基于西門子PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)系統(tǒng)的軟件設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u26577基于西門子PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)系統(tǒng)的軟件設計案例 1182991.1系統(tǒng)軟件設計分析 1222971.2PLC程序設計 2185211.3PID控制器參數(shù)整定 8159861.1.1PID控制及其控制算法 8260561.1.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的近似數(shù)學模型 9232511.1.3PID參數(shù)整定 91.1系統(tǒng)軟件設計分析說明一下。為了評價頻率變換器的頻率是否達到上限，需要對頻率變動導致的頻率達到上限時進行濾波。（2）多泵站泵單元管理規(guī)范頻率轉(zhuǎn)換泵確認了各啟動的引擎容易啟動，各泵交替使用，所以多泵組的泵，泵組的運轉(zhuǎn)需要管理基準。有要求泵的頻率不能連續(xù)運轉(zhuǎn)。具體操作是，逆變器的電流操作從頻率變換器與頻率操作連接，頻率變換器被復位，將頻率轉(zhuǎn)換泵的總臺數(shù)和泵的臺數(shù)組合起來，實現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換泵的旋轉(zhuǎn)。（3）方案的結(jié)構(gòu)和方案功能的執(zhí)行情況主程序中泵開關(guān)信號的產(chǎn)生、輸出、輸出等大部分功能是泵接觸器的邏輯控制信號的合成和警報處理。白天和晚上的模式所給予的壓力值是不同的。兩個定壓值直接用數(shù)字設定為程序。白天模式的系統(tǒng)設定值為90%的比例，夜間模式的系統(tǒng)設定值為70%的比例。程序中使用的PLC元件及其功能如表1.1所示。表1.1程序中使用的PLC元件及其功能器件地址功能器件地址功能VD100過程變量標準化值T37工頻泵增泵濾波時間控制VD104壓力給定值T38工頻泵減泵濾波時間控制VD108PID計算值M0.0故障結(jié)束脈沖信號VD112比例系數(shù)KcM0.1水泵變頻啟動脈沖(增泵)VD116采樣時間TsM0.2水泵變頻啟動脈沖(減泵)VD120積分時間TiM0.3倒泵變頻啟動脈沖VD124微分時間TdM0.4復位當前變頻泵運行脈沖VD204變頻運行頻率下限值M0.5當前泵工頻運行啟動脈沖VD208變頻運行頻率上限值M0.6新泵變頻啟動脈沖VD250PID調(diào)節(jié)結(jié)果存儲單元M1.0泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VB300變頻工作泵的泵號M1.1泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VB301工頻運行泵的總臺數(shù)M1.2泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD310變頻運行時間存儲器M1.0故障信號匯總T33工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制M1.1水池水位越限邏輯T34工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制T35工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制1.2PLC程序設計PLC控制程序由西門子提供的phase7-microwin-v40編程軟件開發(fā)，SIMPATIC軟件指令組包括三種語言，即聲明列表語言（STL），比例圖（LAD）包括語言，功能框圖（FWD）包括語言[14]。最接近中繼控制系統(tǒng)的電控制原理圖。與。（1）系統(tǒng)初始化程序系統(tǒng)開始動作時，需要初始化整個系統(tǒng)。即系統(tǒng)開始動作時，首先檢測系統(tǒng)各部分的當前運行狀態(tài)。如果發(fā)生錯誤，會發(fā)生警報。然后，設定頻率轉(zhuǎn)換器的頻率轉(zhuǎn)換功能的上下限和PID控制參數(shù)，給出一定的初始值，在初始化子例程的末尾切斷連接，系統(tǒng)的初始化通過調(diào)用主程序的子例程來進行初始化后需要設定規(guī)定的水壓值，設定2個日/夜的供水方式的頻率轉(zhuǎn)換泵頻率和頻率泵數(shù)。（2）決定泵增減及操作規(guī)程如果PID調(diào)節(jié)結(jié)果大于頻率轉(zhuǎn)換操作的上限頻率（或低于下變頻操作的下限頻率），則如果泵永久操作，則計時器計數(shù)5min（除去水壓波動的干擾），然后將頻率泵的個數(shù)加（或減），生成對應的頻率泵脈沖信號。（3）泵的軟啟動方案增加或減少泵，或反轉(zhuǎn)泵，為了準備穩(wěn)定的啟動，將變頻器復位。