变频器及PLC控制技术在恒压供水系统中的应用

第一篇：变频器及PLC控制技术在恒压供水系统中的应用

变频器及PLC控制技术在恒压供水系统中的应用

1引言

供水系统在各行各业的生产和生活中都起着至关重要的作用。如何保证供水系统安全、可靠、稳定地运行是很多行业都很关注的问题。把先进的PLC控制技术和变频技术等自动化控制技术应用到供水领域，成为对供水系统的要求。

在供水系统中，如果用户用水量需要变化时，利用改变阀门开度变化传统的调整方法，会造成供水压力不足或过大情况，容易造成资源浪费和产生安全隐患。因此，在一些用水量变化大、水压控制高且流量完全由用户确定的供水系统采用变频调速技术则显得尤为重要。

图1变频恒压供水系统原理图

2变频恒压供水工作原理

变频恒压供水就是变频调速技术在供水中的应用，其采用PID调节技术，使供水压力恒定在一个设定范围，其具有恒水压力波动小，节能效果明显。实验中采用循环软启方式。

它的工作原理是：当变频泵运行到工频50Hz时，此时的实际供水压力若还没有达到设定的供水压力，不是直接启动另外一台水泵，而是将当前以变频运行的水泵直接切换到工频方式运行，而以变频方式启动另外一台水泵，以达到维持系统压力的目的。在切换水泵时，按照先启先停的方式进行。这样的好处是机组中的每一台水泵在工作中都可以被使用到。变频恒压供水系统的原理图，如图1所示。

从图1可以看出，在系统运行过程中，将供水管网实际压力与设定压力比较，将得到的压力差经过PID控制器计算与转换，得到变频器输出频率的变化值后，调节水泵机组的运行方式和运行速度，最终使实际供水压力与设定压力值相等。

图2 系统结构框图 系统硬件设计

变频恒压供水系统结构原理图[1][2]如图2所示。系统由水箱、管路、阀门和水泵机组、电气操作系统和各种传感器、仪表等组成。电气操作系统由PLC(德国SIEMENS公司的S7-200型)、变频器(MM440)、小型断路器、交流接触器、热继电器、直流电源、小型电磁继电器以及各种指示灯和主令器件组成；传感器和仪表包括温度传感器、压力传感器、电压变送器、电流变送器、功率变送器等。

在此系统中，传感器将供水管中的压力转换成电量信号后，传送到PLC的特殊功能模块，进行数据处理后传给变频器控制电动机。变频器[3]是这个系统中的核心器件，通过PLC对变频器的控制，就可以改变供水管中的压力[4]，实现恒压供水的要求。PLC将模拟量输入、输出模块经过转换后的数据进行PID运算，然后将计算值输出变频器，变频器根据输入的模拟量，改变输出的电压及频率，从而实现对电机转速的调节，改变管内压力值。

根据控制要求[5]，水泵机组由四台水泵组成。第一台水泵变压不足时，将第一台水泵切入工频运行，再投入第二台变频泵第四台水泵启动。停泵时先停第一台工频泵，再停第二台工频先开先停。

图3 主程序流程图 系统软件设计 4.1程序模块设计

软件系统设计基于Windows平台的32位编程软件包STEP-7 Micro WIN，采用模块化设计方法，主程序的流程图如图3所示。

除主程序的流程以外，程序模块设计还涉及到定时器T0初始化程序、中断服务程序、故障报警子程序等相应的模块。

4.2组态软件

本系统我们采用WINCC组态软件[6]。WINCC是一个工控系统中的一个电脑控制组态软件，它他可以和PLC通讯，可以点击组态中的按钮来操作一些设备的运行或停止；PLC是可编程控制器[7]，可以利用自己的程序来控制一些设备的运行顺序和状态，是工业中必不可少的一种控制方式。

因组态软件不能直接读取AIW通道中的数据，所以运用STEP7中的传送指令，将AIW通道中的数据传送到变量存储区中，以便组态软件从中读取数据。

4.3WINCC与S7-200PLC的通信

WINCC与S7-200系列PLC的通信，可以采用PPI和PROFIBUS两种协议之一进行。通过PROFIBUS协议进行WINCC与S7-200系列PLC通信的实现,需要以下几点：(1)软硬件要求

PC机，Windows98操作系统；S7-200系列PLC；CP5412板卡或者其他同类板卡，如：CP5613，CP5611；EM277 Profibus DP模块；Profibus电缆及接头；安装CP5412板卡的驱动；安装WINCC 4.0或以上版本；安装COM Profibus软件。(2)组态

首先，打开SIMATIC NETCOM Profibus，重新建立一个组态，主站为SOFTNET-DP，从站是EM277 Profibus-DP。(3)设置PG/PC interface 在设置完成后可以诊断硬件配置是否正确、通信是否成功。(4)WINCC的设置

在WINCC变量管理器中添加一个新的驱动程序，新的驱动程序选择PROFIBUS DP.CHN，设定参数。(5)建立变量

WINCC中的变量类型有In和Out。In和Out是相对于主站来说的，即In表示WINCC从S7-200系列PLC读入数据，Out表示WINCC向S7-200系列PLC写出数据。In和Out与数据存储区V区对应。(6)优缺点

