數(shù)字PID變頻調(diào)速在PLC恒壓供水系統(tǒng)中應(yīng)用

鄧淑靜

摘 要：本文主要介紹了變頻調(diào)速在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用、系統(tǒng)中采用了數(shù)字濾波技術(shù)和數(shù)字PID控制技術(shù)、有效的減小了系統(tǒng)中的干擾，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：數(shù)字PID;變頻調(diào)速;PLC;恒壓供水

一、基本原理

高層恒壓供水是現(xiàn)代城市高層建筑的一項主要配套工程，它具有供水模式變換多，水壓穩(wěn)定，自動保護(hù)等特點，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)及民用建筑中。

由PLC控制的高層恒壓供水系統(tǒng)采用數(shù)字PID控制技術(shù)，使PID的參數(shù)整定和調(diào)整實現(xiàn)在線控制，通過對系統(tǒng)壓力的檢測，根據(jù)水壓的大小使系統(tǒng)分時對正常工作和消防供水兩種分別采用PID控制和PD控制，使系統(tǒng)實現(xiàn)了快速、穩(wěn)定的輸出。

將管網(wǎng)的實際壓力經(jīng)反饋后送到比較器的輸入端與給定壓力進(jìn)行比較，當(dāng)管網(wǎng)壓力不足時，通過對參數(shù)運算，調(diào)整PID的參數(shù)，控制電壓上升，使頻率相應(yīng)增大，水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量加大，迫使管網(wǎng)壓力上升。反之，水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量減少，迫使管網(wǎng)壓力下降。以保持恒壓供水的穩(wěn)定。

二、系統(tǒng)工作

系統(tǒng)可完成以下功能：1.生活供水自動恒壓;2.自動/手動供水選通;3.定時換泵（PLC 30秒檢測一次，無人用水十分鐘停機(jī)）;4.工作狀態(tài)自動保持;5.消防供水自動控制;6.消防生活連鎖控制;7.管網(wǎng)壓力自動起停泵。

工作方式有自動和手動兩種，通過開關(guān)控制。

系統(tǒng)模擬輸入輸出模式模塊選用CM235，從A口輸入給定參數(shù)，B口輸入反饋壓力信號，模塊輸出直接用來控制變頻器，被控水泵電機(jī)可以由變頻器輸出控制，也可直接由50Hz工頻信號控制。

三、算法原理

為了能夠可靠的控制變頻器的運行并滿足差值電壓的跟蹤，當(dāng)輸入信號的變化不大時，系統(tǒng)不再讀取數(shù)據(jù)，將原來的計算值直接保持。當(dāng)輸入信號的變化值較大時，系統(tǒng)立即跟蹤這一變化，并計算最新的采樣值，并將其保持，一次作為參數(shù)運算的依據(jù)。

考慮到系統(tǒng)工作環(huán)境對系統(tǒng)運行狀態(tài)的影響，在設(shè)計中除采用硬件上加裝濾波器外，還采用數(shù)字濾波的方式來消除干擾的影響，數(shù)字濾波采用模擬輸入平均值的方法，其總體運算公式：

Avg=（N-1）AvgN+NewN

為運算方便，將上述運算方法轉(zhuǎn)換成下面的運算方法：

Rsum=Rsum-Avg+New

Avg=RsumN

該法的運算.思路是使用每次掃描的運算和，計算出新的平均值，其中最新平均值.總是位于指定的輸出位置?？紤]到運算時的符號處理，運算過程采用浮點運算。故需進(jìn)行整數(shù)與浮點數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。如果采樣值為正值，系統(tǒng)直接進(jìn)行運算，如果系統(tǒng)采樣值為負(fù)值，符號擴(kuò)展至雙字節(jié)，然后對雙字節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行運算。

PID控制的模擬表達(dá)式為

P（t）=Kp[e（t）+β（1＼T1）?e（t）dt+TD（de（t） ﹨dt）

控制時，根據(jù)系統(tǒng)運行狀態(tài)中偏差e（k）選擇β值。

當(dāng)正常供水時，若le（k）l， ≤△p使β=1，其增量式PID控制算法：

U（k-1）=kpe（k-1）=k1Σe（?）+k0[e（k-1）-e（k-2）]

