業系統聯成一個整體 , 易于擴充其 功能的原則設計。PLC 是按集中輸入、集中輸出、周期 性循環掃描的方式進行工作的。

能 , 它負擔了系統的全部的控制 , 是系統的核心部件。如果一個 PID 回路的輸出 M 是時間 t 的函數 , 則 可以看作是比例項、積分項和微分項三項部分之和。即 M(t)= Kc e + Kc e ∫d t + M 0 t 以上各量都是連續量 , 第一項為比例項 , 最后一項 為微分項 , 中間兩項為積分項。其中 e 是給定值與被控 制變量之差 , 即回路偏差。Kc 為回路的增益。用計算 機處理這樣的控制算式 , 即連續的算式必須周期性地采 樣并進行離散化 , 同時各信號也要離散化 , 公式如下 : M n = Kc(S PnPV n)+ M X + Kc(T s/ T d)(PV nPV n)公式中包含 9 個用來控制和監視 PID 運算的參數 , 在 PID 指令使用時要構成回路表 , 回路表的格式如表 1 所示。

表 1 PID 回路表格式

地址偏移量數據格式 I/ O 類型 雙字 0 I 二、系統方案設計

恒壓供水保證了供水的質量 , PLC 能控制大量的過 程參數 , 例如 : 溫度、壓力、流量、液位和速度等 , PID 使 PLC 具有閉環控制的功能 , 即一個具有 PID 控制能力 的 PLC 可用于控制過程。當過程控制中某個變量出現偏 差時 , PID 控制算法會計算出正確的輸出 , 把變量保持 在設定值上。以 PLC 為主機的控制系統豐富了系統的控 制功能 , 提高了系統的可靠性。在有模擬量的控制系統 中 , 經常用到 PID 運算來執行 PID 回路的功能 , PID 回 路指令使這一任務的編程和實現變得非常容易 , 由此 , 用 FPO 可編程序控制器 , 其是目前松下電工推出的具有 多種控制功能的新款小型可編程序控制器 , 配備各種功 能模塊 , 具有 PID 調節、各種邏輯控制以及多種通信功 2005 年第 10 期

GM 通用機械 38 過程變量當前值 PV n 給定值 S Pn 輸出值 M n 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.11 PID 算法

參數 增益 Kc 0 + Kc d e/ d t 描述 過程變量 010～110 實數 雙字

給定值 4 實數 雙字 I 8 實數 雙字 I/ O 12 實數 I http://www.tmdps.cnki.net 1本文由cpzt貢獻

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【摘 要】 PLC 控制恒壓供水的方法 , PLC 控制的恒壓供水系統 , 通過設計 PID 控制程序 , 實現系統 用

的 PID 控制 , 從而提高供水質量和供水的可靠性。這種方法在任何需要流量控制的系統中 , 具有推廣意義。

【關鍵詞】 PL C 恒壓供水系統 PID 控制

一、前言

隨著社會的發展和進步 , 城市高層建筑的供水問題 日益突出。一方面要求提高供水質量 , 不要因為壓力的 波動造成供水障礙;另一方面要求保證供水的可靠性和 安全性。針對這兩方面的要求 , 這就要求一種新的供水 方式 , 這里采用可編程序控制器(PLC)控制的恒壓供 水系統。PLC 是一種數字運算操作的電子系統 , 專為工 業環境而設計。它采用了可編程序的存儲器 , 用來在其 內部存儲執行邏輯元素、順序控制、定時、計數和算術 運算等操作的指令 , 并通過數字式和模擬式的輸入和輸 出 , 控制各種類型機械的生產過程。而有關的外圍設 備 , 都應按易于與工業系統聯成一個整體 , 易于擴充其 功能的原則設計。PLC 是按集中輸入、集中輸出、周期 性循環掃描的方式進行工作的。