优点：该方法数据传输速度快，易扩展，实时性好；

缺点：传送数据区域有限(最大64字节)，在PLC中也必须进行相应的处理，且硬件成本高，需要Profibus总线等硬件，还需要Com Profibus软件。

应用场合：适用于要求高速数据通信和实时性要求高的系统。

图4 系统实时监测界面

5系统运行实时监测界面 图4为系统实时监测界面。

6结束语

文中介绍的新型供水方式不论在设备的投资运行的经济性，还是系统的稳定性和可靠性，自动化程序等方面，都是具有无法替代的优势，而且具有显著的节能效果。目前，该系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种的方向发展，而追求高度智能化、系列化、标准化将成为必然趋势。

于平

第二篇：PLC与变频器控制恒压供水系统设计方案

PLC与变频器控制恒压供水系统设计方案

随着变频调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统，广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统。然而，由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备（如水泵），在对原有供水系统进行变频改造的实践中，往往会出现一些在理论上意想不到的问题。本文介绍的变频控制恒压供水系统，是在对一个典型的水塔供水系统的技术改造实践中，根据尽量保留原有设备的原则设计的，该系统很好的解决了旧设备需要频繁检修的问题，既体现了变频控制恒压供水的技术优势，同时有效的节省了资金。

1、系统介绍

变频恒压供水系统原理，它主要是由PLC、变频器、PID调节器、TC时间控制器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及3台水泵等组成。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。

通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号送入PID调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出一调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力上；当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制器加泵。根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。当供水负载变化时，输入电

机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。

同时系统配备的时间控制器和PID控制器，使其具有定时换泵运行功能（即钟控功能，由时间控制器实现）和双工作压力设定功能（PID控制器和时间控制器实现）。此外，系统还设有多种保护功能，尤其是硬件/软件备用水泵功能，充分保证了水泵的及时维修和系统的正常供水。、工作原理

2.1 运行方式该系统有手动和自动两种运行方式： ⑴.手动运行

按下按钮启动或停止水泵，可根据需要分别控制1#-3#泵的启停。该方式主要供检修及变频器故障时用。⑵.自动运行

合上自动开关后，1#泵电机通电，变频器输出频率从0Hz上升，同时PID调节器接收到自压力传感器的标准信号，经运算与给定压力参数进行比较，将调节参数送给变频器，如压力不够，则频率上升到50Hz，1#泵由变频切换为工频，启2#变频，变频器逐渐上升频率至给定值，加泵依次类推；如用水量减小，从先启的泵开始减，同时根据PID调节器给的调节参数使系统平稳运行。

若有电源瞬时停电的情况，则系统停机；待电源恢复正常后，系统自动恢复运行，然后按自动运行方式启动1#泵变频，直至在给定水压值上稳定运行。

变频自动功能是该系统最基本的功能，系统自动完成对多台泵软起动、停止、循环变频的全部操作过程。

3、电路图

NL1L2L3QSFU1FU2FU3U1V1W1U2V2W2U3V3W3QSKM0U1V1W19变5频器34U2V2W2KM2KM1KM3KM5PLC传感器KM4KM6FR1FR2FR3M13～M23～M33～

4、制电路图

5、原理图

6、控制流程图

7、结语

在供水系统中采用变频调速运行方式，系统可根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速或加减泵，使供水系统管网中的压力保持在给定值，以求最大限度的节能、节水、节地、节资，并使系统处于可靠运行的状态，实现恒压供水；减泵时采用“先启先停”的切换方式，相对于“先启后停”方式，更能确保各泵使用平均以延长设备的使用寿命；同时针对所用3台电泵使用多年、需要定期进行检修的实际情况，增加了硬件/软件备用功能，有效延长了设备的使用寿命；压力闭环控制，系统用水量任何变化均能使供水管网的服务压力保持给定，大大提高了供水品质；变频器故障后仍能保障不间断供水，同时实现故障消除后自启动，具有一定的先进性。目前该系统已投入使用，效果明显。

第三篇：PLC在恒压供水系统中应用

PLC在恒压供水系统中应用

引言

在供水系统中，恒压供水是指在供水网系中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。本文采用计算机(PC)、可编程控制器(PLC)、变频器组成变频恒压供水监控系统，通过变频调速实现恒压供水、满足节能降耗的要求，而且有利于实现生产的自动化及远程监测。用水量变化具有随机性，用水高峰时水压不足，低谷时又造成能量浪费。变频恒压供水系统根据公共管网的压力变化，通过PLC和变频器自动调节水泵的增减、水泵电机的运行方式及电机的转速，实现恒压供水，既防止了能量空耗，又避免出现电机启动时冲击电流对设备的影响。

二工作原理

变频恒压供水系统采用一台变频器拖动两台大功率电动机，可在变频和工频两种方式下运行;一台低功率的电机，作为辅助泵电机。

启动方式:为避免启动时的冲击电流，电机采用变频启动方式，从变频器的输出端得到逐渐上升的频率和电压。启动前变频器要复位。

变频调速:根据供水管网流量、压力变化自动控制变频器输出频率，从而调节电动机和水泵的转速，实现恒压供水。如设备的输出电压和频率上升到工频仍不能满足供水要求时，PLC发出指令1号泵自动切换到工频电源运行，待1号泵完全退出变频运行，对变频器复位后，2号泵投入变频运行。