U（k）=kpe（k）=k1Σe（j）=kD[E（K）-e（k-1）]

由上兩式可得

ΔU（k）=Ae（k）-Be（k-1）+Ce（k-2）

U（k）-L（k-1）=Ae（k）-Be（k-1）+C（k-2）

U（k）=Ae（k）=f（k-1）

式中：f（k）=U（k）-Be（k）+Ce（k-1）

A=kp（1=T＼T=Ta＼T）

B=kp（1+2T＼T）

C=ktTB＼T

PID運算程序如圖所示

VW56為中斷調(diào)用次數(shù);VW30為給定偏差量;VW60為系統(tǒng)偏差值;VW60為系統(tǒng)反饋量;該反饋量通過壓力傳感器獲得，由于環(huán)境的影響可能會使該參量發(fā)生擾動，該變化會直接影響到參數(shù)量偏差。

2.通訊過程

無論計算機(jī)向變頻器發(fā)出的是讀數(shù)據(jù)命令還是寫數(shù)據(jù)命令，變頻器都可能返回兩種形式的結(jié)果。一種是通訊正常時的正常響應(yīng)，一種是通訊不正常的響應(yīng)。當(dāng)變頻器收到信息時，先檢驗起始時間間隔+STX位，然后監(jiān)測信息長度值LGE如果這些信息出現(xiàn)不符，那么所發(fā)送的信息無效。在信息接受前和接受過程中還會檢測多段時間。如相應(yīng)延遲時間，信息有效時間，字節(jié)延遲時間等。在接受過程中，還要產(chǎn)生校驗位，只有以上信息需正確，且奇偶效驗和地址字節(jié)沒有問題時，發(fā)送的信息才會被正確接收且執(zhí)行。

在通訊過程中，一個命令或響應(yīng)信號只能對一個參數(shù)進(jìn)行操作，計算機(jī)發(fā)出指令后必須等待相應(yīng)的應(yīng)答信號.同時不斷重復(fù)指令。如果計算機(jī)投有從相應(yīng)地址的變頻器那里收到響應(yīng)情號，它必須采取相應(yīng)措施;變頻器并不需要知道計算機(jī)是否收到了應(yīng)答信號。指令和應(yīng)答信號都必須在一次信息發(fā)送中完成，如果應(yīng)答信號的方法是通過辨認(rèn)響應(yīng)參數(shù)中參數(shù)值和參數(shù)號。當(dāng)計算機(jī)收到變頻器對一個指令的應(yīng)答信號后，再次發(fā)出指令信號時，變頻器就認(rèn)為是一項新的指令。

通過以上分析，我們了解了微機(jī)控制變頻器的有關(guān)知識，在此基礎(chǔ)上，可以用VB，VC++等高級語言編程，作出功能更全的控制軟件。endprint

摘 要：本文主要介紹了變頻調(diào)速在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用、系統(tǒng)中采用了數(shù)字濾波技術(shù)和數(shù)字PID控制技術(shù)、有效的減小了系統(tǒng)中的干擾，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：數(shù)字PID;變頻調(diào)速;PLC;恒壓供水

一、基本原理

高層恒壓供水是現(xiàn)代城市高層建筑的一項主要配套工程，它具有供水模式變換多，水壓穩(wěn)定，自動保護(hù)等特點，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)及民用建筑中。

由PLC控制的高層恒壓供水系統(tǒng)采用數(shù)字PID控制技術(shù)，使PID的參數(shù)整定和調(diào)整實現(xiàn)在線控制，通過對系統(tǒng)壓力的檢測，根據(jù)水壓的大小使系統(tǒng)分時對正常工作和消防供水兩種分別采用PID控制和PD控制，使系統(tǒng)實現(xiàn)了快速、穩(wěn)定的輸出。

將管網(wǎng)的實際壓力經(jīng)反饋后送到比較器的輸入端與給定壓力進(jìn)行比較，當(dāng)管網(wǎng)壓力不足時，通過對參數(shù)運算，調(diào)整PID的參數(shù)，控制電壓上升，使頻率相應(yīng)增大，水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量加大，迫使管網(wǎng)壓力上升。反之，水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量減少，迫使管網(wǎng)壓力下降。以保持恒壓供水的穩(wěn)定。