能 , 它負擔了系統的全部的控制 , 是系統的核心部件。如果一個 PID 回路的輸出 M 是時間 t 的函數 , 則 可以看作是比例項、積分項和微分項三項部分之和。即 M(t)= Kc e + Kc e ∫d t + M 0 t 以上各量都是連續量 , 第一項為比例項 , 最后一項 為微分項 , 中間兩項為積分項。其中 e 是給定值與被控 制變量之差 , 即回路偏差。Kc 為回路的增益。用計算 機處理這樣的控制算式 , 即連續的算式必須周期性地采 樣并進行離散化 , 同時各信號也要離散化 , 公式如下 : M n = Kc(S PnPV n)+ M X + Kc(T s/ T d)(PV nPV n)公式中包含 9 個用來控制和監視 PID 運算的參數 , 在 PID 指令使用時要構成回路表 , 回路表的格式如表 1 所示。

表 1 PID 回路表格式

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恒壓供水保證了供水的質量 , PLC 能控制大量的過 程參數 , 例如 : 溫度、壓力、流量、液位和速度等 , PID 使 PLC 具有閉環控制的功能 , 即一個具有 PID 控制能力 的 PLC 可用于控制過程。當過程控制中某個變量出現偏 差時 , PID 控制算法會計算出正確的輸出 , 把變量保持 在設定值上。以 PLC 為主機的控制系統豐富了系統的控 制功能 , 提高了系統的可靠性。在有模擬量的控制系統 中 , 經常用到 PID 運算來執行 PID 回路的功能 , PID 回 路指令使這一任務的編程和實現變得非常容易 , 由此 , 用 FPO 可編程序控制器 , 其是目前松下電工推出的具有 多種控制功能的新款小型可編程序控制器 , 配備各種功 能模塊 , 具有 PID 調節、各種邏輯控制以及多種通信功 2005 年第 10 期

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【摘 要】 PLC 控制恒壓供水的方法 , PLC 控制的恒壓供水系統 , 通過設計 PID 控制程序 , 實現系統 用

的 PID 控制 , 從而提高供水質量和供水的可靠性。這種方法在任何需要流量控制的系統中 , 具有推廣意義。

【關鍵詞】 PL C 恒壓供水系統 PID 控制

一、前言

隨著社會的發展和進步 , 城市高層建筑的供水問題 日益突出。一方面要求提高供水質量 , 不要因為壓力的 波動造成供水障礙;另一方面要求保證供水的可靠性和 安全性。針對這兩方面的要求 , 這就要求一種新的供水 方式 , 這里采用可編程序控制器(PLC)控制的恒壓供 水系統。PLC 是一種數字運算操作的電子系統 , 專為工 業環境而設計。它采用了可編程序的存儲器 , 用來在其 內部存儲執行邏輯元素、順序控制、定時、計數和算術 運算等操作的指令 , 并通過數字式和模擬式的輸入和輸 出 , 控制各種類型機械的生產過程。而有關的外圍設 備 , 都應按易于與工業系統聯成一個整體 , 易于擴充其 功能的原則設計。PLC 是按集中輸入、集中輸出、周期 性循環掃描的方式進行工作的。

能 , 它負擔了系統的全部的控制 , 是系統的核心部件。如果一個 PID 回路的輸出 M 是時間 t 的函數 , 則 可以看作是比例項、積分項和微分項三項部分之和。即 M(t)= Kc e + Kc e ∫d t + M 0 t 以上各量都是連續量 , 第一項為比例項 , 最后一項 為微分項 , 中間兩項為積分項。其中 e 是給定值與被控 制變量之差 , 即回路偏差。Kc 為回路的增益。用計算 機處理這樣的控制算式 , 即連續的算式必須周期性地采 樣并進行離散化 , 同時各信號也要離散化 , 公式如下 : M n = Kc(S PnPV n)+ M X + Kc(T s/ T d)(PV nPV n)公式中包含 9 個用來控制和監視 PID 運算的參數 , 在 PID 指令使用時要構成回路表 , 回路表的格式如表 1 所示。

