基于PLC的PID控制算法在恒压供水系统中的应用

摘 要：本文主要探讨基于PLC的PID控制算法在恒压供水系统中的应用。

关键词：PLC PID控制算法 恒压供水系统 应用

一、控制系统相关概念

恒压供水控制系统根据给定不同的时间、供水流量和压力的要求，应用一台西门子MM440变频器，采用PLC控制的电磁开关，逐台控制两台18.5kW水泵（1#、2#泵）的控制方法向一个压力罐供水，然后通过压力罐向用户供水。压力罐可以缓解由于水泵直接供水引起的供水压力变化，从而避免因供水压力变化过快造成水泵工作状态的频繁变化，该控制系统的基本框图如图1所示。

图1 控制系统的基本框图

1.PLC

本系统使用微型可编程控制器S7300PLC作为控制部分单元，其特点是具有强大的指令功能、方便的可用性能、较高的性价比等。系统采用CPU315-2DP；模拟量输入、输出模块SM334 AI4/AO28/8Bit；模块包含模拟量输入通道4个、模拟量输出通道2个，根据需要输入输出信号都选用4～20mA的电流信号。

2.自动控制流程简介

自动控制流程的过程监控部分采用典型的两级监控方式。下位机由西门子S7300PLC构成，为基础测控级，主要面向生产过程，完成生产现场的数据采集及过程控制等。上位机作为主要的人机界面（HMI），为生产管理级，它通过Wincc软件监控系统完成对下位机的监控、生产操作管理等，主要面向操作人员。

3.压力传感器

该供水系统采用的压力传感器选用量程为0～1.0MPa，输出电流为4～20mA。

二、自动控制流程简介和算法

1.自动控制流程简介

接通电源后，PLC对系统进行PID参数整定，进行系统PID控制，根据控制量输出的变化投入水泵运行或退出水泵运行。根据需要，设定变频器输出最大频率值为50Hz、最小频率值为25Hz。

2.PID控制

PID控制结构如图2所示。

图2 PID控制结构图

PID控制器控制规律为：

其中KP为比例放大系数，TI为积分时间，TD为微分时间。

3.PLC控制

在STEP7的编程软件中，使用FC105和FC106功能模块。这两个模块功能正好对应，当传感器检测到水位高或低时，通过模拟量输入AI，将检测到PIW256的量传递给FC105，经FC105转化成数字量MD200信号送到FB41，经过FB41处理后给出MD100信号到FC106。FC106又将数字量转成模拟量给出PQW102信号到AO，从而控制变频器频率。

4. MM440变频器参数的设置

（1） 模拟量输入参数的设置。选择模拟量输入2通道电流给定值，参数设置如下：

P1000[0]=7、P0756.1=2、P0757.1=4、P0758.1=0、P0759.1=20、P0760.1=100，同时让P0761.1=4。

（2） 模拟量输出参数的设置。选择模拟量输出1通道电流给定值，参数设置如下：

P0771=21、P0777=0、P0778=4、P0779=100、P0780=20。

三、水箱液位控制系统调试

1.PLCSIM离线仿真调试

将硬件组态和程序下载到模拟的CPU中，在状态置为“Run”，进行仿真。

2.WinCC监控系统界面

系统运行的监控界面包括：给定水压值、当前实际水压值、手动/自动运行、水泵工频/水泵变频的运行状态、当前时间显示及各种设备故障的报警显示等。

四、结束语

本系统采用变频器实现水泵电动机的软启与速率的调节，变频器接收经PID处理的、从压力变频器中采样的信号，根据压力的大小幅度，变频器自身可自动调节电动机的转动速率，从而引发水泵流量的自动调节，进而使得管网压力保持恒定的数值。本系统能保证恒定的生活小区供水系统中管网压力的恒定。