数字PID变频调速在PLC恒压供水系统中应用

邓淑静

摘 要：本文主要介绍了变频调速在恒压供水系统中的应用、系统中采用了数字滤波技术和数字PID控制技术、有效的减小了系统中的干扰，提高了系统的稳定性。

关键词：数字PID;变频调速;PLC;恒压供水

一、基本原理

高层恒压供水是现代城市高层建筑的一项主要配套工程，它具有供水模式变换多，水压稳定，自动保护等特点，可以广泛应用于工业及民用建筑中。

由PLC控制的高层恒压供水系统采用数字PID控制技术，使PID的参数整定和调整实现在线控制，通过对系统压力的检测，根据水压的大小使系统分时对正常工作和消防供水两种分别采用PID控制和PD控制，使系统实现了快速、稳定的输出。

将管网的实际压力经反馈后送到比较器的输入端与给定压力进行比较，当管网压力不足时，通过对参数运算，调整PID的参数，控制电压上升，使频率相应增大，水泵转速加快，供水量加大，迫使管网压力上升。反之，水泵转速减慢，供水量减少，迫使管网压力下降。以保持恒压供水的稳定。

二、系统工作

系统可完成以下功能：1.生活供水自动恒压;2.自动/手动供水选通;3.定时换泵（PLC 30秒检测一次，无人用水十分钟停机）;4.工作状态自动保持;5.消防供水自动控制;6.消防生活连锁控制;7.管网压力自动起停泵。

工作方式有自动和手动两种，通过开关控制。

系统模拟输入输出模式模块选用CM235，从A口输入给定参数，B口输入反馈压力信号，模块输出直接用来控制变频器，被控水泵电机可以由变频器输出控制，也可直接由50Hz工频信号控制。

三、算法原理

为了能够可靠的控制变频器的运行并满足差值电压的跟踪，当输入信号的变化不大时，系统不再读取数据，将原来的计算值直接保持。当输入信号的变化值较大时，系统立即跟踪这一变化，并计算最新的采样值，并将其保持，一次作为参数运算的依据。

考虑到系统工作环境对系统运行状态的影响，在设计中除采用硬件上加装滤波器外，还采用数字滤波的方式来消除干扰的影响，数字滤波采用模拟输入平均值的方法，其总体运算公式：

Avg=（N-1）AvgN+NewN

为运算方便，将上述运算方法转换成下面的运算方法：

Rsum=Rsum-Avg+New

Avg=RsumN

该法的运算.思路是使用每次扫描的运算和，计算出新的平均值，其中最新平均值.总是位于指定的输出位置。考虑到运算时的符号处理，运算过程采用浮点运算。故需进行整数与浮点数之间的转换。如果采样值为正值，系统直接进行运算，如果系统采样值为负值，符号扩展至双字节，然后对双字节数据进行运算。

PID控制的模拟表达式为

P（t）=Kp[e（t）+β（1＼T1）?e（t）dt+TD（de（t） ﹨dt）

控制时，根据系统运行状态中偏差e（k）选择β值。

当正常供水时，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）]

由上两式可得

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运算程序如图所示

VW56为中断调用次数;VW30为给定偏差量;VW60为系统偏差值;VW60为系统反馈量;该反馈量通过压力传感器获得，由于环境的影响可能会使该参量发生扰动，该变化会直接影响到参数量偏差。

2.通讯过程

无论计算机向变频器发出的是读数据命令还是写数据命令，变频器都可能返回两种形式的结果。一种是通讯正常时的正常响应，一种是通讯不正常的响应。当变频器收到信息时，先检验起始时间间隔+STX位，然后监测信息长度值LGE如果这些信息出现不符，那么所发送的信息无效。在信息接受前和接受过程中还会检测多段时间。如相应延迟时间，信息有效时间，字节延迟时间等。在接受过程中，还要产生校验位，只有以上信息需正确，且奇偶效验和地址字节没有问题时，发送的信息才会被正确接收且执行。

在通讯过程中，一个命令或响应信号只能对一个参数进行操作，计算机发出指令后必须等待相应的应答信号.同时不断重复指令。如果计算机投有从相应地址的变频器那里收到响应情号，它必须采取相应措施;变频器并不需要知道计算机是否收到了应答信号。指令和应答信号都必须在一次信息发送中完成，如果应答信号的方法是通过辨认响应参数中参数值和参数号。当计算机收到变频器对一个指令的应答信号后，再次发出指令信号时，变频器就认为是一项新的指令。