表 1 PID 回路表格式

地址偏移量數據格式 I/ O 類型 雙字 0 I 二、系統方案設計

恒壓供水保證了供水的質量 , PLC 能控制大量的過 程參數 , 例如 : 溫度、壓力、流量、液位和速度等 , PID 使 PLC 具有閉環控制的功能 , 即一個具有 PID 控制能力 的 PLC 可用于控制過程。當過程控制中某個變量出現偏 差時 , PID 控制算法會計算出正確的輸出 , 把變量保持 在設定值上。以 PLC 為主機的控制系統豐富了系統的控 制功能 , 提高了系統的可靠性。在有模擬量的控制系統 中 , 經常用到 PID 運算來執行 PID 回路的功能 , PID 回 路指令使這一任務的編程和實現變得非常容易 , 由此 , 用 FPO 可編程序控制器 , 其是目前松下電工推出的具有 多種控制功能的新款小型可編程序控制器 , 配備各種功 能模塊 , 具有 PID 調節、各種邏輯控制以及多種通信功 2005 年第 10 期

GM 通用機械 38 過程變量當前值 PV n 給定值 S Pn 輸出值 M n 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.11 PID 算法

參數 增益 Kc 0 + Kc d e/ d t 描述 過程變量 010～110 實數 雙字

給定值 4 實數 雙字 I 8 實數 雙字 I/ O 12 實數 I http://www.tmdps.cnki.net 1本文由cpzt貢獻

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運行與應用 GM

自控與監測 Autocontrol & Monitoring PLC 在恒壓供水系統中的應用

華北電力大學機械工程學院(河北 071003)韓慶瑤

李巧紅

劉崇倫

【摘 要】 PLC 控制恒壓供水的方法 , PLC 控制的恒壓供水系統 , 通過設計 PID 控制程序 , 實現系統 用

的 PID 控制 , 從而提高供水質量和供水的可靠性。這種方法在任何需要流量控制的系統中 , 具有推廣意義。

【關鍵詞】 PL C 恒壓供水系統 PID 控制

一、前言

隨著社會的發展和進步 , 城市高層建筑的供水問題 日益突出。一方面要求提高供水質量 , 不要因為壓力的 波動造成供水障礙;另一方面要求保證供水的可靠性和 安全性。針對這兩方面的要求 , 這就要求一種新的供水 方式 , 這里采用可編程序控制器(PLC)控制的恒壓供 水系統。PLC 是一種數字運算操作的電子系統 , 專為工 業環境而設計。它采用了可編程序的存儲器 , 用來在其 內部存儲執行邏輯元素、順序控制、定時、計數和算術 運算等操作的指令 , 并通過數字式和模擬式的輸入和輸 出 , 控制各種類型機械的生產過程。而有關的外圍設 備 , 都應按易于與工業系統聯成一個整體 , 易于擴充其 功能的原則設計。PLC 是按集中輸入、集中輸出、周期 性循環掃描的方式進行工作的。能 , 它負擔了系統的全部的控制 , 是系統的核心部件。如果一個 PID 回路的輸出 M 是時間 t 的函數 , 則 可以看作是比例項、積分項和微分項三項部分之和。即 M(t)= Kc e + Kc e ∫d t + M 0 t 以上各量都是連續量 , 第一項為比例項 , 最后一項 為微分項 , 中間兩項為積分項。其中 e 是給定值與被控 制變量之差 , 即回路偏差。Kc 為回路的增益。用計算 機處理這樣的控制算式 , 即連續的算式必須周期性地采 樣并進行離散化 , 同時各信號也要離散化 , 公式如下 : M n = Kc(S PnPV n)+ M X + Kc(T s/ T d)(PV nPV n)公式中包含 9 個用來控制和監視 PID 運算的參數 , 在 PID 指令使用時要構成回路表 , 回路表的格式如表 1 所示。

