劉玉明

【摘要】 傳統(tǒng)的工頻水泵供水系統(tǒng)存在著一定程度的缺陷，主要表現(xiàn)為能源消耗較大以及供水不穩(wěn)定，這兩個缺陷與工業(yè)迅速發(fā)展的實際情況相脫離，因此提出一種基于S7-300PLC的Fuzzy-PID控制恒壓供水系統(tǒng)，本文針對這一供水系統(tǒng)的主要構(gòu)造及其設(shè)計策略進行研究與分析。

【關(guān)鍵詞】 供水系統(tǒng) PID 變頻

一、供水系統(tǒng)的總體構(gòu)成

在基于S7-300PLC的Fuzzy-PID控制恒壓供水系統(tǒng)之中，主要采用的是雙層結(jié)構(gòu)，分別是監(jiān)控層與控制層。監(jiān)控層的主要作用是監(jiān)控與記錄，針對的對象主要有工業(yè)計算機、水泵運行狀態(tài)與相關(guān)參數(shù)等；在控制層當中，主要包含了有S7-300系列PLC，其主要作用是對現(xiàn)場變頻器的調(diào)速進行一定程度上的控制，同時還能夠?qū)x表的相關(guān)數(shù)據(jù)進行有效的采集。

二、控制方法分析

2.1 控制要求

一般情況下，系統(tǒng)需要根據(jù)工藝用水量的變化來對水泵轉(zhuǎn)速以及投用的數(shù)量進行一定程度上的調(diào)整，這樣才能對供水壓力的恒定進行合理而有效的保證，系統(tǒng)的要求主要如下：①要求系統(tǒng)能夠?qū)Χ喾N變化的啟?？刂七M行有效實現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)之上保證出水壓力恒定；②系統(tǒng)操作功能要求多樣性，主要有手動操作、自動操作以及就地操作；③需要應(yīng)用 PLC對變頻器操作實現(xiàn)軟起動軟停止，這樣一來就能夠?qū)Ρ迷趩⑼＿^程中的磨損進行一定程度上的減少，同時為了對變頻器的使用壽命進行保證，還需要保證變頻器輸出大于最低安全頻率；④要求這一系統(tǒng)必須具備完善的電器安全措施，并在此基礎(chǔ)之上實現(xiàn)對于過壓、過流、過載等狀況的報警功能；

2.2 控制策略

在實際情況下，恒壓供水中的水量浮動相對較大，且具有很強的隨機性，這樣就導(dǎo)致管路壓力存在不穩(wěn)定的情況，如果只是采用常規(guī)的PID控制，難以達到理想的效果。針對這一情況，在本系統(tǒng)中采用模糊控制與 PID 控制混合控制系統(tǒng)對變頻器進行控制。需要注意的是，模糊系統(tǒng)存在著的一定的盲區(qū)，需要對系統(tǒng)進行閾值的設(shè)定：當控制器輸入e（=SV-PV）大于閾值時，進行模糊控制，使恒壓供水系統(tǒng)具有較好的動態(tài)性能，當控制器輸入e小于閾值時，進行PID 控制，使系統(tǒng)獲得較好的穩(wěn)態(tài)特性。當設(shè)定值與采樣值差小于閾值時，利用 S7-300PLC 中集成的 PID 控制模塊進行處理運算；當設(shè)定值與采樣值大于閾值時，通過對已經(jīng)建立的模糊控制表的讀取快速地調(diào)整控制器輸出。OB35循環(huán)組織塊是嚴格按照固定周期運行的中斷程序，執(zhí)行的固定周期缺省值是100ms，符合PID功能塊對采樣周期均等的要求，使用時需要通過對系統(tǒng)偏差的深入分析，實現(xiàn)量化取整，并通過合理的方式的調(diào)用系統(tǒng)庫功能FB41，實現(xiàn)了PID運算處理。FB41工作時，需要通過對系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的分析，以系統(tǒng)庫功能的方式實現(xiàn)了運算處理，使用時是以模塊化的方式實現(xiàn)的。

在這一系統(tǒng)之中，主要存在著四臺水泵以及一臺變頻器，其中變頻器會對相應(yīng)的水泵轉(zhuǎn)速進行一定程度的控制，四臺水泵有三臺投入使用，另外一臺作為備用處理，通過PLC對每臺水泵的投用與切換進行有序控制，當所測管路的壓力低于設(shè)定的壓力時，系統(tǒng)會做出自動加快水泵轉(zhuǎn)速響應(yīng)，而一旦水泵的轉(zhuǎn)速達到了最大值時，管路的壓力仍然小于設(shè)定值，系統(tǒng)便會做出延時2min處理，并自動啟動下一臺水泵；如果所測管路壓力大于設(shè)定的壓力時，水泵轉(zhuǎn)速會被自動降低，當水泵轉(zhuǎn)速低于最低安全轉(zhuǎn)速時，延時 2 min，自動停止當前水泵，下一臺工頻運行的水泵轉(zhuǎn)入變頻運行，這樣一來就能夠?qū)に嚦鏊畨毫Φ暮愣ㄟM行有效的保障。在整個投切過程當中，所遵循的原則是“先啟先?！?，并在此基礎(chǔ)之上對啟停水泵進行循環(huán)處理，在啟停水泵的過程中，要求能夠保證每一個水泵的運行時間基本相等，同時為了對頻繁啟停水泵對水泵本身造成的影響進行減小，在進行切換的過程之中都會存在著一定程度的延時，這樣一來，就能夠?qū)λ玫氖褂脡勖M行有效的保證。

三、結(jié)束語

基于傳統(tǒng)的工頻水泵供水系統(tǒng)存在的固定缺陷，本文提出一種基于S7-300PLC的Fuzzy-PID控制恒壓供水系統(tǒng)。首先對這一系統(tǒng)的主要構(gòu)成進行了一定程度上的闡述，這一系統(tǒng)主要包含控制層與監(jiān)控層，兩者通過以太網(wǎng)進行連接并完成相關(guān)的操作，然后在此基礎(chǔ)之上從系統(tǒng)的控制要求與系統(tǒng)的控制策略兩個方面分析了基于S7-300PLC的Fuzzy-PID控制恒壓供水系統(tǒng)的控制方法。

參 考 文 獻

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