基于PLC的PID控制变频恒压供水系统

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1、基于PLC的PID控制变频恒压供水系统摘要基于PLC的PID控制的变频恒压控制是现代供水控制系统的主要方式,利用PLC（可编程控制器）、PID调节器、压力检测传感器、压力变送器、电气控制设备、变频器及水泵机组组成闭坏控制系统，使供水管网压力保持恒定。关键词PLC；PID控制；变频器；闭环控制在实际生产生活中，用户用水的多少是经常变动的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水多而供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力过大。因此，保持供水压力的恒

2、定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高了供水的质量。恒压供水是指在供水网中用水量变化时，出水口压力保持恒定不变的供水方式。1恒压供水的基本原理1」变频恒压供水系统的组成及原理变频恒压供水系统压力控制主要有PID调节器、变频器、水泵、压力传感器和变送器、PLC可编程控制器等组成。变频恒压供水系统压力控制系统原理框图如图1所示，用PID调节器和变频器构成闭环系统控制，可以提高供水压力的控制精度，改善控制系统的动态响应。图1变频恒压供水系统压力控制系统原理框图系统

3、工作时，先启动主水泵，管网水压达到设定值，变频器的输出稳定在某数值上。而当用水量增加，水压降低时，压力变送器SP将该信号实时送入比较器与给定压力H比较，其差值输入PID控制器，PID的输出量作为控制变频器的转差给定输入，从而控制电动机的转速上升，水压力恢复到给定值，保持供水系统小管网小压力的恒定。变频恒压供水系统压力控制原理如下：1）用水量增加，压力下降，压力变送器输出降低，PID输出上升，变频器频率增大，电机（M）转速升高，水泵流量增大，压力上升。2）用水量减少，压力上升，压力变送器输出增大，P

4、ID输出降低，变频器频率下降，电机（M）转速降低，水泵流量减小，压力下降。如果用水量增加很多，主泵达到最大流量仍不能使管网水压达到设定值，将自动启动备用泵；反之，当用水量减少时，可自动切断备用泵。变频器根据压力信号以双位控制方式达到恒压供水的口的。图中压力传感器用于检测管网中的水压，常装设在泵站的出水口。当用水量大时，水压降低；用水量小时，水压升高。水压传感器将水压的变化经过变送器转变为电流或电压的变化送给PID调节器。变送器的输出信号一般是模拟信号4—20mA变化的电流信号或0~~10V间变化的

5、电压信号。1.2PLC控制变频器调速原理PLC的普通输入输出端口均为开关量处理端口，了使PLC能完成模拟量的处理，加配模拟量扩展单元，S7-200系列PLC的模拟量扩展模块EM235,它具有四路模拟量输入及一路模拟量输入，可以用于恒压供水控制屮。在使用吋将模拟量设定为单极性0到10V电压输出，去控制变频器，进而实现变频调速，同时也耍对变频器是的必耍的参数，变频调速控制原理图如图2所示：通过EM235输出对应的0〜10V电压去控制变频器的输出频率，从而控制电动机的转速，实现变频调速。图2变频调速控制

6、示意图1.3变频恒压供水的优点变频恒压供水系统具有高效节能，管理维护方便，使用寿命长的特点。按需要设定供水压力，根据管网用水量來变频调节水泵转速，使水泵始终在高效率工况卜•运行，同普通的无塔供水设备相比，节能效杲达20%。起动平衡，保护功能完善，起动电流可限制在额定电流以内，消除了水泵电机直接起动时对电网的冲击和干扰，并且设备控制系统具有短路、过流、过压、过载、欠压、过热等多种保护功能，大大提高了工作效率，延长了水泵的使用寿命。当变频器发生故障时，能够自动转换至工频运行，确保供水不间断。突然停电后

7、再來电，设备能够口动启动运行。2PID调节器原理概述2.1PID控制及其工作原理PID控制是工业过程控制中应用最广泛的一种控制规律,PID控制表示比例、积分、微分（Propoilion、IntegralDifferential）控制。其工作原理是：由于来自外界的各种扰动不断产牛，要想达到现场控制对象值保持恒定的口的，控制作用就必须不断进行。若扰动岀现使得现场控制对象值（即被调参数）发生变化，现场检测元件就会将这种变化记录并传送给PID控制器，改变过程变量值,经变送器送至PID控制器的输入端，并与其

8、给定值（简称SP值）进行比较得到偏差值（简称e值），调节器按此偏差并以预先设定的整定参数控制规律发出控制信号，去改变调节器的开度，使调节器的开度增加或减少，从而使被调参数发生改变，并趋向于给定值（SP值），以达到控制的目的。在连续系统屮，PID控制的输入输岀关系式为：其屮：M（t）为PID运算的输出；Kp为PID冋路的比例系数;Ki为PID回路的积分系数；Kd为PID回路的微分系数；e为PID冋路的偏差；Minitai为PID冋路输出的初始值。2.2PID控制的选择及特点PID解决