數字PID變頻調速在PLC恒壓供水系統中應用
2015-01-12 21:32:56鄧淑靜
博覽群書·教育 2014年9期
鄧淑靜
摘 要：本文主要介紹了變頻調速在恒壓供水系統中的應用、系統中采用了數字濾波技術和數字PID控制技術、有效的減小了系統中的干擾，提高了系統的穩定性。
關鍵詞：數字PID;變頻調速;PLC;恒壓供水
一、基本原理
高層恒壓供水是現代城市高層建筑的一項主要配套工程，它具有供水模式變換多，水壓穩定，自動保護等特點，可以廣泛應用于工業及民用建筑中。
由PLC控制的高層恒壓供水系統采用數字PID控制技術，使PID的參數整定和調整實現在線控制，通過對系統壓力的檢測，根據水壓的大小使系統分時對正常工作和消防供水兩種分別采用PID控制和PD控制，使系統實現了快速、穩定的輸出。
將管網的實際壓力經反饋后送到比較器的輸入端與給定壓力進行比較，當管網壓力不足時，通過對參數運算，調整PID的參數，控制電壓上升，使頻率相應增大，水泵轉速加快，供水量加大，迫使管網壓力上升。反之，水泵轉速減慢，供水量減少，迫使管網壓力下降。以保持恒壓供水的穩定。
二、系統工作
系統可完成以下功能：1.生活供水自動恒壓;2.自動/手動供水選通;3.定時換泵（PLC 30秒檢測一次，無人用水十分鐘停機）;4.工作狀態自動保持;5.消防供水自動控制;6.消防生活連鎖控制;7.管網壓力自動起停泵。
工作方式有自動和手動兩種，通過開關控制。
系統模擬輸入輸出模式模塊選用CM235，從A口輸入給定參數，B口輸入反饋壓力信號，模塊輸出直接用來控制變頻器，被控水泵電機可以由變頻器輸出控制，也可直接由50Hz工頻信號控制。
三、算法原理
為了能夠可靠的控制變頻器的運行并滿足差值電壓的跟蹤，當輸入信號的變化不大時，系統不再讀取數據，將原來的計算值直接保持。當輸入信號的變化值較大時，系統立即跟蹤這一變化，并計算最新的采樣值，并將其保持，一次作為參數運算的依據。
考慮到系統工作環境對系統運行狀態的影響，在設計中除采用硬件上加裝濾波器外，還采用數字濾波的方式來消除干擾的影響，數字濾波采用模擬輸入平均值的方法，其總體運算公式：
Avg=（N-1）AvgN+NewN
為運算方便，將上述運算方法轉換成下面的運算方法：
Rsum=Rsum-Avg+New
Avg=RsumN
該法的運算.思路是使用每次掃描的運算和，計算出新的平均值，其中最新平均值.總是位于指定的輸出位置。考慮到運算時的符號處理，運算過程采用浮點運算。故需進行整數與浮點數之間的轉換。如果采樣值為正值，系統直接進行運算，如果系統采樣值為負值，符號擴展至雙字節，然后對雙字節數據進行運算。
PID控制的模擬表達式為
P（t）=Kp[e（t）+β（1＼T1）?e（t）dt+TD（de（t） ﹨dt）
控制時，根據系統運行狀態中偏差e（k）選擇β值。
當正常供水時，若le（k）l， ≤△p使β=1，其增量式PID控制算法：
U（k-1）=kpe（k-1）=k1Σe（?）+k0[e（k-1）-e（k-2）]
U（k）=kpe（k）=k1Σe（j）=kD[E（K）-e（k-1）]
由上兩式可得
ΔU（k）=Ae（k）-Be（k-1）+Ce（k-2）
U（k）-L（k-1）=Ae（k）-Be（k-1）+C（k-2）
U（k）=Ae（k）=f（k-1）
式中：f（k）=U（k）-Be（k）+Ce（k-1）
A=kp（1=T＼T=Ta＼T）
B=kp（1+2T＼T）
C=ktTB＼T
PID運算程序如圖所示
VW56為中斷調用次數;VW30為給定偏差量;VW60為系統偏差值;VW60為系統反饋量;該反饋量通過壓力傳感器獲得，由于環境的影響可能會使該參量發生擾動，該變化會直接影響到參數量偏差。