多泵切换:根据恒压的需要，采取无主次切换，即“先开先停”的原则接入和退出。在PLC的程序中，通过设置变频泵的工作号和工频泵的台数，由给定频率是否达到上限频率或下限频率来判断增泵或减泵。在用水量较小的情况下，采用辅助泵工作。

为了避免一台泵长期工作，任一泵不能连续变频运行超过3小时。当工频泵台数为零，有一台运行于变频状态时，启动计时器，当达到3小时时，变频泵的泵号改变，即切换到另一台泵上。当有泵运行于工频状态，或辅助泵启动时，计时器停止计时并清零。

故障处理:能对水位下限，变频器、PLC故障等报警。PLC故障，系统从自动转入手动方式。

三PLC控制电路

系统采用S7-200PLC作下位机。S7-200PLC硬件系统包含一定数量的输入/输出(I/O)点，同时还可以扩展I/O模块和各种功能模块，在保证系统稳定性的基础上，再减低系统成本，我们选用了UniMAT扩展模块接在CPU后面。输入点为6个，其中水位上、下限信号分别为I0.0、I0.1。输出点为10个，O0.0-O1.0对应PLC的输出端子。对变频器的复位是由输出点O1.0通过一个中间继电器KA的触点来实现的。根据控制系统I/O点及地址分配可知，系统共有5个开关量输入点，9个开关量输出点;1个模拟量输入点和1个模拟量输出点。可以选用CPU224PLC(14DI/10DO)，再扩展一个UniMAT模拟量模块EM235(4AI/1AO)。

四电控程序设计

4.1泵站软件的设计分析

(1)由“恒压”要求出发的工作组数量的管理

为了恒定水压，那么在水压降低时，需要升高变频器的输出频率，并且在一台水泵工作是不能满足恒压要求时，这时需要启动第二台。这样有一个判断标准来决定是否需要启动新泵即为变频器的输出频率是否达到所设定的频率上限值。这一功能可以通过比较指令来实现。为了判断变频器的工作频率达到上限的确定性，应滤去偶然因素所引起的频率波动所达到的频率上限值的情况，在程序中应考虑采取时间滤波情况。

(2)台组泵站泵组的管理规范

由于变频器泵站希望每一次启动电动机均为软启动，有规定各台水泵必须交替使用，那么多台组泵站泵组的投入运行需要有一个管理规范。在本次设计中控制要求中规定任意的一台水泵连续运行不得超过3h，因此每次需要启动新泵或切换变频泵的时候，以新运行泵为变频是合理的。具体的操作时，将现运行的变频器从变频器上切除，并且接上工频电源加以运行，同时将变频器复位并且用于新运行泵的启动。除此之外，泵组管理还有一个问题就是泵的工作循环控制，在本设计中所使用的是用泵号加1的方法来实现变频器的循环控制即3加上1等于0的逻辑，用工频泵的总数结合泵号来实现工频泵的轮换工作。

4.2程序的结构及程序功能的实现

根据前面可知，PLC在恒压供水系统中的功能比较多，由于模拟量单元及PID调节都需要编制初始化及中断程序，本程序可以分为三个部分:主程序、子程序和中断程序。

(1)系统的初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，这样可以节省扫描时间。利用定时器中断功能来实现PID控制的定时采样及输出控制。初始化子程序流程框图如图1。在初始化的子程序中仅仅在上电和故障结束时用，其主要的用途为节省大量的扫描时间加快整个程序的运行效率，提高了PID中断的精确度。上电处理的作用是CPU进行清除内部继电器，复位所有的定时器，检查I/O单元的连接。

图1初始化程序

(2)主程序流程图如图2。其功能最多，如泵的切换信号的生成、泵组接触器逻辑控制信号的综合及报警处理等等都在主程序中。生活及消防双恒压的两个恒压值是采用数字式方式直接在程序中设定的。生活供水时系统设定为满量程的70%，消防供水时系统设定为满量程的90%。本系统中的增益和时间常数为:增益Kc=0.25，采样时间Ts=0.2s，积分时间Ti=30min。

图2主控制程序

(3)中断程序如图3，其作用主要用于PID的相应计算，在PLC的常闭继电器SM0.0的作用下工作，它包括:设定回路输入及输出选项、设定回路参数、设定循环报警选项、为计算指定内存区域、指定初始化子程序及中断程序。

图3中断程序

五结束语

恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，比靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能。由于变量泵工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量时，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命。实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力。

水泵电动机采用软启动方式，按设定的加速时间加速，避免电动机启动时的电流冲击，对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振。

由于变量泵工作在变频工作状态，在其运行过程中其转速是由外供水量决定的，故系统在运行过程中可节约可观的电能，其经济效益是十分明显的。正因为此，系统具有收回投资快，而长期受益，其产生的社会效益也是非常巨大。

在实际应用中，采用PLC控制恒压供水，还能容易地随时修改控制程序，以改变各元件的工作时间和工作状况，满足不同情况要求。与继电器或硬件逻辑电路控制系统相比，PLC控制系统具有更大的灵活性和通用性。

