基于S7-300PLC的Fuzzy-PID控制恒壓供水系統設計

劉玉明

【摘要】 傳統的工頻水泵供水系統存在著一定程度的缺陷，主要表現為能源消耗較大以及供水不穩定，這兩個缺陷與工業迅速發展的實際情況相脫離，因此提出一種基于S7-300PLC的Fuzzy-PID控制恒壓供水系統，本文針對這一供水系統的主要構造及其設計策略進行研究與分析。

【關鍵詞】 供水系統 PID 變頻

一、供水系統的總體構成

在基于S7-300PLC的Fuzzy-PID控制恒壓供水系統之中，主要采用的是雙層結構，分別是監控層與控制層。監控層的主要作用是監控與記錄，針對的對象主要有工業計算機、水泵運行狀態與相關參數等；在控制層當中，主要包含了有S7-300系列PLC，其主要作用是對現場變頻器的調速進行一定程度上的控制，同時還能夠對儀表的相關數據進行有效的采集。

二、控制方法分析

2.1 控制要求

一般情況下，系統需要根據工藝用水量的變化來對水泵轉速以及投用的數量進行一定程度上的調整，這樣才能對供水壓力的恒定進行合理而有效的保證，系統的要求主要如下：①要求系統能夠對多種變化的啟?？刂七M行有效實現，并在此基礎之上保證出水壓力恒定；②系統操作功能要求多樣性，主要有手動操作、自動操作以及就地操作；③需要應用 PLC對變頻器操作實現軟起動軟停止，這樣一來就能夠對泵在啟停過程中的磨損進行一定程度上的減少，同時為了對變頻器的使用壽命進行保證，還需要保證變頻器輸出大于最低安全頻率；④要求這一系統必須具備完善的電器安全措施，并在此基礎之上實現對于過壓、過流、過載等狀況的報警功能；

2.2 控制策略

在實際情況下，恒壓供水中的水量浮動相對較大，且具有很強的隨機性，這樣就導致管路壓力存在不穩定的情況，如果只是采用常規的PID控制，難以達到理想的效果。針對這一情況，在本系統中采用模糊控制與 PID 控制混合控制系統對變頻器進行控制。需要注意的是，模糊系統存在著的一定的盲區，需要對系統進行閾值的設定：當控制器輸入e（=SV-PV）大于閾值時，進行模糊控制，使恒壓供水系統具有較好的動態性能，當控制器輸入e小于閾值時，進行PID 控制，使系統獲得較好的穩態特性。當設定值與采樣值差小于閾值時，利用 S7-300PLC 中集成的 PID 控制模塊進行處理運算；當設定值與采樣值大于閾值時，通過對已經建立的模糊控制表的讀取快速地調整控制器輸出。OB35循環組織塊是嚴格按照固定周期運行的中斷程序，執行的固定周期缺省值是100ms，符合PID功能塊對采樣周期均等的要求，使用時需要通過對系統偏差的深入分析，實現量化取整，并通過合理的方式的調用系統庫功能FB41，實現了PID運算處理。FB41工作時，需要通過對系統整體結構的分析，以系統庫功能的方式實現了運算處理，使用時是以模塊化的方式實現的。

在這一系統之中，主要存在著四臺水泵以及一臺變頻器，其中變頻器會對相應的水泵轉速進行一定程度的控制，四臺水泵有三臺投入使用，另外一臺作為備用處理，通過PLC對每臺水泵的投用與切換進行有序控制，當所測管路的壓力低于設定的壓力時，系統會做出自動加快水泵轉速響應，而一旦水泵的轉速達到了最大值時，管路的壓力仍然小于設定值，系統便會做出延時2min處理，并自動啟動下一臺水泵；如果所測管路壓力大于設定的壓力時，水泵轉速會被自動降低，當水泵轉速低于最低安全轉速時，延時 2 min，自動停止當前水泵，下一臺工頻運行的水泵轉入變頻運行，這樣一來就能夠對工藝出水壓力的恒定進行有效的保障。在整個投切過程當中，所遵循的原則是“先啟先?！?，并在此基礎之上對啟停水泵進行循環處理，在啟停水泵的過程中，要求能夠保證每一個水泵的運行時間基本相等，同時為了對頻繁啟停水泵對水泵本身造成的影響進行減小，在進行切換的過程之中都會存在著一定程度的延時，這樣一來，就能夠對水泵的使用壽命進行有效的保證。

三、結束語

基于傳統的工頻水泵供水系統存在的固定缺陷，本文提出一種基于S7-300PLC的Fuzzy-PID控制恒壓供水系統。首先對這一系統的主要構成進行了一定程度上的闡述，這一系統主要包含控制層與監控層，兩者通過以太網進行連接并完成相關的操作，然后在此基礎之上從系統的控制要求與系統的控制策略兩個方面分析了基于S7-300PLC的Fuzzy-PID控制恒壓供水系統的控制方法。

參 考 文 獻

[1]康會峰，黃新春，王元. 基于DSP的變頻恒壓供水模糊控制系統應用[J].電機與控制應用. 2010（05）

[2]馮仰新，馮仰敏，李志鴻. 基于PLC的Fuzzy-PID控制恒壓供水系統[J]. 電機與控制應用.2009（02）

[3]路野，周朝暉. 基于PLC和變頻調速的恒壓供水系統設計[J].計算機與數字工程.2009（01）

[4]張斌.PLC和變頻調速技術在恒壓供水系統中的應用[J].電力學報. 2006（04）