2.通訊過程
無論計算機向變頻器發出的是讀數據命令還是寫數據命令，變頻器都可能返回兩種形式的結果。一種是通訊正常時的正常響應，一種是通訊不正常的響應。當變頻器收到信息時，先檢驗起始時間間隔+STX位，然后監測信息長度值LGE如果這些信息出現不符，那么所發送的信息無效。在信息接受前和接受過程中還會檢測多段時間。如相應延遲時間，信息有效時間，字節延遲時間等。在接受過程中，還要產生校驗位，只有以上信息需正確，且奇偶效驗和地址字節沒有問題時，發送的信息才會被正確接收且執行。
在通訊過程中，一個命令或響應信號只能對一個參數進行操作，計算機發出指令后必須等待相應的應答信號.同時不斷重復指令。如果計算機投有從相應地址的變頻器那里收到響應情號，它必須采取相應措施;變頻器并不需要知道計算機是否收到了應答信號。指令和應答信號都必須在一次信息發送中完成，如果應答信號的方法是通過辨認響應參數中參數值和參數號。當計算機收到變頻器對一個指令的應答信號后，再次發出指令信號時，變頻器就認為是一項新的指令。
通過以上分析，我們了解了微機控制變頻器的有關知識，在此基礎上，可以用VB，VC++等高級語言編程，作出功能更全的控制軟件。endprint
摘 要：本文主要介紹了變頻調速在恒壓供水系統中的應用、系統中采用了數字濾波技術和數字PID控制技術、有效的減小了系統中的干擾，提高了系統的穩定性。
關鍵詞：數字PID;變頻調速;PLC;恒壓供水
一、基本原理
高層恒壓供水是現代城市高層建筑的一項主要配套工程，它具有供水模式變換多，水壓穩定，自動保護等特點，可以廣泛應用于工業及民用建筑中。
由PLC控制的高層恒壓供水系統采用數字PID控制技術，使PID的參數整定和調整實現在線控制，通過對系統壓力的檢測，根據水壓的大小使系統分時對正常工作和消防供水兩種分別采用PID控制和PD控制，使系統實現了快速、穩定的輸出。
將管網的實際壓力經反饋后送到比較器的輸入端與給定壓力進行比較，當管網壓力不足時，通過對參數運算，調整PID的參數，控制電壓上升，使頻率相應增大，水泵轉速加快，供水量加大，迫使管網壓力上升。反之，水泵轉速減慢，供水量減少，迫使管網壓力下降。以保持恒壓供水的穩定。
二、系統工作
系統可完成以下功能：1.生活供水自動恒壓;2.自動/手動供水選通;3.定時換泵（PLC 30秒檢測一次，無人用水十分鐘停機）;4.工作狀態自動保持;5.消防供水自動控制;6.消防生活連鎖控制;7.管網壓力自動起停泵。
工作方式有自動和手動兩種，通過開關控制。
系統模擬輸入輸出模式模塊選用CM235，從A口輸入給定參數，B口輸入反饋壓力信號，模塊輸出直接用來控制變頻器，被控水泵電機可以由變頻器輸出控制，也可直接由50Hz工頻信號控制。
三、算法原理
為了能夠可靠的控制變頻器的運行并滿足差值電壓的跟蹤，當輸入信號的變化不大時，系統不再讀取數據，將原來的計算值直接保持。當輸入信號的變化值較大時，系統立即跟蹤這一變化，并計算最新的采樣值，并將其保持，一次作為參數運算的依據。
考慮到系統工作環境對系統運行狀態的影響，在設計中除采用硬件上加裝濾波器外，還采用數字濾波的方式來消除干擾的影響，數字濾波采用模擬輸入平均值的方法，其總體運算公式：
Avg=（N-1）AvgN+NewN
為運算方便，將上述運算方法轉換成下面的運算方法：
Rsum=Rsum-Avg+New
Avg=RsumN