表 1 PID 回路表格式

地址偏移量數據格式 I/ O 類型 雙字 0 I 二、系統方案設計

恒壓供水保證了供水的質量 , PLC 能控制大量的過 程參數 , 例如 : 溫度、壓力、流量、液位和速度等 , PID 使 PLC 具有閉環控制的功能 , 即一個具有 PID 控制能力 的 PLC 可用于控制過程。當過程控制中某個變量出現偏 差時 , PID 控制算法會計算出正確的輸出 , 把變量保持 在設定值上。以 PLC 為主機的控制系統豐富了系統的控 制功能 , 提高了系統的可靠性。在有模擬量的控制系統 中 , 經常用到 PID 運算來執行 PID 回路的功能 , PID 回 路指令使這一任務的編程和實現變得非常容易 , 由此 , 用 FPO 可編程序控制器 , 其是目前松下電工推出的具有 多種控制功能的新款小型可編程序控制器 , 配備各種功 能模塊 , 具有 PID 調節、各種邏輯控制以及多種通信功 2005 年第 10 期

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能 , 它負擔了系統的全部的控制 , 是系統的核心部件。如果一個 PID 回路的輸出 M 是時間 t 的函數 , 則 可以看作是比例項、積分項和微分項三項部分之和。即 M(t)= Kc e + Kc e ∫d t + M 0 t 以上各量都是連續量 , 第一項為比例項 , 最后一項 為微分項 , 中間兩項為積分項。其中 e 是給定值與被控 制變量之差 , 即回路偏差。Kc 為回路的增益。用計算 機處理這樣的控制算式 , 即連續的算式必須周期性地采 樣并進行離散化 , 同時各信號也要離散化 , 公式如下 : M n = Kc(S PnPV n)+ M X + Kc(T s/ T d)(PV nPV n)公式中包含 9 個用來控制和監視 PID 運算的參數 , 在 PID 指令使用時要構成回路表 , 回路表的格式如表 1 所示。

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能 , 它負擔了系統的全部的控制 , 是系統的核心部件。如果一個 PID 回路的輸出 M 是時間 t 的函數 , 則 可以看作是比例項、積分項和微分項三項部分之和。即 M(t)= Kc e + Kc e ∫d t + M 0 t 以上各量都是連續量 , 第一項為比例項 , 最后一項 為微分項 , 中間兩項為積分項。其中 e 是給定值與被控 制變量之差 , 即回路偏差。Kc 為回路的增益。用計算 機處理這樣的控制算式 , 即連續的算式必須周期性地采 樣并進行離散化 , 同時各信號也要離散化 , 公式如下 : M n = Kc(S PnPV n)+ M X + Kc(T s/ T d)(PV nPV n)公式中包含 9 個用來控制和監視 PID 運算的參數 , 在 PID 指令使用時要構成回路表 , 回路表的格式如表 1 所示。

表 1 PID 回路表格式

地址偏移量數據格式 I/ O 類型 雙字 0 I 二、系統方案設計

恒壓供水保證了供水的質量 , PLC 能控制大量的過 程參數 , 例如 : 溫度、壓力、流量、液位和速度等 , PID 使 PLC 具有閉環控制的功能 , 即一個具有 PID 控制能力 的 PLC 可用于控制過程。當過程控制中某個變量出現偏 差時 , PID 控制算法會計算出正確的輸出 , 把變量保持 在設定值上。以 PLC 為主機的控制系統豐富了系統的控 制功能 , 提高了系統的可靠性。在有模擬量的控制系統 中 , 經常用到 PID 運算來執行 PID 回路的功能 , PID 回 路指令使這一任務的編程和實現變得非常容易 , 由此 , 用 FPO 可編程序控制器 , 其是目前松下電工推出的具有 多種控制功能的新款小型可編程序控制器 , 配備各種功 能模塊 , 具有 PID 調節、各種邏輯控制以及多種通信功 2005 年第 10 期

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能 , 它負擔了系統的全部的控制 , 是系統的核心部件。如果一個 PID 回路的輸出 M 是時間 t 的函數 , 則 可以看作是比例項、積分項和微分項三項部分之和。即 M(t)= Kc e + Kc e ∫d t + M 0 t 以上各量都是連續量 , 第一項為比例項 , 最后一項 為微分項 , 中間兩項為積分項。其中 e 是給定值與被控 制變量之差 , 即回路偏差。Kc 為回路的增益。用計算 機處理這樣的控制算式 , 即連續的算式必須周期性地采 樣并進行離散化 , 同時各信號也要離散化 , 公式如下 : M n = Kc(S PnPV n)+ M X + Kc(T s/ T d)(PV nPV n)公式中包含 9 個用來控制和監視 PID 運算的參數 , 在 PID 指令使用時要構成回路表 , 回路表的格式如表 1 所示。

