基于PLC控制的恒压供水系统设计 (8)

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图4-5 PID控制中断子程序INT_0梯形图

4.3 PID控制器参数整定 4.3.1 PID控制及其控制算法

在供水系统的设计中，采用了含PID调节的PLC来实现闭环控制保证供水系统中的压力恒定。在连续控制系统中，常采用Proportional(比例)、Integral(积分)、Derivative(微分)控制方式，称之为PID控制。PID控制是连续控制系统中技术最成熟、应用最广泛的控制方式。具有理论成熟，算法简单，控制效果好，易于为人们熟悉和掌握等优点。它是对给定值r(t)和实际输出值y(t)之间的偏PID控制器是一种线性控制器，差e(t)：

e(t)?y(t)?r(t)

经比例(P)、积分(I)和微分(D)运算后通过线性组合构成控制量u(t)，对被控对象进行控制，故称PID控制器。系统由模拟PID控制器和被控对象组成，其控制系统原理框图如图4-6所示，图中u(t)为PID调节器输出的调节量。

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比例给定压力r(t)+－e(t)积分+频率u(t)++转速水泵管网实际压力y(t)微分

压力变送器

图4-6 PID控制原理框图

PID控制规律为：

?1de(t)?y(t)?Kp?e(t)??e(t)dt?Td?

Tdti??式中：Kp为比例系数；Ti为积分时间常数；Td为微分时间常数。相应的传递函数形式：

G(s)?U(s)1?KP(1??Tds) E(s)TisPID控制器各环节的作用及调节规律如下：

(1) 比例环节：成比例地反映控制系统偏差信号的作用，偏差e(t)一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差，但不能彻底消除系统偏差，系统偏差随比例系数Kp的增大而减少，比例系数过大将导致系统不稳定。

(2) 积分环节：表明控制器的输出与偏差持续的时间有关。只要偏差存在，控制就要发生改变，直到系统偏差为零。积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越大，积分作用越弱，易引起系统超调量加大，反之则越强，易引起系统振荡。

(3) 微分环节：对偏差信号的变化趋势做出反应，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。微分环节主要用来控制被调量的振荡，减小超调量，加快系统响应时间，改善系统的动态特性。

4.3.2 系统的近似数学模型及参数取值

由于变频调速恒压供水系统的控制对象是一个时变，非线性，迟滞，模型不稳定的

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对象，很难得出精确的数学模型而只能近似等效。水泵由初始状态向管网进行恒压供水，供水管网从初始压力开始启动水泵运行，至管网压力达到稳定要求时需经历两个过程：首先是水泵将水送到管网中，这个阶段管网压力基本保持初始压力，这是一个纯滞后的过程；其次是水泵将水充满整个管网，压力随之逐渐增加直到稳定，这是一个大时间常数的惯性过程；由于系统中其他控制和检测环节，如变频环节、继电控制转换、压力检测等的时间常数和滞后时间与供水系统的时间常数和滞后时间相比可忽略不计，所以可等效为比例环节。因此，恒压供水系统的数学模型可以近似成一个带纯滞后的一阶惯性环节，即可以写成：

Ke??sG(s)?

Ts?1式中：K为系统的总增益，T为系统的惯性时间常数，?为系统滞后时间。 本设计中的PID参数值采用恒压供水系统行业中的经验值，以省去繁琐而不必的工程计算。取系统比例系数Kc=0.33，采样时间Ts=0.2s，积分时间Ti=180min，微分时间取零值。

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结论

本文针对城市小区供水的特点，设计开发了一套基于PLC的变频恒压供水自动控制系统。该系统使用一台变频器实现多台水泵电机的软起动和调速，弃用原有的自耦降压起动方式，同时水泵电机实现了自动控制。压力变送器采样后的管网压力信号经过PID处理传送给变频器，变频器根据压力大小调节电机转速，通过改变水泵性能曲线来实现水泵的流量调节，保证管网压力恒定。该系统不但有效地保证了供水系统管网压力恒定，而且使系统工作可靠、节能效果显著、实现了全自动控制、且无二次污染。