二、系統(tǒng)工作

系統(tǒng)可完成以下功能：1.生活供水自動恒壓;2.自動/手動供水選通;3.定時換泵（PLC 30秒檢測一次，無人用水十分鐘停機(jī)）;4.工作狀態(tài)自動保持;5.消防供水自動控制;6.消防生活連鎖控制;7.管網(wǎng)壓力自動起停泵。

工作方式有自動和手動兩種，通過開關(guān)控制。

系統(tǒng)模擬輸入輸出模式模塊選用CM235，從A口輸入給定參數(shù)，B口輸入反饋壓力信號，模塊輸出直接用來控制變頻器，被控水泵電機(jī)可以由變頻器輸出控制，也可直接由50Hz工頻信號控制。

三、算法原理

為了能夠可靠的控制變頻器的運行并滿足差值電壓的跟蹤，當(dāng)輸入信號的變化不大時，系統(tǒng)不再讀取數(shù)據(jù)，將原來的計算值直接保持。當(dāng)輸入信號的變化值較大時，系統(tǒng)立即跟蹤這一變化，并計算最新的采樣值，并將其保持，一次作為參數(shù)運算的依據(jù)。

考慮到系統(tǒng)工作環(huán)境對系統(tǒng)運行狀態(tài)的影響，在設(shè)計中除采用硬件上加裝濾波器外，還采用數(shù)字濾波的方式來消除干擾的影響，數(shù)字濾波采用模擬輸入平均值的方法，其總體運算公式：

Avg=（N-1）AvgN+NewN

為運算方便，將上述運算方法轉(zhuǎn)換成下面的運算方法：

Rsum=Rsum-Avg+New

Avg=RsumN

該法的運算.思路是使用每次掃描的運算和，計算出新的平均值，其中最新平均值.總是位于指定的輸出位置。考慮到運算時的符號處理，運算過程采用浮點運算。故需進(jìn)行整數(shù)與浮點數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。如果采樣值為正值，系統(tǒng)直接進(jìn)行運算，如果系統(tǒng)采樣值為負(fù)值，符號擴(kuò)展至雙字節(jié)，然后對雙字節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行運算。

PID控制的模擬表達(dá)式為

P（t）=Kp[e（t）+β（1＼T1）?e（t）dt+TD（de（t） ﹨dt）

控制時，根據(jù)系統(tǒng)運行狀態(tài)中偏差e（k）選擇β值。

當(dāng)正常供水時，若le（k）l， ≤△p使β=1，其增量式PID控制算法：

U（k-1）=kpe（k-1）=k1Σe（?）+k0[e（k-1）-e（k-2）]

U（k）=kpe（k）=k1Σe（j）=kD[E（K）-e（k-1）]

由上兩式可得

ΔU（k）=Ae（k）-Be（k-1）+Ce（k-2）

U（k）-L（k-1）=Ae（k）-Be（k-1）+C（k-2）

U（k）=Ae（k）=f（k-1）

式中：f（k）=U（k）-Be（k）+Ce（k-1）

A=kp（1=T＼T=Ta＼T）

B=kp（1+2T＼T）

C=ktTB＼T

PID運算程序如圖所示

VW56為中斷調(diào)用次數(shù);VW30為給定偏差量;VW60為系統(tǒng)偏差值;VW60為系統(tǒng)反饋量;該反饋量通過壓力傳感器獲得，由于環(huán)境的影響可能會使該參量發(fā)生擾動，該變化會直接影響到參數(shù)量偏差。

2.通訊過程

無論計算機(jī)向變頻器發(fā)出的是讀數(shù)據(jù)命令還是寫數(shù)據(jù)命令，變頻器都可能返回兩種形式的結(jié)果。一種是通訊正常時的正常響應(yīng)，一種是通訊不正常的響應(yīng)。當(dāng)變頻器收到信息時，先檢驗起始時間間隔+STX位，然后監(jiān)測信息長度值LGE如果這些信息出現(xiàn)不符，那么所發(fā)送的信息無效。在信息接受前和接受過程中還會檢測多段時間。如相應(yīng)延遲時間，信息有效時間，字節(jié)延遲時間等。在接受過程中，還要產(chǎn)生校驗位，只有以上信息需正確，且奇偶效驗和地址字節(jié)沒有問題時，發(fā)送的信息才會被正確接收且執(zhí)行。