表 1 PID 回路表格式

地址偏移量數據格式 I/ O 類型 雙字 0 I 二、系統方案設計

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表 1 PID 回路表格式

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恒壓供水保證了供水的質量 , PLC 能控制大量的過 程參數 , 例如 : 溫度、壓力、流量、液位和速度等 , PID 使 PLC 具有閉環控制的功能 , 即一個具有 PID 控制能力 的 PLC 可用于控制過程。當過程控制中某個變量出現偏 差時 , PID 控制算法會計算出正確的輸出 , 把變量保持 在設定值上。以 PLC 為主機的控制系統豐富了系統的控 制功能 , 提高了系統的可靠性。在有模擬量的控制系統 中 , 經常用到 PID 運算來執行 PID 回路的功能 , PID 回 路指令使這一任務的編程和實現變得非常容易 , 由此 , 用 FPO 可編程序控制器 , 其是目前松下電工推出的具有 多種控制功能的新款小型可編程序控制器 , 配備各種功 能模塊 , 具有 PID 調節、各種邏輯控制以及多種通信功 2005 年第 10 期

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第四篇：PLC在恒壓供水系統中的應用設計

PLC在恒壓供水系統中的應用設計

該系統采用PLC作為控制中心，完成PID閉環運算、多泵上下行切換、顯示、故障診斷等功能，由變頻器調速方式自動調節水泵電機轉速，達到恒壓供水的目的。

一、前言

隨著控制技術的發展與完善，變頻器及PLC在各個行業的應用愈來愈廣，PLC與變頻器的可靠性與靈活性得到了用戶的認可。同時傳統的水塔供水方式暴露了很多缺點：水的二次污染，用水高低峰的不平衡，管道閥門易損壞，維修保養費用過高等等。在此條件下各種恒壓供水方式應運而生，其中由變頻器、PLC控制的方式尤為普遍，這種方式的特點：系統穩定，功能強大，變頻器用于供水更加節能，所以廣泛應用在多層住宅小區生活消防供水系統中，現在好多場合也有應用，比如中央空調系統、供水加壓站、集中供熱等，這種方式經受了時間的考驗，已有很多的應用實例。本文介紹的系統在寶雞某電廠家屬區已從98年運行至今，系統穩定，性能可靠，得到了用戶的肯定和好評。

二、系統組成：

1、原理框圖：參見圖一所示。

圖

一、恒壓供水原理框圖

2、系統概述：

該系統由四臺大泵（22KW）與一臺小泵（5.5KW）組成；PLC部分由西門子可編程控制器S7-200系列的CPU226，文本顯示器TD200組成；變頻器采用三菱FR-A540系列，功率22KW。

用戶所需的生活用水壓力、消防用水壓力、運行方式等參數在TD200文本顯示器上設定，壓力傳感器把用戶管網壓力轉換為0-10V標準信號送進PLC模擬量模塊EM235，PLC通過采樣程序及PID閉環程序與用戶設定壓力構成閉環，運算后轉換為PLC模擬量輸出信號送給變頻器，調節水泵電機轉速，達到恒壓供水的目的。

該系統有各個泵的運行時間累計功能，通過PLC的數據區保持可以斷電記憶。每次起動時先起動1#小泵，當用水量超過一臺泵的供水能力時，PLC通過程序實現泵的延時上行切換，切換原則為當前未運行的大泵累計運行時間最少的先投入；當壓力超過時，PLC通過程序實現泵的延時下行切換，切換原則為當前正在運行的大泵運行時間最多的先撤出。直到滿足設定壓力為止。追求的最終目標為壓力恒定。