第四篇：PLC在恒压供水系统中的应用

本文由cpzt贡献

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运行与应用 GM

自控与监测 Autocontrol & Monitoring PLC 在恒压供水系统中的应用

华北电力大学机械工程学院(河北 071003)韩庆瑶

李巧红

刘崇伦

【摘 要】 PLC 控制恒压供水的方法 , PLC 控制的恒压供水系统 , 通过设计 PID 控制程序 , 实现系统 用

的 PID 控制 , 从而提高供水质量和供水的可靠性。这种方法在任何需要流量控制的系统中 , 具有推广意义。

【关键词】 PL C 恒压供水系统 PID 控制

一、前言

随着社会的发展和进步 , 城市高层建筑的供水问题 日益突出。一方面要求提高供水质量 , 不要因为压力的 波动造成供水障碍;另一方面要求保证供水的可靠性和 安全性。针对这两方面的要求 , 这就要求一种新的供水 方式 , 这里采用可编程序控制器(PLC)控制的恒压供 水系统。PLC 是一种数字运算操作的电子系统 , 专为工 业环境而设计。它采用了可编程序的存储器 , 用来在其 内部存储执行逻辑元素、顺序控制、定时、计数和算术 运算等操作的指令 , 并通过数字式和模拟式的输入和输 出 , 控制各种类型机械的生产过程。而有关的外围设 备 , 都应按易于与工业系统联成一个整体 , 易于扩充其 功能的原则设计。PLC 是按集中输入、集中输出、周期 性循环扫描的方式进行工作的。

能 , 它负担了系统的全部的控制 , 是系统的核心部件。如果一个 PID 回路的输出 M 是时间 t 的函数 , 则 可以看作是比例项、积分项和微分项三项部分之和。即 M(t)= Kc e + Kc e ∫d t + M 0 t 以上各量都是连续量 , 第一项为比例项 , 最后一项 为微分项 , 中间两项为积分项。其中 e 是给定值与被控 制变量之差 , 即回路偏差。Kc 为回路的增益。用计算 机处理这样的控制算式 , 即连续的算式必须周期性地采 样并进行离散化 , 同时各信号也要离散化 , 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 个用来控制和监视 PID 运算的参数 , 在 PID 指令使用时要构成回路表 , 回路表的格式如表 1 所示。

表 1 PID 回路表格式

地址偏移量数据格式 I/ O 类型 双字 0 I 二、系统方案设计

恒压供水保证了供水的质量 , PLC 能控制大量的过 程参数 , 例如 : 温度、压力、流量、液位和速度等 , PID 使 PLC 具有闭环控制的功能 , 即一个具有 PID 控制能力 的 PLC 可用于控制过程。当过程控制中某个变量出现偏 差时 , PID 控制算法会计算出正确的输出 , 把变量保持 在设定值上。以 PLC 为主机的控制系统丰富了系统的控 制功能 , 提高了系统的可靠性。在有模拟量的控制系统 中 , 经常用到 PID 运算来执行 PID 回路的功能 , PID 回 路指令使这一任务的编程和实现变得非常容易 , 由此 , 用 FPO 可编程序控制器 , 其是目前松下电工推出的具有 多种控制功能的新款小型可编程序控制器 , 配备各种功 能模块 , 具有 PID 调节、各种逻辑控制以及多种通信功 2005 年第 10 期

GM 通用机械 38 过程变量当前值 PV n 给定值 S Pn 输出值 M n 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.11 PID 算法

参数 增益 Kc 0 + Kc d e/ d t 描述 过程变量 010～110 实数 双字

给定值 4 实数 双字 I 8 实数 双字 I/ O 12 实数 I http://www.xiexiebang.comki.net 1本文由cpzt贡献

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【摘 要】 PLC 控制恒压供水的方法 , PLC 控制的恒压供水系统 , 通过设计 PID 控制程序 , 实现系统 用

的 PID 控制 , 从而提高供水质量和供水的可靠性。这种方法在任何需要流量控制的系统中 , 具有推广意义。

【关键词】 PL C 恒压供水系统 PID 控制

一、前言

随着社会的发展和进步 , 城市高层建筑的供水问题 日益突出。一方面要求提高供水质量 , 不要因为压力的 波动造成供水障碍;另一方面要求保证供水的可靠性和 安全性。针对这两方面的要求 , 这就要求一种新的供水 方式 , 这里采用可编程序控制器(PLC)控制的恒压供 水系统。PLC 是一种数字运算操作的电子系统 , 专为工 业环境而设计。它采用了可编程序的存储器 , 用来在其 内部存储执行逻辑元素、顺序控制、定时、计数和算术 运算等操作的指令 , 并通过数字式和模拟式的输入和输 出 , 控制各种类型机械的生产过程。而有关的外围设 备 , 都应按易于与工业系统联成一个整体 , 易于扩充其 功能的原则设计。PLC 是按集中输入、集中输出、周期 性循环扫描的方式进行工作的。

能 , 它负担了系统的全部的控制 , 是系统的核心部件。如果一个 PID 回路的输出 M 是时间 t 的函数 , 则 可以看作是比例项、积分项和微分项三项部分之和。即 M(t)= Kc e + Kc e ∫d t + M 0 t 以上各量都是连续量 , 第一项为比例项 , 最后一项 为微分项 , 中间两项为积分项。其中 e 是给定值与被控 制变量之差 , 即回路偏差。Kc 为回路的增益。用计算 机处理这样的控制算式 , 即连续的算式必须周期性地采 样并进行离散化 , 同时各信号也要离散化 , 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 个用来控制和监视 PID 运算的参数 , 在 PID 指令使用时要构成回路表 , 回路表的格式如表 1 所示。