通过以上分析，我们了解了微机控制变频器的有关知识，在此基础上，可以用VB，VC++等高级语言编程，作出功能更全的控制软件。endprint

摘 要：本文主要介绍了变频调速在恒压供水系统中的应用、系统中采用了数字滤波技术和数字PID控制技术、有效的减小了系统中的干扰，提高了系统的稳定性。

关键词：数字PID;变频调速;PLC;恒压供水

一、基本原理

高层恒压供水是现代城市高层建筑的一项主要配套工程，它具有供水模式变换多，水压稳定，自动保护等特点，可以广泛应用于工业及民用建筑中。

由PLC控制的高层恒压供水系统采用数字PID控制技术，使PID的参数整定和调整实现在线控制，通过对系统压力的检测，根据水压的大小使系统分时对正常工作和消防供水两种分别采用PID控制和PD控制，使系统实现了快速、稳定的输出。

将管网的实际压力经反馈后送到比较器的输入端与给定压力进行比较，当管网压力不足时，通过对参数运算，调整PID的参数，控制电压上升，使频率相应增大，水泵转速加快，供水量加大，迫使管网压力上升。反之，水泵转速减慢，供水量减少，迫使管网压力下降。以保持恒压供水的稳定。

二、系统工作

系统可完成以下功能：1.生活供水自动恒压;2.自动/手动供水选通;3.定时换泵（PLC 30秒检测一次，无人用水十分钟停机）;4.工作状态自动保持;5.消防供水自动控制;6.消防生活连锁控制;7.管网压力自动起停泵。

工作方式有自动和手动两种，通过开关控制。

系统模拟输入输出模式模块选用CM235，从A口输入给定参数，B口输入反馈压力信号，模块输出直接用来控制变频器，被控水泵电机可以由变频器输出控制，也可直接由50Hz工频信号控制。

三、算法原理

为了能够可靠的控制变频器的运行并满足差值电压的跟踪，当输入信号的变化不大时，系统不再读取数据，将原来的计算值直接保持。当输入信号的变化值较大时，系统立即跟踪这一变化，并计算最新的采样值，并将其保持，一次作为参数运算的依据。

考虑到系统工作环境对系统运行状态的影响，在设计中除采用硬件上加装滤波器外，还采用数字滤波的方式来消除干扰的影响，数字滤波采用模拟输入平均值的方法，其总体运算公式：

Avg=（N-1）AvgN+NewN

为运算方便，将上述运算方法转换成下面的运算方法：

Rsum=Rsum-Avg+New

Avg=RsumN

该法的运算.思路是使用每次扫描的运算和，计算出新的平均值，其中最新平均值.总是位于指定的输出位置。考虑到运算时的符号处理，运算过程采用浮点运算。故需进行整数与浮点数之间的转换。如果采样值为正值，系统直接进行运算，如果系统采样值为负值，符号扩展至双字节，然后对双字节数据进行运算。

PID控制的模拟表达式为

P（t）=Kp[e（t）+β（1＼T1）?e（t）dt+TD（de（t） ﹨dt）

控制时，根据系统运行状态中偏差e（k）选择β值。

当正常供水时，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）]

由上两式可得

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运算程序如图所示

VW56为中断调用次数;VW30为给定偏差量;VW60为系统偏差值;VW60为系统反馈量;该反馈量通过压力传感器获得，由于环境的影响可能会使该参量发生扰动，该变化会直接影响到参数量偏差。

2.通讯过程

无论计算机向变频器发出的是读数据命令还是写数据命令，变频器都可能返回两种形式的结果。一种是通讯正常时的正常响应，一种是通讯不正常的响应。当变频器收到信息时，先检验起始时间间隔+STX位，然后监测信息长度值LGE如果这些信息出现不符，那么所发送的信息无效。在信息接受前和接受过程中还会检测多段时间。如相应延迟时间，信息有效时间，字节延迟时间等。在接受过程中，还要产生校验位，只有以上信息需正确，且奇偶效验和地址字节没有问题时，发送的信息才会被正确接收且执行。

在通讯过程中，一个命令或响应信号只能对一个参数进行操作，计算机发出指令后必须等待相应的应答信号.同时不断重复指令。如果计算机投有从相应地址的变频器那里收到响应情号，它必须采取相应措施;变频器并不需要知道计算机是否收到了应答信号。指令和应答信号都必须在一次信息发送中完成，如果应答信号的方法是通过辨认响应参数中参数值和参数号。当计算机收到变频器对一个指令的应答信号后，再次发出指令信号时，变频器就认为是一项新的指令。