當供水負載變化時，變頻器的輸出電壓與頻率變化自動調節泵的電機轉速，實現恒壓供水。

系統還可通過PLC的實時時鐘自動定時供水，用戶在TD200上設定每天最多6段（段數也可設定）定時供水，比如早上6：00到8：30，中午11：20到1：30等。

系統可動態顯示各種參數，如設定壓力，運行壓力，水位高度，運行方式，實時時間，日歷，各個泵的運行時間累計（精確到秒），運行狀態，故障信息等等。為了不使系統中TD200畫面顯得死板，在PLC程序中控制TD200中的畫面定時切換，動態顯示；

系統還有故障自診斷功能，各泵發生過載、缺相、短路、傳感器斷線、傳感器短路、水位下限、水壓超高、水壓超低、變頻器故障等，都會有聲光報警，TD200上同時顯示故障類型，通知設備維修人員處理，并可記憶故障發生時間及班次，以便追查原因及相關責任。

3、工作原理：

3．1 自動手動方式

（1）手動運行時，可按下按鈕起動停止水泵在工頻狀態下運行，完全脫離開PLC及變頻器的控制，該功能主要用在檢修及自動系統出現故障時的應急供水方式中。

（2）自動運行時，全部泵的運行依程序自動工作。

上行過程：當在自動運行方式時，按下TD200上的起動軟健，系統先起動1#小泵，PLC程序控制模擬量模塊EM235給定變頻器一固定頻率輸出，此時若用 PID運算輸出直接控制變頻器則（設定壓力大，運行壓力為零，所以運算輸出最大）變頻器依設定的上升時間運行，升速太快，系統沖擊很大。等泵運行一會兒，管網壓力積累后，再用PID運算輸出控制變頻器。具體時間和頻率與管網系統有關，在現場調試時這兩個參數在TD200上設定調整。管網越大，時間越長。

當 1#小泵到達50HZ后，系統壓力仍偏低，則延時一段時間后，系統靠PLC程序把1#泵切換到工頻運行，同時由PLC輸出一個開關量給變頻器的MRS端子，變頻器瞬間禁止輸出，此時PLC把運行時間最少的泵變頻接觸器接通后，撤掉禁止輸出，相應的泵變頻起動運行；延時切斷1#小泵，系統中相應的一臺大泵變頻運行，壓力自動調節，若系統壓力平衡，則頻率穩定在一個相對的范圍，若頻率到達50HZ后壓力仍然偏低，則再投入一臺大泵，比較剩下的泵的累計運行時間，時間少的先行投入，以此類推。注意，上行中，只要有一臺大泵運行，則1#小泵要斷開，大泵與小泵同時運行時，小泵的效率很低。

下行過程：當系統壓力偏高，變頻器運行在18HZ左右（18HZ以下泵的效率很低，經驗值）時，PLC程序判斷運行在工頻狀態的泵累計運行時間（若只有一臺泵不作判斷），運行時間最多的泵延時先行撤出，在撤出的瞬間，PLC控制變頻器運行頻率在50HZ，要不系統沖擊過大，容易有水垂現象，延時一會兒后，再把 PID運算輸出投入即可；以此類推。注意：下行過程中，到最后一臺大泵運行時，頻率在18HZ左右，系統壓力仍然偏高時，則把1#小泵切換到變頻運行。這種情況在夜間可能發生，當供水管網很大時，也許沒有這個可能性。

三、注意事項：

1、該系統中有泵的工頻變頻上行切換，為了系統的快速響應，切換時間最好越短越好，切換時時間差很小，所以各個泵的變頻接觸器與工頻接觸器最好用可逆接觸器，電氣線路與PLC程序中也要有互鎖功能。以免發生意外短路事故。對系統或變頻器造成危害。

2、變頻器上行下行切換時間設定，如果設定值過大，則系統不能迅速對管網的用水量做出反應；如果設定值過小，則可能引起系統頻繁的投入泵，撤出泵的動作；為此，PLC程序中增加判斷設定壓力與運行壓力在臨界切換狀態時，只要不超過允許的誤差范圍內，不做泵的切換。