表 1 PID 回路表格式

地址偏移量数据格式 I/ O 类型 双字 0 I 二、系统方案设计

恒压供水保证了供水的质量 , PLC 能控制大量的过 程参数 , 例如 : 温度、压力、流量、液位和速度等 , PID 使 PLC 具有闭环控制的功能 , 即一个具有 PID 控制能力 的 PLC 可用于控制过程。当过程控制中某个变量出现偏 差时 , PID 控制算法会计算出正确的输出 , 把变量保持 在设定值上。以 PLC 为主机的控制系统丰富了系统的控 制功能 , 提高了系统的可靠性。在有模拟量的控制系统 中 , 经常用到 PID 运算来执行 PID 回路的功能 , PID 回 路指令使这一任务的编程和实现变得非常容易 , 由此 , 用 FPO 可编程序控制器 , 其是目前松下电工推出的具有 多种控制功能的新款小型可编程序控制器 , 配备各种功 能模块 , 具有 PID 调节、各种逻辑控制以及多种通信功 2005 年第 10 期

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参数 增益 Kc 0 + Kc d e/ d t 描述 过程变量 010～110 实数 双字

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【摘 要】 PLC 控制恒压供水的方法 , PLC 控制的恒压供水系统 , 通过设计 PID 控制程序 , 实现系统 用

的 PID 控制 , 从而提高供水质量和供水的可靠性。这种方法在任何需要流量控制的系统中 , 具有推广意义。

【关键词】 PL C 恒压供水系统 PID 控制

一、前言

随着社会的发展和进步 , 城市高层建筑的供水问题 日益突出。一方面要求提高供水质量 , 不要因为压力的 波动造成供水障碍;另一方面要求保证供水的可靠性和 安全性。针对这两方面的要求 , 这就要求一种新的供水 方式 , 这里采用可编程序控制器(PLC)控制的恒压供 水系统。PLC 是一种数字运算操作的电子系统 , 专为工 业环境而设计。它采用了可编程序的存储器 , 用来在其 内部存储执行逻辑元素、顺序控制、定时、计数和算术 运算等操作的指令 , 并通过数字式和模拟式的输入和输 出 , 控制各种类型机械的生产过程。而有关的外围设 备 , 都应按易于与工业系统联成一个整体 , 易于扩充其 功能的原则设计。PLC 是按集中输入、集中输出、周期 性循环扫描的方式进行工作的。

能 , 它负担了系统的全部的控制 , 是系统的核心部件。如果一个 PID 回路的输出 M 是时间 t 的函数 , 则 可以看作是比例项、积分项和微分项三项部分之和。即 M(t)= Kc e + Kc e ∫d t + M 0 t 以上各量都是连续量 , 第一项为比例项 , 最后一项 为微分项 , 中间两项为积分项。其中 e 是给定值与被控 制变量之差 , 即回路偏差。Kc 为回路的增益。用计算 机处理这样的控制算式 , 即连续的算式必须周期性地采 样并进行离散化 , 同时各信号也要离散化 , 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 个用来控制和监视 PID 运算的参数 , 在 PID 指令使用时要构成回路表 , 回路表的格式如表 1 所示。

表 1 PID 回路表格式

地址偏移量数据格式 I/ O 类型 双字 0 I 二、系统方案设计 恒压供水保证了供水的质量 , PLC 能控制大量的过 程参数 , 例如 : 温度、压力、流量、液位和速度等 , PID 使 PLC 具有闭环控制的功能 , 即一个具有 PID 控制能力 的 PLC 可用于控制过程。当过程控制中某个变量出现偏 差时 , PID 控制算法会计算出正确的输出 , 把变量保持 在设定值上。以 PLC 为主机的控制系统丰富了系统的控 制功能 , 提高了系统的可靠性。在有模拟量的控制系统 中 , 经常用到 PID 运算来执行 PID 回路的功能 , PID 回 路指令使这一任务的编程和实现变得非常容易 , 由此 , 用 FPO 可编程序控制器 , 其是目前松下电工推出的具有 多种控制功能的新款小型可编程序控制器 , 配备各种功 能模块 , 具有 PID 调节、各种逻辑控制以及多种通信功 2005 年第 10 期

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【摘 要】 PLC 控制恒压供水的方法 , PLC 控制的恒压供水系统 , 通过设计 PID 控制程序 , 实现系统 用

的 PID 控制 , 从而提高供水质量和供水的可靠性。这种方法在任何需要流量控制的系统中 , 具有推广意义。

【关键词】 PL C 恒压供水系统 PID 控制

一、前言

随着社会的发展和进步 , 城市高层建筑的供水问题 日益突出。一方面要求提高供水质量 , 不要因为压力的 波动造成供水障碍;另一方面要求保证供水的可靠性和 安全性。针对这两方面的要求 , 这就要求一种新的供水 方式 , 这里采用可编程序控制器(PLC)控制的恒压供 水系统。PLC 是一种数字运算操作的电子系统 , 专为工 业环境而设计。它采用了可编程序的存储器 , 用来在其 内部存储执行逻辑元素、顺序控制、定时、计数和算术 运算等操作的指令 , 并通过数字式和模拟式的输入和输 出 , 控制各种类型机械的生产过程。而有关的外围设 备 , 都应按易于与工业系统联成一个整体 , 易于扩充其 功能的原则设计。PLC 是按集中输入、集中输出、周期 性循环扫描的方式进行工作的。

