C4FU2008年12A PLC,工控机与集散控制系统 恒压供水系统PD控制器的设计及PLC实现 The PID Controller Design and PLC Realization in the Constant Pres- sure Water-supplying System 山东大学应制学与工姓粮巨永国马思乐 2om恤 速U乐供水系烧的具体应用。详相地许划了P1门粒制餐地设和P1)司法的收进 关健词：供水内D拉制器变铜调违 Abstract:Aimed at cons pressure waerpplying ystem oflivngqueit inroduce heccreeplication of the 57. 200 series PLC of SIEMENS in the constunt prexsure waer spplying sysicm.h ao inemduces the devip of PID Controlkr and the impmvement in the PlD algunthm in detail. Key words:Cortan peessure waer-supply PID contrller Freuency Comirol 中周分爱川TP214 1文标B 文章编号16065引2330611207升3 1引言 P1D模块，PLC根怪这两个信号经PD运算，发出控制 在城曹高楼快速发展的今灭，以前城市供水所必 信号，控制水果电机进行切换。 需的水塔，水箱以及气压供水设备，由于水质污染和水 活准号 卡号国 压不足，已轻冠远不能洲足见代人民生活的需要，水厂 的自动化改造迫在■腿。水厂供水要保特水压拉定在 工登转 一定蕊围内，但就市用水量是动态的。白天用水量大， 晚上用水量小。如何保证供水量被动时水压国定是一 个必领解我的问题，本文来用PLC、文本显示器，变频 器等组或金自动恒压供水控制黑统，根据管网压力自 围1麦黄满速相日线水控制系统国 动调节供水液量，使管网压力恒定， 2.1系统功能 1）平动运行 2系统设计 手动运行用于系统调试时测试系统各部分是否正 变领调速匝压供水控制系统见图1，系统深用】台 常。」，2号系作为主系在变频器的控制下分利运行， 变顿器掩动4台电动机的自动，运行与调速，其中2台 但不同时运行。可时PID控制发挥作用，在手动状态 大电对机(220，W)和2台小电动机160kW)分别深用福环 下本管压力也不会超过授定压力。】，4号系作为编局 使用的方式运行。通过压力传感器采样管网压力幅号， 聚可以直接工频函行，在水管压力达到设定压力时自 变颜器推出电航频率信号，这两个信号反快拾PLC的 动关断， TI Progrmmable comtroler factory aomatan
PLC.工控机与集散控制系统 LCFW30网车设月 (2)自动函行 M)=Ke+E,J被+M+KtI血 图2为自动运行时的流程图。注人自动运行状态， 其中： 控制系统首先检侧水管的压力，当压力低于设定值时， M:PID国路的输出，是时闻的函数 启动地助聚速行补水，在设定的时间内。水管压力能够 K:PID回略的， 达到设定值，则停止辅助系，此时以为水管压力下降是 e: PD国路的偏差给定值与过程变量之差)， 由于管道系统漏水成小量用水适成，主裂不运行，若启 Me:PD三路输出的初始值， 动辅曲泵后，在设定时间内若管道压力不能达到设定 为了能让数字计算机处理这个控制算式，连续算式 值，则停止精助聚运行，可时使标积为A的主系变频 必须离散化为周期采样偏差算式，才能用来计靠输出 自动。标视为A的主系变频运行后。若曾道任力达到 值，数字计算机处理的算式如下， 设定值，且变领静运行在与该压力设定值相对崖的最 个出水频率以下。则停止水系运行，同时符另一白主系 M.-不+Mxirio!+E-) 标识为A。,标识为A的主梨变疑话行后，卖领得在运行 其中： 一段时向面符道压力授看达用论定绩制将凡初换到工 M 在第n采样时刻PID国路榨出的计算值， 频运行，同时变顿忌功标识为目的主深，此时若管道压 Ke: PID国路端益， 力达到授定值，且变频器运行在与核压力没定值相对 Cal 在第n果解时制的偏差值： 空的最小出水额率以下，则停止工频运行的水聚。原来 Cn-13 在第一1米钾时剩的偏委值《偏差前项)： 变颗运卡的水乘找前述流程工作。两台主系艳流标朝 Ki: 积分项的比例常数， 为A,可以避免在小用水量时，一台频繁起动面另一台 M:PID同路输出的初值 长时间不运行。 Kot 微分项的比倒席数， 由于计算机从第一次采样开始，每一个偏差采样 值必须计算一次输出值，因此贝需要保存编老前值和 积分项前值。利用计算机处理的重复性可以化简以上 算式为： M.=K,+KC,++Ka化，-) 其中： M,:在第n采样时刻PID回路输出的计算值， Kot PID包陈增兰： Oni 在第n采样时制的偏差值， e。