姜坤

(新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息系,河南鄭州,453000)

1 系統(tǒng)工作原理

當(dāng)前，對(duì)PLC恒壓供水系統(tǒng)的研究主要針對(duì)各種機(jī)會(huì)和不同的氣候，并將最新的控制技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)和變頻恒壓供水系統(tǒng)與通信功能相結(jié)合，以達(dá)到預(yù)期的效果。但是，對(duì)每項(xiàng)措施的研究還不夠徹底和不夠強(qiáng)大。在這種情況下，就要進(jìn)一步研究改善恒壓供水系統(tǒng)，使其更好地服務(wù)、服務(wù)生活恒壓給水指的是不限制用水量的大小，使給水管網(wǎng)的水壓保持在大約一定的水平，從而滿足用戶對(duì)用水量的需要，不會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，造成電能的浪費(fèi)。恒壓供為了實(shí)現(xiàn)，利用水力排管網(wǎng)壓力傳感器采集信號(hào)，這個(gè)信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成plc的模擬量輸入模塊反饋，plc在pid控制算法在頻率轉(zhuǎn)換器控制供水泵馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度，同時(shí)調(diào)整，編程實(shí)現(xiàn)了供水泵馬達(dá)。數(shù)量的增減由此達(dá)到一定控制管網(wǎng)水壓的目的。

圖1 工作原理圖

2 PLC在農(nóng)田灌溉恒壓供水中的任務(wù)

（1）更換以前的接觸式繼電器控制電路，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（2）用數(shù)字輸入代替舊的硬件按鈕，以提高系統(tǒng)的安全性。（3）變頻調(diào)速的功率（驅(qū)動(dòng)控制）。（4）泵站的中心，主要負(fù)責(zé)邏輯控制。除了泵組的正常運(yùn)行和管理之外，泵站還具有許多邏輯控制任務(wù)，例如手動(dòng)和自動(dòng)運(yùn)行轉(zhuǎn)換，泵站的運(yùn)行狀態(tài)顯示等。

3 系統(tǒng)總體方案改進(jìn)設(shè)計(jì)

3.1 變頻恒壓供水原理

作為系統(tǒng)中設(shè)置的壓力測(cè)量設(shè)備的變頻器恒壓供應(yīng)的基本原理是將系統(tǒng)壓力信號(hào)與設(shè)置值進(jìn)行比較，通過控制器調(diào)整變頻器的輸出，并旋轉(zhuǎn)泵。 速度是無級(jí)的。 通過調(diào)節(jié)泵的數(shù)量并改變系統(tǒng)的液壓流量，可以在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)出色的穩(wěn)定性。

3.2 系統(tǒng)技術(shù)要求

(1）供水壓力的正常設(shè)定值為0.5Mp，供水壓力范圍為0.1mpawa至00.6Mpa，允許壓力范圍為±1%。

(2）由4個(gè)水泵供水，這些水泵可以自動(dòng)或手動(dòng)控制。

(3）系統(tǒng)安全可靠，具有短路，無電壓，掉電保護(hù)，自動(dòng)硬件鎖定，聯(lián)鎖，故障報(bào)警等保護(hù)功能。

3.3 控制系統(tǒng)的配置和控制過程

3.3.1 控制系統(tǒng)配置

根據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)要求，該系統(tǒng)采用目前比較先進(jìn)的交流變頻恒壓恒壓供水控制方案。當(dāng)前系統(tǒng)主要由PLC，變頻器，儲(chǔ)水箱，給水單元和儀表組成。

3.3.2 系統(tǒng)的控制過程

主要就是及時(shí)的用壓力計(jì)檢測(cè)出當(dāng)前管網(wǎng)的壓力值，然后發(fā)送到PLC。PLC在對(duì)測(cè)量值和設(shè)置值進(jìn)行比較之后，用PID進(jìn)行調(diào)節(jié)，將控制量傳送給反相器，以控制泵的單元。開始泵的頻率變頻器啟動(dòng)。水力不足的時(shí)候，第一剪下的泵頻率開車，第二的頻率變換泵，這樣，第四的水泵起動(dòng)之前，水泵停止時(shí)，首先第一個(gè)頻率泵停止，最后頻率變動(dòng)換器泵停止。

4 硬件系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)

4.1 主機(jī)選擇與設(shè)計(jì)

4.1.1 主機(jī)選擇

變頻恒壓供水系統(tǒng)的技術(shù)要求可以提供數(shù)據(jù)通信，收集，監(jiān)視，管理和實(shí)時(shí)顯示功能。因此，該系統(tǒng)主要采用時(shí)間的主要結(jié)構(gòu)。換句話說，上層計(jì)算機(jī)和下層計(jì)算機(jī)受到控制。上位機(jī)由PLC控制，下位機(jī)由串行接口管理。易于操作且非常受認(rèn)可。使用強(qiáng)大的全面功能，并與Windows軟件平臺(tái)一起形成強(qiáng)大的控件管理系統(tǒng)。程序控制器（PLC）具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如易于編程，使用方便，功能強(qiáng)大，性能和價(jià)格高，可靠性高以及抗干擾能力強(qiáng)，因此可以在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中使用。PLC產(chǎn)品的系統(tǒng)化和模塊化使用戶可以靈活地配置各種大小和需求的控制系統(tǒng)。

4.1.2 主機(jī)PLC設(shè)計(jì)