能 , 它负担了系统的全部的控制 , 是系统的核心部件。如果一个 PID 回路的输出 M 是时间 t 的函数 , 则 可以看作是比例项、积分项和微分项三项部分之和。即 M(t)= Kc e + Kc e ∫d t + M 0 t 以上各量都是连续量 , 第一项为比例项 , 最后一项 为微分项 , 中间两项为积分项。其中 e 是给定值与被控 制变量之差 , 即回路偏差。Kc 为回路的增益。用计算 机处理这样的控制算式 , 即连续的算式必须周期性地采 样并进行离散化 , 同时各信号也要离散化 , 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 个用来控制和监视 PID 运算的参数 , 在 PID 指令使用时要构成回路表 , 回路表的格式如表 1 所示。表 1 PID 回路表格式

地址偏移量数据格式 I/ O 类型 双字 0 I 二、系统方案设计

恒压供水保证了供水的质量 , PLC 能控制大量的过 程参数 , 例如 : 温度、压力、流量、液位和速度等 , PID 使 PLC 具有闭环控制的功能 , 即一个具有 PID 控制能力 的 PLC 可用于控制过程。当过程控制中某个变量出现偏 差时 , PID 控制算法会计算出正确的输出 , 把变量保持 在设定值上。以 PLC 为主机的控制系统丰富了系统的控 制功能 , 提高了系统的可靠性。在有模拟量的控制系统 中 , 经常用到 PID 运算来执行 PID 回路的功能 , PID 回 路指令使这一任务的编程和实现变得非常容易 , 由此 , 用 FPO 可编程序控制器 , 其是目前松下电工推出的具有 多种控制功能的新款小型可编程序控制器 , 配备各种功 能模块 , 具有 PID 调节、各种逻辑控制以及多种通信功 2005 年第 10 期

GM 通用机械 38 过程变量当前值 PV n 给定值 S Pn 输出值 M n 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.11 PID 算法

参数 增益 Kc 0 + Kc d e/ d t 描述 过程变量 010～110 实数 双字

给定值 4 实数 双字 I 8 实数 双字 I/ O 12 实数 I http://www.xiexiebang.comki.net 1本文由cpzt贡献

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自控与监测 Autocontrol & Monitoring PLC 在恒压供水系统中的应用

华北电力大学机械工程学院(河北 071003)韩庆瑶

李巧红

刘崇伦

【摘 要】 PLC 控制恒压供水的方法 , PLC 控制的恒压供水系统 , 通过设计 PID 控制程序 , 实现系统 用

的 PID 控制 , 从而提高供水质量和供水的可靠性。这种方法在任何需要流量控制的系统中 , 具有推广意义。

【关键词】 PL C 恒压供水系统 PID 控制

一、前言

随着社会的发展和进步 , 城市高层建筑的供水问题 日益突出。一方面要求提高供水质量 , 不要因为压力的 波动造成供水障碍;另一方面要求保证供水的可靠性和 安全性。针对这两方面的要求 , 这就要求一种新的供水 方式 , 这里采用可编程序控制器(PLC)控制的恒压供 水系统。PLC 是一种数字运算操作的电子系统 , 专为工 业环境而设计。它采用了可编程序的存储器 , 用来在其 内部存储执行逻辑元素、顺序控制、定时、计数和算术 运算等操作的指令 , 并通过数字式和模拟式的输入和输 出 , 控制各种类型机械的生产过程。而有关的外围设 备 , 都应按易于与工业系统联成一个整体 , 易于扩充其 功能的原则设计。PLC 是按集中输入、集中输出、周期 性循环扫描的方式进行工作的。

能 , 它负担了系统的全部的控制 , 是系统的核心部件。如果一个 PID 回路的输出 M 是时间 t 的函数 , 则 可以看作是比例项、积分项和微分项三项部分之和。即 M(t)= Kc e + Kc e ∫d t + M 0 t 以上各量都是连续量 , 第一项为比例项 , 最后一项 为微分项 , 中间两项为积分项。其中 e 是给定值与被控 制变量之差 , 即回路偏差。Kc 为回路的增益。用计算 机处理这样的控制算式 , 即连续的算式必须周期性地采 样并进行离散化 , 同时各信号也要离散化 , 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 个用来控制和监视 PID 运算的参数 , 在 PID 指令使用时要构成回路表 , 回路表的格式如表 1 所示。

表 1 PID 回路表格式

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恒压供水保证了供水的质量 , PLC 能控制大量的过 程参数 , 例如 : 温度、压力、流量、液位和速度等 , PID 使 PLC 具有闭环控制的功能 , 即一个具有 PID 控制能力 的 PLC 可用于控制过程。当过程控制中某个变量出现偏 差时 , PID 控制算法会计算出正确的输出 , 把变量保持 在设定值上。以 PLC 为主机的控制系统丰富了系统的控 制功能 , 提高了系统的可靠性。在有模拟量的控制系统 中 , 经常用到 PID 运算来执行 PID 回路的功能 , PID 回 路指令使这一任务的编程和实现变得非常容易 , 由此 , 用 FPO 可编程序控制器 , 其是目前松下电工推出的具有 多种控制功能的新款小型可编程序控制器 , 配备各种功 能模块 , 具有 PID 调节、各种逻辑控制以及多种通信功 2005 年第 10 期

