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基于PLC的变频调速恒压供水系统设计
4.2 西门子pid指令应用
西门子s7-200系列plc指令族提供pid闭环控制专用指令。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。
（1）pid算法。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：
以上各量都是连续量，第一项为比例项，*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，各信号也要离散化，公式如下：
mn=kc（spn-pvn）+kc（ts/ti）（spn-pvn）+mx+kc（td/ts）（pvn-1-pvn）
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。
本设计中生活用水为系统给定值满量程的70%。系统使用比例、积分及微分控制，采用下列控制参数值：
增益kc=0.25； 采样时间ts=0.2s；
积分时间ti=30min； 微分时间td=15min；
（2）pid算法编程实现。本程序只是模拟量控制系统的pid程序主干，对于现场实现问题，还要考虑诸多方面的影响因素。pid控制算法程序框图如图6所。
5 结束语
本文针对我国中小城市小区供水的特点，设计开发了一套基于plc的变频调速恒压供水自动控制系统。该系统利用单台变频器实现四台水泵电机的软起动和调速，把阀门控制和水泵电机控制都纳入自动控制系统。压力传感器采样管网压力信号经pid处理传送给变频器，变频器根据压力大小调整电机转速，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。水泵在变频下均为软启动，切换平滑，冲击电流小，水泵机组寿命相应延长。用plc设计恒压供水系统的方案，稍加变化可适用于任何需要恒压的流量系统
根据流体力学的有关原理知道，当采用变频调速控制方式时，流量q、扬程h、轴功率p、转速n存在如下关系：
通过这一组关系式我们可以知道，由于轴功率的比值与电机转速的比值的3次方成正比，当流量的减小而使得电机转速减小时，节能的效果是很明显的。在理想情况下，当电机转速降为额定转速的80%时，水泵功率会下降到额定值的51.2%，即节约48.8%的电能。变频调速控制方式在供水系统中的应用对节能的意义重大。
3 自动化方案实现
变频恒压供水控制系统，主要是由西门子公司生产s7-200plc、变频器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及4台水泵等组成。用户通过控制柜面板上的按钮、转换开关和指示灯来控制系统的运行。系统方框图如图4所示。
通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号变成标准的电压或电流信号经em235送入s7-200plc，经与给定压力参数比较进行pid运算后，发出控制信号送给变频器，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控制增加水泵。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，实现恒压供水系统通过软件设计具有定时换泵和系统声、光报警及多种保护功能。