(1）估算I/0模塊分?jǐn)?shù)。當(dāng)前PLC系統(tǒng)所需的I/0分?jǐn)?shù)與所訪問的輸出設(shè)備的類型有關(guān)。實(shí)際選擇通常需要10%到15%的空閑時(shí)間。根據(jù)控制要求，該系統(tǒng)估計(jì)除了電壓，電流，功率，壓力，溫度，流量以及其他相關(guān)的模擬輸入和輸出點(diǎn)之外，還具有20個(gè)數(shù)字輸入和輸出點(diǎn)。

(2）估計(jì)內(nèi)存容量。PLC程序的存儲(chǔ)容量通常以字節(jié)為單位。在該系統(tǒng)中，數(shù)字輸入所需的存儲(chǔ)字?jǐn)?shù)為10x10=100b，數(shù)字輸出所需的存儲(chǔ)字?jǐn)?shù)為12x8=96b。

(3）根據(jù)以上計(jì)算，系統(tǒng)存儲(chǔ)容量需要2756b，考慮到程序存儲(chǔ)空間和備用存儲(chǔ)空間，備用估計(jì)系統(tǒng)需要5kb。

4.2 選擇變頻器

當(dāng)前變頻器是控制泵速度，跟蹤來自PID控制器的控制信號(hào)以更改速度調(diào)節(jié)泵的工作頻率并完成速度調(diào)節(jié)泵的速度控制的單元。該系統(tǒng)中的變頻器以周期性的工作模式使用化學(xué)藥品，并調(diào)整變頻器的速度以啟動(dòng)泵，但是該系統(tǒng)是第一個(gè)系統(tǒng)，因?yàn)楣┧形催_(dá)到用水量。打開變頻器的電源，然后停止泵。變頻器將變頻器轉(zhuǎn)換為其他泵電動(dòng)機(jī)并拖動(dòng)驅(qū)動(dòng)。

4.3 變頻器

在我國，發(fā)電廠交流輸出的頻率恒定為50Hz。因此，通過更改頻率，可以直觀，方便地更改電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度。換句話說，變頻器的功能是通過改變頻率來控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度。市場(chǎng)上常見的變頻器大致可分為三類：U/f控制，滑差頻率控制和矢量控制。這種PLC恒壓供水方法仍然非常流行，在大型環(huán)境中易于實(shí)施，因?yàn)檫@些類型的變頻器非常適合于改變電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度。

4.4 壓力變送器

當(dāng)控制系統(tǒng)檢測(cè)到控制量時(shí)，會(huì)通過變壓器將信息發(fā)送到系統(tǒng)，并調(diào)整系統(tǒng)的智能性。壓力變送器通過安裝在輸水管網(wǎng)中的壓力傳感器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后將其發(fā)送至變頻器，然后變頻器確定電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度。調(diào)整系統(tǒng)中使用的傳感器體積小，重量輕，易于使用且實(shí)用。

5 軟件系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)

第一個(gè)水泵將調(diào)整變頻運(yùn)行。同樣，如果第二個(gè)和第一個(gè)水泵的輸出未達(dá)到指定的水壓，則第三個(gè)水泵將參與工作，第一個(gè)水泵將具有可變的頻率，直到達(dá)到指定的水壓。將繼續(xù)與之合作。如果水壓很高，并且三個(gè)水泵的輸出達(dá)到最大值，但不足以達(dá)到水壓，則逆變器將發(fā)出警告并關(guān)閉。此時(shí)，將啟用手動(dòng)模式，并且供水穩(wěn)定，可用于修復(fù)系統(tǒng)問題。

5.1 控制器設(shè)計(jì)

5.1.1 選擇控制器控制算法

變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個(gè)時(shí)變，非線性小，滯后時(shí)間短，不穩(wěn)定的模型。系統(tǒng)采用出水管網(wǎng)的水壓作為控制量，因此出水管網(wǎng)的實(shí)際壓力與設(shè)定的供水壓力相匹配。設(shè)定水壓可以是恒定的，當(dāng)前的時(shí)分函數(shù)或每個(gè)時(shí)段恒定的。

5.1.2 控制周期的選擇和PID參數(shù)的自整定

取決于系統(tǒng)控制質(zhì)量要求，控制周期Tc將更小并且控制效果將得到改善。但是，該系統(tǒng)中使用的電控閥的響應(yīng)速度太慢，以至于T太短，致動(dòng)器無法及時(shí)響應(yīng)?？刂频哪康臒o法實(shí)現(xiàn)。從經(jīng)驗(yàn)控制周期開始，壓力測(cè)量為3.1秒和8秒。綜合以上因素，系統(tǒng)定時(shí)采樣時(shí)間為200ms，一次存儲(chǔ)定時(shí)采樣時(shí)間，調(diào)整對(duì)應(yīng)值，然后調(diào)整算術(shù)平均值進(jìn)行濾波。過濾周期和控制周期均為6.4秒。

5.2 改進(jìn)的軟件程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)編程主要是關(guān)于及時(shí)采用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，包括主程序，定時(shí)采樣子程序，PID控制子程序，參數(shù)顯示子程序和故障報(bào)警子程序。

6 結(jié)論

使用PLC控制變頻器以實(shí)現(xiàn)恒壓供水。與其他供水方式相比，系統(tǒng)啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)電流小，避免了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)對(duì)電網(wǎng)的影響，可以延長(zhǎng)泵和閥門的使用壽命。消除了啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)的水錘效應(yīng)。降低自來水生產(chǎn)成本并改善供水質(zhì)量。