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【关键词】 PL C 恒压供水系统 PID 控制

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随着社会的发展和进步 , 城市高层建筑的供水问题 日益突出。一方面要求提高供水质量 , 不要因为压力的 波动造成供水障碍;另一方面要求保证供水的可靠性和 安全性。针对这两方面的要求 , 这就要求一种新的供水 方式 , 这里采用可编程序控制器(PLC)控制的恒压供 水系统。PLC 是一种数字运算操作的电子系统 , 专为工 业环境而设计。它采用了可编程序的存储器 , 用来在其 内部存储执行逻辑元素、顺序控制、定时、计数和算术 运算等操作的指令 , 并通过数字式和模拟式的输入和输 出 , 控制各种类型机械的生产过程。而有关的外围设 备 , 都应按易于与工业系统联成一个整体 , 易于扩充其 功能的原则设计。PLC 是按集中输入、集中输出、周期 性循环扫描的方式进行工作的。

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表 1 PID 回路表格式

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一、前言

随着社会的发展和进步 , 城市高层建筑的供水问题 日益突出。一方面要求提高供水质量 , 不要因为压力的 波动造成供水障碍;另一方面要求保证供水的可靠性和 安全性。针对这两方面的要求 , 这就要求一种新的供水 方式 , 这里采用可编程序控制器(PLC)控制的恒压供 水系统。PLC 是一种数字运算操作的电子系统 , 专为工 业环境而设计。它采用了可编程序的存储器 , 用来在其 内部存储执行逻辑元素、顺序控制、定时、计数和算术 运算等操作的指令 , 并通过数字式和模拟式的输入和输 出 , 控制各种类型机械的生产过程。而有关的外围设 备 , 都应按易于与工业系统联成一个整体 , 易于扩充其 功能的原则设计。PLC 是按集中输入、集中输出、周期 性循环扫描的方式进行工作的。

能 , 它负担了系统的全部的控制 , 是系统的核心部件。如果一个 PID 回路的输出 M 是时间 t 的函数 , 则 可以看作是比例项、积分项和微分项三项部分之和。即 M(t)= Kc e + Kc e ∫d t + M 0 t 以上各量都是连续量 , 第一项为比例项 , 最后一项 为微分项 , 中间两项为积分项。其中 e 是给定值与被控 制变量之差 , 即回路偏差。Kc 为回路的增益。用计算 机处理这样的控制算式 , 即连续的算式必须周期性地采 样并进行离散化 , 同时各信号也要离散化 , 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 个用来控制和监视 PID 运算的参数 , 在 PID 指令使用时要构成回路表 , 回路表的格式如表 1 所示。

表 1 PID 回路表格式

地址偏移量数据格式 I/ O 类型 双字 0 I 二、系统方案设计

恒压供水保证了供水的质量 , PLC 能控制大量的过 程参数 , 例如 : 温度、压力、流量、液位和速度等 , PID 使 PLC 具有闭环控制的功能 , 即一个具有 PID 控制能力 的 PLC 可用于控制过程。当过程控制中某个变量出现偏 差时 , PID 控制算法会计算出正确的输出 , 把变量保持 在设定值上。以 PLC 为主机的控制系统丰富了系统的控 制功能 , 提高了系统的可靠性。在有模拟量的控制系统 中 , 经常用到 PID 运算来执行 PID 回路的功能 , PID 回 路指令使这一任务的编程和实现变得非常容易 , 由此 , 用 FPO 可编程序控制器 , 其是目前松下电工推出的具有 多种控制功能的新款小型可编程序控制器 , 配备各种功 能模块 , 具有 PID 调节、各种逻辑控制以及多种通信功 2005 年第 10 期

GM 通用机械 38 过程变量当前值 PV n 给定值 S Pn 输出值 M n 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.11 PID 算法

参数 增益 Kc 0 + Kc d e/ d t 描述 过程变量 010～110 实数 双字

给定值 4 实数 双字 I 8 实数 双字 I/ O 12 实数 I http://www.xiexiebang.comki.net 1本文由cpzt贡献

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运行与应用 GM

自控与监测 Autocontrol & Monitoring PLC 在恒压供水系统中的应用

华北电力大学机械工程学院(河北 071003)韩庆瑶

李巧红

刘崇伦

【摘 要】 PLC 控制恒压供水的方法 , PLC 控制的恒压供水系统 , 通过设计 PID 控制程序 , 实现系统 用

的 PID 控制 , 从而提高供水质量和供水的可靠性。这种方法在任何需要流量控制的系统中 , 具有推广意义。

【关键词】 PL C 恒压供水系统 PID 控制

一、前言

随着社会的发展和进步 , 城市高层建筑的供水问题 日益突出。一方面要求提高供水质量 , 不要因为压力的 波动造成供水障碍;另一方面要求保证供水的可靠性和 安全性。针对这两方面的要求 , 这就要求一种新的供水 方式 , 这里采用可编程序控制器(PLC)控制的恒压供 水系统。PLC 是一种数字运算操作的电子系统 , 专为工 业环境而设计。它采用了可编程序的存储器 , 用来在其 内部存储执行逻辑元素、顺序控制、定时、计数和算术 运算等操作的指令 , 并通过数字式和模拟式的输入和输 出 , 控制各种类型机械的生产过程。而有关的外围设 备 , 都应按易于与工业系统联成一个整体 , 易于扩充其 功能的原则设计。PLC 是按集中输入、集中输出、周期 性循环扫描的方式进行工作的。