該法的運算.思路是使用每次掃描的運算和，計算出新的平均值，其中最新平均值.總是位于指定的輸出位置。考慮到運算時的符號處理，運算過程采用浮點運算。故需進行整數與浮點數之間的轉換。如果采樣值為正值，系統直接進行運算，如果系統采樣值為負值，符號擴展至雙字節，然后對雙字節數據進行運算。
PID控制的模擬表達式為
P（t）=Kp[e（t）+β（1＼T1）?e（t）dt+TD（de（t） ﹨dt）
控制時，根據系統運行狀態中偏差e（k）選擇β值。
當正常供水時，若le（k）l， ≤△p使β=1，其增量式PID控制算法：
U（k-1）=kpe（k-1）=k1Σe（?）+k0[e（k-1）-e（k-2）]
U（k）=kpe（k）=k1Σe（j）=kD[E（K）-e（k-1）]
由上兩式可得
ΔU（k）=Ae（k）-Be（k-1）+Ce（k-2）
U（k）-L（k-1）=Ae（k）-Be（k-1）+C（k-2）
U（k）=Ae（k）=f（k-1）
式中：f（k）=U（k）-Be（k）+Ce（k-1）
A=kp（1=T＼T=Ta＼T）
B=kp（1+2T＼T）
C=ktTB＼T
PID運算程序如圖所示
VW56為中斷調用次數;VW30為給定偏差量;VW60為系統偏差值;VW60為系統反饋量;該反饋量通過壓力傳感器獲得，由于環境的影響可能會使該參量發生擾動，該變化會直接影響到參數量偏差。
2.通訊過程
無論計算機向變頻器發出的是讀數據命令還是寫數據命令，變頻器都可能返回兩種形式的結果。一種是通訊正常時的正常響應，一種是通訊不正常的響應。當變頻器收到信息時，先檢驗起始時間間隔+STX位，然后監測信息長度值LGE如果這些信息出現不符，那么所發送的信息無效。在信息接受前和接受過程中還會檢測多段時間。如相應延遲時間，信息有效時間，字節延遲時間等。在接受過程中，還要產生校驗位，只有以上信息需正確，且奇偶效驗和地址字節沒有問題時，發送的信息才會被正確接收且執行。
在通訊過程中，一個命令或響應信號只能對一個參數進行操作，計算機發出指令后必須等待相應的應答信號.同時不斷重復指令。如果計算機投有從相應地址的變頻器那里收到響應情號，它必須采取相應措施;變頻器并不需要知道計算機是否收到了應答信號。指令和應答信號都必須在一次信息發送中完成，如果應答信號的方法是通過辨認響應參數中參數值和參數號。當計算機收到變頻器對一個指令的應答信號后，再次發出指令信號時，變頻器就認為是一項新的指令。
通過以上分析，我們了解了微機控制變頻器的有關知識，在此基礎上，可以用VB，VC++等高級語言編程，作出功能更全的控制軟件。endprint
摘 要：本文主要介紹了變頻調速在恒壓供水系統中的應用、系統中采用了數字濾波技術和數字PID控制技術、有效的減小了系統中的干擾，提高了系統的穩定性。
關鍵詞：數字PID;變頻調速;PLC;恒壓供水
一、基本原理
高層恒壓供水是現代城市高層建筑的一項主要配套工程，它具有供水模式變換多，水壓穩定，自動保護等特點，可以廣泛應用于工業及民用建筑中。
由PLC控制的高層恒壓供水系統采用數字PID控制技術，使PID的參數整定和調整實現在線控制，通過對系統壓力的檢測，根據水壓的大小使系統分時對正常工作和消防供水兩種分別采用PID控制和PD控制，使系統實現了快速、穩定的輸出。
將管網的實際壓力經反饋后送到比較器的輸入端與給定壓力進行比較，當管網壓力不足時，通過對參數運算，調整PID的參數，控制電壓上升，使頻率相應增大，水泵轉速加快，供水量加大，迫使管網壓力上升。反之，水泵轉速減慢，供水量減少，迫使管網壓力下降。以保持恒壓供水的穩定。
二、系統工作
系統可完成以下功能：1.生活供水自動恒壓;2.自動/手動供水選通;3.定時換泵（PLC 30秒檢測一次，無人用水十分鐘停機）;4.工作狀態自動保持;5.消防供水自動控制;6.消防生活連鎖控制;7.管網壓力自動起停泵。