3、變頻器在上行切換時，必須要有瞬間禁止輸出功能，變頻器沒有此功能可用自由停車功能；所以選擇變頻器時要注意這點。

第五篇：PLC在恒壓供水變頻調速控制系統中的應用

PLC在恒壓供水變頻調速控制系統中的應用

引言

恒壓供水系統對于某些工業或特殊用戶是非常重要的，例如在某些生產過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時斷水，可能影響產品質量，嚴重時使產品報廢和設備損壞。又如當發生火警時，若供水壓力不足或無水供應，不能迅速滅火，可能引起重大經濟損失和人員傷亡。所以，某些用水區采用恒壓供水系統，具有較大的經濟和社會意義。

基于上述情況對某生活區供水系統進行了改造，采用plc作為中心控制單元，利用變頻器與pid相結合，根據系統狀態可快速調整供水系統的工作壓力，達到恒壓供水的目的，提高了系統的工作穩定性，得到了良好的控制效果。2 系統結構與工作原理

供水系統由主供水回路、備用回路、儲水池及泵房組成，其中泵房裝有1#~3#共3臺150kw泵機。另外，還有多個電動閘閥或電動蝶閥控制各供水回路和水流量。由于該供水網較大，系統需要供水量每小時開2臺泵向管網充壓，供水量大時開3臺泵同時向管網充壓。要想維持供水網的壓力不變，在管網系統的管道上安裝了壓力變送器作為反饋元件為控制系統提供反饋信號，由于供水系統管道長、管徑大，管網的充壓比較慢，故系統是一個大滯后系統，不宜直接采用pid調節器進行控制，而應采用plc參與控制的方式來實現對控制系統起調節作用。選擇frn160g7p-4變頻器實現電動機的調速運行，可編程序控制器選擇日本松下fp1-c40型，且配有a/d和d/a模塊，其原理框圖如圖1所示。

圖1 恒壓供水系統原理圖

控制系統主要由plc、變頻器、切換繼電器、壓力傳感器等部分組成。控制核心單元plc根據手動設定壓力信號與現場壓力傳感器的反饋信號經plc的分析和計算，得到壓力偏差和壓力偏差的變化率，經過pid運算后，plc將0~5v的模擬信號輸出到變頻器，用以調節電機的轉速以及進行電機的軟啟動;plc通過比較模擬量輸出與壓力偏差的值，通過i/o端口開關量的輸出驅動切換繼電器組，以此來協調投入工作的水泵電機臺數，并完成電機的啟停、變頻與工頻的切換。通過調整電機組中投入工作的電機臺數和控制電機組中一臺電機的變頻轉速，使動力系統的工作壓力穩定，進而達到恒壓供水的目的。3 系統程序設計和plc的i/o分配

系統程序包括啟動子程序和運行子程序，其流程圖如圖2所示。運行子程序又包括模擬調節子程序(其流程圖如圖3所示)和電機切換子程序(流程圖略)，電機切換子程序又包括加電機子程序和減電機子程序(程序設計略)。plc的輸入、輸出端子分配情況如附表所示。

圖2 啟動程序流程圖

圖3 模擬調節流程圖 系統工作過程

加上啟動信號(x4)后，此信號被保持，當條件滿足時，(即x2為“1”)時，開始啟動程序，此時由plc控制1#電機變頻運行(此時y0、y6、y7亮)，同時定時器t0開始計時(10s)，若計時完畢x2仍亮，則關閉y0、y6，(y7仍亮，)t2延時1s。延時有兩方面的原因: 一是使開關充分熄弧，防止電網倒送電給變頻器，燒毀變頻器;二是讓變頻器減速為0，以重新啟動另一臺電機。延時完畢，則有1#機投入工頻運行，2#機投入變頻運行，此時y1、y2、y6、y7亮，同時定時器t1開始計時(10s)，若計時完畢x2仍未滅，則關閉y2、y6，(y1、y7仍亮，)t3延時1s，延時完畢，將2#機投入工頻運行，3#機投入變頻運行，(此時y1、y3、y4、y6、y7亮，)再次等待y7滅掉后，則整個啟動程序執行完畢，轉入正常運行調節程序，此后啟動程序不再發生作用，直到下一次重新啟動。在啟動過程中，無論幾臺電機處于運行狀態，x2一旦滅掉，則應視為啟動結束(y7滅掉)，轉入相應程序。綜合整個啟動過程，完成三臺電機的啟動最多需要22s的時間。