在通訊過程中，一個命令或響應(yīng)信號只能對一個參數(shù)進(jìn)行操作，計算機(jī)發(fā)出指令后必須等待相應(yīng)的應(yīng)答信號.同時不斷重復(fù)指令。如果計算機(jī)投有從相應(yīng)地址的變頻器那里收到響應(yīng)情號，它必須采取相應(yīng)措施;變頻器并不需要知道計算機(jī)是否收到了應(yīng)答信號。指令和應(yīng)答信號都必須在一次信息發(fā)送中完成，如果應(yīng)答信號的方法是通過辨認(rèn)響應(yīng)參數(shù)中參數(shù)值和參數(shù)號。當(dāng)計算機(jī)收到變頻器對一個指令的應(yīng)答信號后，再次發(fā)出指令信號時，變頻器就認(rèn)為是一項新的指令。

通過以上分析，我們了解了微機(jī)控制變頻器的有關(guān)知識，在此基礎(chǔ)上，可以用VB，VC++等高級語言編程，作出功能更全的控制軟件。endprint

摘 要：本文主要介紹了變頻調(diào)速在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用、系統(tǒng)中采用了數(shù)字濾波技術(shù)和數(shù)字PID控制技術(shù)、有效的減小了系統(tǒng)中的干擾，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：數(shù)字PID;變頻調(diào)速;PLC;恒壓供水

一、基本原理

高層恒壓供水是現(xiàn)代城市高層建筑的一項主要配套工程，它具有供水模式變換多，水壓穩(wěn)定，自動保護(hù)等特點，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)及民用建筑中。

由PLC控制的高層恒壓供水系統(tǒng)采用數(shù)字PID控制技術(shù)，使PID的參數(shù)整定和調(diào)整實現(xiàn)在線控制，通過對系統(tǒng)壓力的檢測，根據(jù)水壓的大小使系統(tǒng)分時對正常工作和消防供水兩種分別采用PID控制和PD控制，使系統(tǒng)實現(xiàn)了快速、穩(wěn)定的輸出。

將管網(wǎng)的實際壓力經(jīng)反饋后送到比較器的輸入端與給定壓力進(jìn)行比較，當(dāng)管網(wǎng)壓力不足時，通過對參數(shù)運算，調(diào)整PID的參數(shù)，控制電壓上升，使頻率相應(yīng)增大，水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量加大，迫使管網(wǎng)壓力上升。反之，水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量減少，迫使管網(wǎng)壓力下降。以保持恒壓供水的穩(wěn)定。

二、系統(tǒng)工作

系統(tǒng)可完成以下功能：1.生活供水自動恒壓;2.自動/手動供水選通;3.定時換泵（PLC 30秒檢測一次，無人用水十分鐘停機(jī)）;4.工作狀態(tài)自動保持;5.消防供水自動控制;6.消防生活連鎖控制;7.管網(wǎng)壓力自動起停泵。

工作方式有自動和手動兩種，通過開關(guān)控制。

系統(tǒng)模擬輸入輸出模式模塊選用CM235，從A口輸入給定參數(shù)，B口輸入反饋壓力信號，模塊輸出直接用來控制變頻器，被控水泵電機(jī)可以由變頻器輸出控制，也可直接由50Hz工頻信號控制。

三、算法原理

為了能夠可靠的控制變頻器的運行并滿足差值電壓的跟蹤，當(dāng)輸入信號的變化不大時，系統(tǒng)不再讀取數(shù)據(jù)，將原來的計算值直接保持。當(dāng)輸入信號的變化值較大時，系統(tǒng)立即跟蹤這一變化，并計算最新的采樣值，并將其保持，一次作為參數(shù)運算的依據(jù)。