-4l 在第口一1采样时刻的偏差值（偏差前项）， Ki: 积分项的比例常戴 Myi 积分项前值： 2 素统自动送行连程图 Kol 微分项的比例常数， (2)PD算法改进 22P列D控制器设计 CPU实际使用以上筒化算式的改进形式计算PID (1)PD算法的数学模举 输出，这个效进型算式为： 西门千公司从s7-200系列PLC中的CPU215, M-MP,+MI,+MD. CPU216开始增韶了用于闭环控制的PID模块。它是适 其中： 过P1D调节荐来调节输出，保证偏差值©为零。使系统 M:第n装样时刺的计算值： 达到隐定状老。在暴统中，偏差值©是给定镇SP(看里 M=K,(5-V):第n采样时刻的比例项值， 和过程交量PV(实标值)的差，PID控制的原理基于 ,-K工T,-PV)+Mg:第n果样时期的积分 下直的算式： 项值， Prograrable cortoer lactory automatoe I 71 C19942007 China Academl Joumal Electroaic Pubishing House.All rights rescrved Snpcinww.cnkr.nct
nC表F02806年12月 PLC,工控机与集散控制系统 01B0民0 wD■To/T(PV.-PV):第n采样时 附表控制参效 剩的撒分项值， 参数编号地址偏移量交量名变量英量备注 K增益 (字) S:第口采样时刻的给定值， 50 PYo N湖节量 PV,:第n果样时刻的过程变量值， 2 54 SPn N 给定量 PV,:第n一【采样时刻的过程变量植： 3 5得 Mn IN/OUT 控制量 T,:采样时间隔， 62 Ke N 比例带挂 徽分时间。 5 66 Ts IN 采释时间。单位为S T: 积分时间： 70 T IN 积分时问，单位为Min MX:第n一1果样时刻的积分项（积 7 74 TD IN 微分时间，单位为Min 分项前值)， T MX IN/OUT 黑积偏移量 23软件设计 9 82 PYe-i IN/OUT 上一次调节量 s7-200系列P1C中的CU215/26场 供丁用于闭环控制PID总雾指令，用户在应用时不必象 timal tuning for PI controller.Automatica.Vol.36. CPU212。CPU214那样自已偏写几十条指令来实孔P1D Ne,1,147-1S2 功能，用户只需在PLC的内存中填写一张PID整制卷 [2 Yuwans.M.and Seborg.D.E.(1982)A 数表（见附表）再共行指李："PID Table L0op”即可完农 rew method for on-line controller tuning.AIChE J. PID运算，其中操作数Tabe表使用度量存储器VBx米 Val.28,44 指明控制参数表的表头字节，操作数L00D只可连择0一7 【3引菜天佑，坠费军，基于给定的相位格度和函值 的整数，表示本次P【D闭环控潮所针对的环路编号，量 帮度的P1D参数自幕定方法。自动化学报.1997,23(2： 多路， 167-172 粒制参数（见附表）包括9个参数，全那为32位实数 【4】邵惠蒋，工业过程高级控制·上海：上南交通 格式，共占用36字节。附表中的参敷分两黄。一类参 大学出表社，1997 数是固定不变的，如参数编号为2,4,5,6,7的参数，这 【5!王亚别，服枣鹤。一种改进的易于相位和蜗值 些参数可在PLC的主程序中设定，另外一类参数必须在 桥度的？ID自整定方法，信息与控刺增刊.1999 调用P1D指学时才填入控表格，如编号为1,3,8,9的 6)SIEMENS,sTEP7 Micro Win32编程平0 参数。它们具有实到性。进一梦分析发观：其中有一些 17】纪表祥，基于57-200PLC的变规调速恒压供 参数，既是本次的输人（共行PID指令之前），又是本收 水系烧政渣设计，山东坊织经来，2005(6) 的输出（执行PID指今之后），同时还是下次运算的输人， 如编号为3,8,9的参数。附表中变量类数烂的1n/Out位 作者简介 理解为相对于P1D控制器而言的输入或榨出。 数水国(1975-)男在读博士主菱研究领城 DCs现场总线.棒控制、预测拉制. 3结束话 由s7-200系列PLC和变桶器等组成的佩压供水控 制系统，充分发挥了S7-200CPU215可幕的内置式PID 运算慎块，可白对调节变频器输出顾率，控制客派的授 欢迎投稿、欢现咨询 入和遭出，实灵恒压铁水。该系统燥作方便、运行可意， E-mail :.com http://www.cab.0.com 具有一定的推广应用价值。 垫考文献 [【】wag,Ya-Gang,Sta0,Hui-He(aa}Dp 72 I Pogamrmatle portrler A taciary autention 1994-2007 China Acdemic Jouml Eloctrenic Publishiny Hous All righes meserved htpswww.cnki.net