工作方式有自動和手動兩種，通過開關控制。
系統模擬輸入輸出模式模塊選用CM235，從A口輸入給定參數，B口輸入反饋壓力信號，模塊輸出直接用來控制變頻器，被控水泵電機可以由變頻器輸出控制，也可直接由50Hz工頻信號控制。
三、算法原理
為了能夠可靠的控制變頻器的運行并滿足差值電壓的跟蹤，當輸入信號的變化不大時，系統不再讀取數據，將原來的計算值直接保持。當輸入信號的變化值較大時，系統立即跟蹤這一變化，并計算最新的采樣值，并將其保持，一次作為參數運算的依據。
考慮到系統工作環境對系統運行狀態的影響，在設計中除采用硬件上加裝濾波器外，還采用數字濾波的方式來消除干擾的影響，數字濾波采用模擬輸入平均值的方法，其總體運算公式：
Avg=（N-1）AvgN+NewN
為運算方便，將上述運算方法轉換成下面的運算方法：
Rsum=Rsum-Avg+New
Avg=RsumN
該法的運算.思路是使用每次掃描的運算和，計算出新的平均值，其中最新平均值.總是位于指定的輸出位置。考慮到運算時的符號處理，運算過程采用浮點運算。故需進行整數與浮點數之間的轉換。如果采樣值為正值，系統直接進行運算，如果系統采樣值為負值，符號擴展至雙字節，然后對雙字節數據進行運算。
PID控制的模擬表達式為
P（t）=Kp[e（t）+β（1＼T1）?e（t）dt+TD（de（t） ﹨dt）
控制時，根據系統運行狀態中偏差e（k）選擇β值。
當正常供水時，若le（k）l， ≤△p使β=1，其增量式PID控制算法：
U（k-1）=kpe（k-1）=k1Σe（?）+k0[e（k-1）-e（k-2）]
U（k）=kpe（k）=k1Σe（j）=kD[E（K）-e（k-1）]
由上兩式可得
ΔU（k）=Ae（k）-Be（k-1）+Ce（k-2）
U（k）-L（k-1）=Ae（k）-Be（k-1）+C（k-2）
U（k）=Ae（k）=f（k-1）
式中：f（k）=U（k）-Be（k）+Ce（k-1）
A=kp（1=T＼T=Ta＼T）
B=kp（1+2T＼T）
C=ktTB＼T
PID運算程序如圖所示
VW56為中斷調用次數;VW30為給定偏差量;VW60為系統偏差值;VW60為系統反饋量;該反饋量通過壓力傳感器獲得，由于環境的影響可能會使該參量發生擾動，該變化會直接影響到參數量偏差。
2.通訊過程
無論計算機向變頻器發出的是讀數據命令還是寫數據命令，變頻器都可能返回兩種形式的結果。一種是通訊正常時的正常響應，一種是通訊不正常的響應。當變頻器收到信息時，先檢驗起始時間間隔+STX位，然后監測信息長度值LGE如果這些信息出現不符，那么所發送的信息無效。在信息接受前和接受過程中還會檢測多段時間。如相應延遲時間，信息有效時間，字節延遲時間等。在接受過程中，還要產生校驗位，只有以上信息需正確，且奇偶效驗和地址字節沒有問題時，發送的信息才會被正確接收且執行。
在通訊過程中，一個命令或響應信號只能對一個參數進行操作，計算機發出指令后必須等待相應的應答信號.同時不斷重復指令。如果計算機投有從相應地址的變頻器那里收到響應情號，它必須采取相應措施;變頻器并不需要知道計算機是否收到了應答信號。指令和應答信號都必須在一次信息發送中完成，如果應答信號的方法是通過辨認響應參數中參數值和參數號。當計算機收到變頻器對一個指令的應答信號后，再次發出指令信號時，變頻器就認為是一項新的指令。
通過以上分析，我們了解了微機控制變頻器的有關知識，在此基礎上，可以用VB，VC++等高級語言編程，作出功能更全的控制軟件。endprint