運行過程中，若模擬調節器節上、下限值均未達到(即x1、x2滅)，則此時變頻器處于模擬調節狀態(此時相應電機運行信號和y6亮)。

若達到模擬調節上限值(x1亮)，則定時器t4馬上開始定時(5s)，定時過程中監控x1，若x1又滅掉，則關閉定時器，繼續摸擬調節;若t4定時完畢，x1仍亮，則啟動一低速(y8亮)，進行多段速調節，同時定時器t5開始定時(3s)。定時完畢，若x1仍亮，則關閉此多段速，啟動一更低速(y9)，同時定時器t6定時(10s)。定時完畢，若x1仍亮，則關掉y9，此后x0很快會通，轉入切換動作程序。在此兩級多段速調節過程中，無論何時，若x0亮，則會關閉相應多段速和定時器，同時進行切換動作，即轉入切換程序，同樣，若無論何時，x1滅掉，則關閉運行多段速和定時器，轉入模擬調節。

若達到模擬調節下限值(x2亮)，則定時器t7馬上開始定時(5s)，定時過程中監控x2，若x2又滅掉，則關閉定時器，繼續摸擬調節，若t7定時完畢，x2仍亮，則啟動一高速(y7、y2)，進行多段速調節，同時定時器t8開始定時(3s)，定時完畢。若x2仍亮，則關閉此多段速，啟動一更高速(y8、y9)，同時定時器t9定時(10s)，定時完畢。若x2仍亮，則關掉y8、y9，此后x3很快會通，轉入加電機動作程序。在此兩級多段速調節過程中，無論何時，若x3亮，則會關閉相應多段速和定時器，同時進行加電機動作，即轉入加電機程序。同樣，若無論何時，x2滅掉，則關閉運行多段速和定時器，轉入模擬調節。

電機切換程序分為電機切除程序和加電機程序兩部分。此程序動作的條件是:啟動結束后無論何時x0亮，一旦條件滿足，即由plc根據電動機的運行狀態來決定相應切換哪臺電機，切換時只能切換工頻運行電機。

若工作狀態是一臺變頻一臺工頻，則立即切除工頻電機，然后計數值減1，即完成此過程，再由調節程序運行，調節至滿足要求為止。

若3臺電機同時工作，則應由plc來決定切除哪臺工頻運行電機。切除依據是3臺電機對應計數器的大小，誰大切誰，切除掉一臺后，要由定時器定時(5s)等待，以便變頻器調節一段時間，防止連續切除動作。這主要是考慮到本系統的非線性和大小慣性因素而采取的措施。

加電機程序, 其動作程序是:啟動結束后無論何時x2亮, 一旦條件滿足, 立即關掉變頻運行電機和變頻器，延時一段時間后(原因同上), 將原變頻運行電機投入工頻運行，同時打開變頻器和將要啟動電機的變頻開關, 完成加電機。

同樣，若原有2臺電機工頻工作，則x2一亮，立即開始加另一臺電機(無延時)，(加電機依據是判斷計數值，誰小加誰)。但加電機完成以后，定時器要開始定時(5s)等待，讓變頻器調節一段時間，防止連續加電機動作。其過程分為:結束語

用變頻器來實現恒壓供水，與用調節閥門來實現恒壓供水相比較，節能效果十分顯著。其優點是: 起動平穩,起動電流可限制在額定電流以內，從而避免了起動時對電網的沖擊;由于泵的平均轉速降低了，從而可延長泵和閥門等的使用壽命;可以消除起動和停機時的水錘效應;在鍋爐和其他燃燒重油的場合,恒壓供油可使油的燃燒更加充分，大大地減輕了對環境的污染。參考文獻

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[4] 曾 毅.變頻調速控制系統.濟南:山東科學技術出版社,2002 作者簡介

張全莊(1963-)男 講師/碩士 主要研究方向:工業電氣自動控制與plc應用。