通过以上分析，我们了解了微机控制变频器的有关知识，在此基础上，可以用VB，VC++等高级语言编程，作出功能更全的控制软件。endprint

摘 要：本文主要介绍了变频调速在恒压供水系统中的应用、系统中采用了数字滤波技术和数字PID控制技术、有效的减小了系统中的干扰，提高了系统的稳定性。

关键词：数字PID;变频调速;PLC;恒压供水

一、基本原理

高层恒压供水是现代城市高层建筑的一项主要配套工程，它具有供水模式变换多，水压稳定，自动保护等特点，可以广泛应用于工业及民用建筑中。

由PLC控制的高层恒压供水系统采用数字PID控制技术，使PID的参数整定和调整实现在线控制，通过对系统压力的检测，根据水压的大小使系统分时对正常工作和消防供水两种分别采用PID控制和PD控制，使系统实现了快速、稳定的输出。

将管网的实际压力经反馈后送到比较器的输入端与给定压力进行比较，当管网压力不足时，通过对参数运算，调整PID的参数，控制电压上升，使频率相应增大，水泵转速加快，供水量加大，迫使管网压力上升。反之，水泵转速减慢，供水量减少，迫使管网压力下降。以保持恒压供水的稳定。

二、系统工作

系统可完成以下功能：1.生活供水自动恒压;2.自动/手动供水选通;3.定时换泵（PLC 30秒检测一次，无人用水十分钟停机）;4.工作状态自动保持;5.消防供水自动控制;6.消防生活连锁控制;7.管网压力自动起停泵。

工作方式有自动和手动两种，通过开关控制。

系统模拟输入输出模式模块选用CM235，从A口输入给定参数，B口输入反馈压力信号，模块输出直接用来控制变频器，被控水泵电机可以由变频器输出控制，也可直接由50Hz工频信号控制。

三、算法原理

为了能够可靠的控制变频器的运行并满足差值电压的跟踪，当输入信号的变化不大时，系统不再读取数据，将原来的计算值直接保持。当输入信号的变化值较大时，系统立即跟踪这一变化，并计算最新的采样值，并将其保持，一次作为参数运算的依据。

考虑到系统工作环境对系统运行状态的影响，在设计中除采用硬件上加装滤波器外，还采用数字滤波的方式来消除干扰的影响，数字滤波采用模拟输入平均值的方法，其总体运算公式：

Avg=（N-1）AvgN+NewN

为运算方便，将上述运算方法转换成下面的运算方法：

Rsum=Rsum-Avg+New

Avg=RsumN

该法的运算.思路是使用每次扫描的运算和，计算出新的平均值，其中最新平均值.总是位于指定的输出位置。考虑到运算时的符号处理，运算过程采用浮点运算。故需进行整数与浮点数之间的转换。如果采样值为正值，系统直接进行运算，如果系统采样值为负值，符号扩展至双字节，然后对双字节数据进行运算。

PID控制的模拟表达式为

P（t）=Kp[e（t）+β（1＼T1）?e（t）dt+TD（de（t） ﹨dt）

控制时，根据系统运行状态中偏差e（k）选择β值。

当正常供水时，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）]

由上两式可得

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运算程序如图所示

VW56为中断调用次数;VW30为给定偏差量;VW60为系统偏差值;VW60为系统反馈量;该反馈量通过压力传感器获得，由于环境的影响可能会使该参量发生扰动，该变化会直接影响到参数量偏差。

2.通讯过程

无论计算机向变频器发出的是读数据命令还是写数据命令，变频器都可能返回两种形式的结果。一种是通讯正常时的正常响应，一种是通讯不正常的响应。当变频器收到信息时，先检验起始时间间隔+STX位，然后监测信息长度值LGE如果这些信息出现不符，那么所发送的信息无效。在信息接受前和接受过程中还会检测多段时间。如相应延迟时间，信息有效时间，字节延迟时间等。在接受过程中，还要产生校验位，只有以上信息需正确，且奇偶效验和地址字节没有问题时，发送的信息才会被正确接收且执行。

在通讯过程中，一个命令或响应信号只能对一个参数进行操作，计算机发出指令后必须等待相应的应答信号.同时不断重复指令。如果计算机投有从相应地址的变频器那里收到响应情号，它必须采取相应措施;变频器并不需要知道计算机是否收到了应答信号。指令和应答信号都必须在一次信息发送中完成，如果应答信号的方法是通过辨认响应参数中参数值和参数号。当计算机收到变频器对一个指令的应答信号后，再次发出指令信号时，变频器就认为是一项新的指令。

通过以上分析，我们了解了微机控制变频器的有关知识，在此基础上，可以用VB，VC++等高级语言编程，作出功能更全的控制软件。endprint