能 , 它负担了系统的全部的控制 , 是系统的核心部件。如果一个 PID 回路的输出 M 是时间 t 的函数 , 则 可以看作是比例项、积分项和微分项三项部分之和。即 M(t)= Kc e + Kc e ∫d t + M 0 t 以上各量都是连续量 , 第一项为比例项 , 最后一项 为微分项 , 中间两项为积分项。其中 e 是给定值与被控 制变量之差 , 即回路偏差。Kc 为回路的增益。用计算 机处理这样的控制算式 , 即连续的算式必须周期性地采 样并进行离散化 , 同时各信号也要离散化 , 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 个用来控制和监视 PID 运算的参数 , 在 PID 指令使用时要构成回路表 , 回路表的格式如表 1 所示。

表 1 PID 回路表格式

地址偏移量数据格式 I/ O 类型 双字 0 I 二、系统方案设计

恒压供水保证了供水的质量 , PLC 能控制大量的过 程参数 , 例如 : 温度、压力、流量、液位和速度等 , PID 使 PLC 具有闭环控制的功能 , 即一个具有 PID 控制能力 的 PLC 可用于控制过程。当过程控制中某个变量出现偏 差时 , PID 控制算法会计算出正确的输出 , 把变量保持 在设定值上。以 PLC 为主机的控制系统丰富了系统的控 制功能 , 提高了系统的可靠性。在有模拟量的控制系统 中 , 经常用到 PID 运算来执行 PID 回路的功能 , PID 回 路指令使这一任务的编程和实现变得非常容易 , 由此 , 用 FPO 可编程序控制器 , 其是目前松下电工推出的具有 多种控制功能的新款小型可编程序控制器 , 配备各种功 能模块 , 具有 PID 调节、各种逻辑控制以及多种通信功 2005 年第 10 期

GM 通用机械 38 过程变量当前值 PV n 给定值 S Pn 输出值 M n 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.11 PID 算法

参数 增益 Kc 0 + Kc d e/ d t 描述 过程变量 010～110 实数 双字

给定值 4 实数 双字 I 8 实数 双字 I/ O 12 实数 I http://www.xiexiebang.comki.net 1

第五篇：PLC在恒压供水系统中的应用

PLC控制系统设计实例：

PLC在恒压供水系统中的应用

1.任务描述

某水厂160 kW水泵电机三台，要求采用PLC、变频器来实现恒压供水。

2.系统组成

变频调速恒压供水系统主要由PLC、变频器、压力变送器、液位传感器、动力及控制线路以及泵组组成。

用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行，通过安装在出水管网上的压力变送器，把出口压力信号变成4～20mA标准信号送入变频器内置的PID调节器，经PID运算与给定压力参数进行比较，得到4～20mA信号送至变频器。控制系统由变频器控制水泵的转速以调节供水量，在变频器设置中设定一个上限频率和下限频率检测，当用水量大时，变频器迅速上升到上限频率，输出一个上限频率开关信号给PLC；当用水处于低峰时，变频器输出达到下限频率，输出一个下限频率开关信号给PLC。当产生任何一个信号时，信号即反馈给PLC，PLC通过设定的内部程序驱动I/O端口开关量的输出来实现切换交流接触器组，以此协调投入工作的水泵电机台数，并完成电机的启停、变频与工频的切换。通过调整投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速，使系统管网的工作压力始终稳定，进而达到恒压供水的目的。

3.系统控制要求

系统变频调速由PLC 与变频器共同完成，该系统有手动和自动两种运行方式。手动方式时，按下按钮启动和停止水泵，可根据需要分别控制1#~3#泵的启停，该方式主要供设备调试、自动有故障和检修时使用。

自动运行时，首先由1#水泵变频运行，变频器输出频率从0HZ上升，同时PID调节器把接收的信号与给定压力比较运算后送给变频器控制。如压力不够，则频率上升到50HZ，变频器输出一个上限频率到达信号给PLC，PLC接收到信号后经延时，1＃泵变频迅速切换为工频，2＃泵变频启动，若压力仍达不到设定压力，则2＃泵由变频切换成工频，3＃泵变频启动；如用水量减少，PLC控制从先起的泵开始切除，同时根据PID调节参数使系统平稳运行，始终保持管网压力。

若有电源瞬时停电的情况，则系统停机，待电源恢复正常后，系统自动恢复到初始状态开始运行。变频自动功能是该系统最基本的功能，系统自动完成对多台泵的启动、停止、循环变频的全部操作过程。

这种方式保证永远有一台水泵在变频运行，三台水泵中的任一台都可能变频运行。这样，才能做到不论用水量如何改变都可保持管网压力基本恒定，且各台水泵运行的时间基本相同，这给维护和检修带来方便，并提高了系统的使用寿命。