同時，頻率轉(zhuǎn)換泵的編號加1，產(chǎn)生當前的泵點火頻率的（4）各泵的頻率轉(zhuǎn)換運轉(zhuǎn)邏輯控制程序各泵的頻率轉(zhuǎn)換運轉(zhuǎn)的控制邏輯基本上相同?，F(xiàn)在只以一臺泵為例進行說明。發(fā)生泵1啟動脈沖信號的故障取消信號或頻率轉(zhuǎn)換信號，系統(tǒng)無故障，無復位，泵1頻率轉(zhuǎn)換信號和泵1不工作。q0.1設置為1，始終閉合k2觸點，將頻率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為泵頻率。km2即使經(jīng)常打開接點也可以自動鎖定。頻率在0或3’35；由于泵處于頻率變換狀態(tài)，頻率功率泵的個數(shù)大于1，所以q0.0設定為1，KML線圈通電，始終限制開啟觸點。泵的頻率起作用，KML1接點是常閉接觸點，防止k2活性化，頻率變換和頻率之間可以得到良好的電聯(lián)鎖。KM1常開觸點也可達到自動鎖定功能。（6）警報和問題解決步驟系統(tǒng)包含水位限制警報燈、頻率變換器的錯誤警報燈、白天模式運轉(zhuǎn)指示燈和警報鈴，發(fā)生故障信號時相應的燈熄滅。一按照明測試按鈕，指示燈就一直亮著。發(fā)生故障后，頻率轉(zhuǎn)換泵頻率和頻率泵頻率復位，故障后會發(fā)生故障停止信號。恒頻供水系統(tǒng)的主要轉(zhuǎn)換程序比比例圖復雜，對所有繪制都不方便。這里只描繪了控制過程的流程圖。主程序的詳細比例圖請參照附錄C。（2）泵的運轉(zhuǎn)臺數(shù)必須根據(jù)泵的運轉(zhuǎn)狀況增減。（3）頻率轉(zhuǎn)換泵的數(shù)量必須通過泵的增加和泵的反轉(zhuǎn)來確定。（4）每臺泵的運轉(zhuǎn)由頻率轉(zhuǎn)換泵的臺數(shù)和頻率轉(zhuǎn)換泵的臺數(shù)來控制。（5）警告和故障問題處理。圖1.1變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序流程圖圖1.22#泵變頻運行控制流程圖圖1.32#泵工頻運行控制流程圖1.1.2控制系統(tǒng)子程序設計圖1.4初始化子程序SBR_0梯形圖(2)PID控制中斷子程序圖1.5PID控制中斷子程序INT_0梯形圖1.3PID控制器參數(shù)整定1.1.1PID控制及其控制算法PID控制器是一種線性控制器，它是對給定值r(t)和實際輸出值y(t)之間的偏差e(t)[15]：（1.1）圖1.6PID控制原理框圖PID控制規(guī)律為：（1.2）（1.3）控制PID控制器的各連接的功能和規(guī)則（1.4）式中：T為采樣周期；n為采樣序號；e(n)為第n時刻的偏差信號；e(nl)為第n1時刻的偏差信號。實際控制中多采用增量式PID控制算法，其表達式為：（1.5）式中：為調(diào)節(jié)器輸出的控制增量；；。1.1.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的近似數(shù)學模型因此，恒壓供水系統(tǒng)的數(shù)學模型可以近似成一個帶純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，即可以寫成[16]：（1.6）式中：K為系統(tǒng)的總增益，T為系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)，為系統(tǒng)滯后時間。1.1.3PID參數(shù)整定控制器參數(shù)整定的方法很多，歸納起來可分為兩大類：理論計算整定法與工程整定法，常用的工程整定法有：動態(tài)特性參數(shù)法、穩(wěn)定邊界法、阻尼振蕩法和現(xiàn)場經(jīng)驗整定法，本設計選用的是動態(tài)特性參數(shù)法，就是根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)廣義過程（包括調(diào)節(jié)閥WV(s)、被控對象WO(s)和測量變送Wm(s)）階躍響應特性進行近似計算的方法[17]。本系統(tǒng)是一個單閉環(huán)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)框圖如圖1.7所示。圖1.7恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖由于本設計對壓力控制的要求較高，故選擇PI控制器，其傳遞函數(shù)為：（1.7）本系統(tǒng)可近似為帶純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，假設其過程傳遞函數(shù)為；變頻器可近似為一個比例環(huán)節(jié)，即；反饋回路傳遞函數(shù)為。由于本系統(tǒng)具有自衡能力，與公式(1.8)、(1.9)可求的PI控制器各參數(shù)。當時，(1.8)(1.9)計算的：，PI控制器的傳遞函數(shù)為：用matlab軟件仿真，編程如