考慮到系統(tǒng)工作環(huán)境對系統(tǒng)運行狀態(tài)的影響，在設(shè)計中除采用硬件上加裝濾波器外，還采用數(shù)字濾波的方式來消除干擾的影響，數(shù)字濾波采用模擬輸入平均值的方法，其總體運算公式：

Avg=（N-1）AvgN+NewN

為運算方便，將上述運算方法轉(zhuǎn)換成下面的運算方法：

Rsum=Rsum-Avg+New

Avg=RsumN

該法的運算.思路是使用每次掃描的運算和，計算出新的平均值，其中最新平均值.總是位于指定的輸出位置?？紤]到運算時的符號處理，運算過程采用浮點運算。故需進(jìn)行整數(shù)與浮點數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。如果采樣值為正值，系統(tǒng)直接進(jìn)行運算，如果系統(tǒng)采樣值為負(fù)值，符號擴(kuò)展至雙字節(jié)，然后對雙字節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行運算。

PID控制的模擬表達(dá)式為

P（t）=Kp[e（t）+β（1＼T1）?e（t）dt+TD（de（t） ﹨dt）

控制時，根據(jù)系統(tǒng)運行狀態(tài)中偏差e（k）選擇β值。

當(dāng)正常供水時，若le（k）l， ≤△p使β=1，其增量式PID控制算法：

U（k-1）=kpe（k-1）=k1Σe（?）+k0[e（k-1）-e（k-2）]

U（k）=kpe（k）=k1Σe（j）=kD[E（K）-e（k-1）]

由上兩式可得

ΔU（k）=Ae（k）-Be（k-1）+Ce（k-2）

U（k）-L（k-1）=Ae（k）-Be（k-1）+C（k-2）

U（k）=Ae（k）=f（k-1）

式中：f（k）=U（k）-Be（k）+Ce（k-1）

A=kp（1=T＼T=Ta＼T）

B=kp（1+2T＼T）

C=ktTB＼T

PID運算程序如圖所示

VW56為中斷調(diào)用次數(shù);VW30為給定偏差量;VW60為系統(tǒng)偏差值;VW60為系統(tǒng)反饋量;該反饋量通過壓力傳感器獲得，由于環(huán)境的影響可能會使該參量發(fā)生擾動，該變化會直接影響到參數(shù)量偏差。

2.通訊過程

無論計算機(jī)向變頻器發(fā)出的是讀數(shù)據(jù)命令還是寫數(shù)據(jù)命令，變頻器都可能返回兩種形式的結(jié)果。一種是通訊正常時的正常響應(yīng)，一種是通訊不正常的響應(yīng)。當(dāng)變頻器收到信息時，先檢驗起始時間間隔+STX位，然后監(jiān)測信息長度值LGE如果這些信息出現(xiàn)不符，那么所發(fā)送的信息無效。在信息接受前和接受過程中還會檢測多段時間。如相應(yīng)延遲時間，信息有效時間，字節(jié)延遲時間等。在接受過程中，還要產(chǎn)生校驗位，只有以上信息需正確，且奇偶效驗和地址字節(jié)沒有問題時，發(fā)送的信息才會被正確接收且執(zhí)行。

在通訊過程中，一個命令或響應(yīng)信號只能對一個參數(shù)進(jìn)行操作，計算機(jī)發(fā)出指令后必須等待相應(yīng)的應(yīng)答信號.同時不斷重復(fù)指令。如果計算機(jī)投有從相應(yīng)地址的變頻器那里收到響應(yīng)情號，它必須采取相應(yīng)措施;變頻器并不需要知道計算機(jī)是否收到了應(yīng)答信號。指令和應(yīng)答信號都必須在一次信息發(fā)送中完成，如果應(yīng)答信號的方法是通過辨認(rèn)響應(yīng)參數(shù)中參數(shù)值和參數(shù)號。當(dāng)計算機(jī)收到變頻器對一個指令的應(yīng)答信號后，再次發(fā)出指令信號時，變頻器就認(rèn)為是一項新的指令。

通過以上分析，我們了解了微機(jī)控制變頻器的有關(guān)知識，在此基礎(chǔ)上，可以用VB，VC++等高級語言編程，作出功能更全的控制軟件。endprint