本设计主要经历的工作如下：

变频器实现对生活用水的恒压控制。利用PLC实现对多泵切换的控(1) 通过PLC、

制，通过变频器实现对三相水泵电机的软启动，由电动机的变频调速实现对水压的调节。

(2) 通过对控制过程和原理的分析，利用西门子STEP7 MicroWIN编程软件设计了一个用于恒压供水系统的程序，本程序包括顺序控制主程序，初始化子程序和中断子程序三部分。

(3) 系统的运行仿真。

通过本次毕业设计，不仅使我巩固了对原有知识的掌握，还拓宽了我的知识面。在提高自己的同时，我也更加清楚的认识到自己的一些不足之处。比如：在硬件设备之间的连接，I/O端口的分配，地址的分配这几方面自己起初不是很了解，但经过这半年的自学，以及向老师、同学们请教，我对这些知识有了更深入的理解。通过这半年的实践和学习，我学到了很多课本中无法涉及到的知识，体会到了工程设计的复杂与困难，也感受到了亲自做出成绩的成功与喜悦。在以后的学习和生活中，我会不断的提高、充实自己，争取获得更大的成绩。

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致 谢

在即将毕业之际，毕业设计已接近尾声，我想借此机会对关心和支持我的所有人表示感谢！

两年来，我认真地学习了专业课程基础知识，具有一定的设计理论基础和独立设计能力，由于毕业设计的课题是一种整体性的，系统性的设计，我真的是很努力地在做，但还是感到力不从心，因而这次设计在深度和广度上都有一定的局限性，不过，我认为还是提高了认识，学到了东西。所以我要感谢所有的老师，是你们的教育和培养，才使我学有所获。

我感到自己树立了正确的世界观、人生观、价值观。在此，我要感谢学校领导和班主任老师，是你们教会我做人的道理。还有我要向在我论文倾注了大量心血和提供了许多帮助的各位老师、同学表示深深的敬意和谢意。我的指导老师在我完成论文的过程中倾注了悉心的指导和大力支持，在此表示深深地感谢。 感谢学校对我的培养。

最后要感谢我的家人和父母，在我的成长和求学过程中，他们付出了艰辛的汗水，给予了我无私的关怀！

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参考文献

[1] 岂兴明.PLC与变频器[M].人民邮电出版，2011，第28卷第3期：135-147页. [2] 李方园.西门子S7-200 PLC从入门到实践[M].电子工业出版社,2010，第32卷第2

期：100-117页.

[3] 彭小红,刘志东.基于PLC的变频调速恒压供水系统的设计[J].现代电子技

术,2004.6，第30卷第5期：160-175页.

[4] 张万忠，刘明芹.电器与PLC控制技术[M].化学工业出版社 ,2009，第26卷第1期：

125-136页.

[5] 林俊赞,李雄松,尹元日.PLC在恒压供水控制系统中的应用[J].电机电器技术,1999，

第16卷第5期：78-90页.

[6] 郑兆生,张伟,郑新志.PLC及变频器恒压供水控制系统设计[J].山东轻工业学院学

报,2007.2，第10卷第2期：65-80页.

[7] 姜兴忠，戴恒阳.变频恒压控水系统的机理分析[J].电气传动自动化，2004.5，第15

卷第7期：113-120页.

[8] 李丽敏.工业变频器的应用[J].自动化与仪器仪表,2008.1，第20卷第8期：70-102

页.

[9] 黄耀群.变频调速恒压供水系统中的PID控制研究[J].煤炭技术2007.8，第22卷第

3期：118-125页.

[10] 王树主.变频调速系统设计与应用[M].机械工业出版社，2006，第22卷第5期：

115-130页.

[11] 方桂笋.基于PLC的变频恒压供水系统的设计[D].兰州理工大学，2008，第18卷第

5期：134-150页.

[12] 沈灿钢.基于PLC和变频器的恒压供水泵站系统设计[J].价值工程2010.2，第22卷

第3期：142-150页.

[13]陈彦涛.基于PLC的恒压变频供水系统的研制[D].江南大学，2008，第25卷第4期：140-162页.

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