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4.2 西门子pid指令应用
西门子s7-200系列plc指令族提供pid闭环控制专用指令。当控制中某个变量出现偏差时,pid控制算计算出正确的输出,把变量保持在设定值上。以plc为主机的控制丰富了的控制功能,了的可靠性。在有模拟量的控制中,经常用到pid运算来执行pid回路的功能,pid回路指令使这一任务的编程和实现非常容易。
(1)pid算法。如果一个pid回路的输出m是时间t的函数,则可以看作是比例项、积分项和微分项三项部分之和。即:
以上各量都是连续量,项为比例项一项为微分项,中间两项为积分项。其中e是给定值与被控制变量之差,即回路偏差。kc为回路的增益。用计算机处理这样的控制算式,即连续的算式必须周期性地采样并进行离散化,同时各也要离散化,公式如下:
mn=kc(spn-pvn)+kc(ts/ti)(spn-pvn)+mx+kc(td/ts)(pvn-1-pvn)
公式中包含9个用来控制和pid运算的参数,在pid指令使用时要构成回路表,回路表的格式如表1所示。
本设计中生活用水为给定值满量程的70%。使用比例、积分及微分控制,采用下列控制参数值:
增益kc=0.25; 采样时间ts=0.2s;
积分时间ti=30min; 微分时间td=15min;
(2)pid算法编程实现。本程序只是模拟量控制的pid程序主干,对于现场实现问题,还要考虑诸多方面的影响因素。pid控制算法程序框图如图6所。
5 结束语
本文针对我国中小城市小区供水的特点,设计了一套基于plc的变频调速恒压供水自动控制。该利用单台变频器实现四台水泵电机的软起动和调速,同时把阀门控制和水泵电机控制都纳入自动控制。压力传感器采样管网压力经pid处理传送给变频器,变频器根据压力大小电机转速,通过改变水泵性能曲线来实现水泵的流量调节,保证管网压力恒定。水泵在变频下均为软启动,切换,冲击电流小,水泵机组寿命相应。用plc设计恒压供水的方案,稍加变化可适用于任何需要恒压的流量
基于PLC的变频调速恒压供水设计
根据流体力学的有关原理知道,当采用变频调速控制时,流量q、扬程h、轴功率p、转速n存在如下关系:
通过这一组关系式我们可以进一步知道,由于轴功率的比值与电机转速的比值的3次方成正比,所以当流量的减小而使得电机转速减小时,节能的效果是很明显的。在情况下,当电机转速降为额定转速的80%时,水泵功率会下降到额定值的51.2%,即节约48.8%的电能。因此,变频调速控制在供水中的应用对节能的意义重大。
3 自动化方案实现
变频恒压供水控制,主要是由西门子公司生产s7-200plc、变频器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及4台水泵等组成。用户通过控制柜面板上的按钮、转换开关和指示灯来控制的运行。方框图如图4所示。
通过安装在管网上的压力传感器,把出口压力变成的电压或电流经em235送入s7-200plc,经与给定压力参数比较进行pid运算后,发出控制送给变频器,由变频器控制水泵的转速,调节供水量,使供水管网中的压力保持在给定压力上。当用水量超过一台泵的供水量时,通过plc控制水泵。根据用水量的大小由plc控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速,实现恒压供水同时通过设计具有定时换泵和声、光及多种保护功能。
4 西门子pid指令应用
4.1 控制主程序设计
plc主程序主要由初始化程序、水泵电机起动程序、水泵电机变频/工频切换程序、水泵电机换机程序、模拟量比较计算程序(pid)、停机程序和程序等构成。
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