摘要 文章介紹了表、PID算法公式、PIDPLC內(nèi)置PID控制變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的構(gòu)成，S7-200PID回路指令編程向?qū)У裙δ?。也介紹了變頻器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成，內(nèi)置PID參數(shù)設(shè)置及功能等。供大家在今后工作中選擇使用。 關(guān)鍵詞:PID; PLc;變頻器;恒壓供水 1 引言 變頻技術(shù)的迅猛發(fā)展使變頻調(diào)速在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點，為人民生活帶來極大的方便，也為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。交流變頻器的誕生和PLC及PID控制的綜合運用為水泵轉(zhuǎn)速的平滑性連續(xù)恒定調(diào)節(jié)提供了方便。PID控制恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機無級調(diào)速，依據(jù)設(shè)定量與用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)前先進、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在我們?nèi)粘９ぷ鲗嵺`中，采用PID調(diào)節(jié)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)主要選用兩種方式①利用PLC自身的PID調(diào)節(jié)指令完成變頻調(diào)速恒壓供水控制。②利用變頻器內(nèi)置的PID功能配合PLC完成變頻調(diào)速恒壓供水控制。下面對這兩種PID控制方式分別做以介紹。 2 PLCPID調(diào)節(jié)變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng) 2.1 系統(tǒng)構(gòu)成 PLC PID調(diào)節(jié)變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)由PLC、變頻器、壓力傳感器、控制切換電路以及電動機泵組等構(gòu)成。系統(tǒng)組成框圖見圖1。系統(tǒng)采用1臺變頻器拖動4臺水泵電機，以循環(huán)使用的方式運行。壓力傳感器負責(zé)對管網(wǎng)壓力采樣，變頻器對水泵電機變頻調(diào)速。水泵電機是輸出環(huán)節(jié)。安裝在供水管上的壓力傳感器，把出口壓力信號變成4～20mA的標準信號反饋給PLC的PID模塊進行PID調(diào)節(jié)。經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進行比較，得出一調(diào)節(jié)參數(shù)發(fā)出控制信號，控制變頻器及水泵電機的切換與運行。變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上。當(dāng)用水量發(fā)生變化時，PLC根據(jù)用水量的大小自動控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對水泵的調(diào)速，實現(xiàn)恒壓供水。 [align=center] 圖1 PLC PID控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)組成框圖[/align] 2.2 S7-200內(nèi)置PID功能 PLC選擇要帶有內(nèi)置集成IPD調(diào)節(jié)運算指令功能的機型。我們以西門子57一200系列的CPU224為例做以介紹。 S7-200 CPU224提供了8個回路的PID功能（8個PID指令功能塊），用于實現(xiàn)溫度、壓力、流量等信號的PID自動調(diào)節(jié)控制。PID功能輸入一般需要模擬輸入，以反映被控制的物理量的實際數(shù)值為反饋。用戶設(shè)定的調(diào)節(jié)目標值為給定。P返D運算的任務(wù)就是根據(jù)反饋與給定的相對差值，按照PID運算規(guī)律計算出結(jié)果，輸出到變頻器驅(qū)動水泵電機變速運行。在S7-200 中PID功能是通過PID指令功能塊實現(xiàn)。通過定時（按照采樣時間）執(zhí)行PID功能塊。按照PID運算規(guī)律，根據(jù)當(dāng)時的給定、反饋、比例一積分一微分數(shù)據(jù)，計算出控制量。HD功能塊通過一個PID回路表交換數(shù)據(jù)，這個表是在V數(shù)據(jù)存儲區(qū)中的開辟，長度為36 字節(jié)。因此每個PID功能塊在調(diào)用時需要指定兩個要素:PID控制回路號，以及控制回路表的起始地址（以VB表示）。 2.2.1 PID回路表 S7-200中PID功能的核心是PID指令。PID回路表提供了給定、反饋，以及PID參數(shù)等數(shù)據(jù)入口，PID運算結(jié)果也在回路表輸出。回路表包含9個參數(shù)，用來控制和監(jiān)視PID運算。 [align=center]表1 PID指令接受回路表 [/align] 2.2.2 PID算法公式 式中 M（t）— IPD回路的輸出，是時間的函數(shù) K[sub]c[/sub]——IPD回路的增益; E——PID回路的偏差值; Minital—— PID回路的輸出的初始值; Tl、TD——積分和微分時間常數(shù)。 為了使計算機處理這個控制算式，算式必須離散化為周期采樣偏差算式才能用來計算輸出值。計算機處理的算式如下: 式中Mn——在第n采樣時刻IPD回路輸出值; En——第n采樣時刻的偏差值; en-1——第n-1采樣時刻的偏差值; Ts——采樣周期; Mx-積分項前值; 將上式進一步整理得到PLC進行IPD運算的控制算式: 式中PVn——被控對象的輸出量; SPn——被控對象的給定量; 2.2.3 PID指令編程向?qū)? S7-200系列PLC配套有STEP7/MICR0lNVIN32編程軟件，該軟件可在計算機上運行，為用戶開發(fā)、編輯和監(jiān)控自己的應(yīng)用程序提供了良好的編程環(huán)境。STEP7/MICRo解IN32提供了PID指令向?qū)?，可以幫助用戶方便地生成一個閉環(huán)控制過程的PID算法。此向?qū)Э梢酝瓿山^大多數(shù)PID運算的自動編程，用戶只需在主程序中調(diào)用PID向?qū)傻淖映绦?，就可以完成PID控制任務(wù)。在命令菜單中選擇Tools>instructionwizard，然后在指令向?qū)Т翱谥羞x擇PID指令進行編程。 3 變頻器內(nèi)置的PID變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 近年來國外不少生產(chǎn)廠家紛紛推出了一系列新型變頻器系列產(chǎn)品。如ABB公司的ACS60O、ACS55O系列產(chǎn)品，富士公司的GllslPllS系列產(chǎn)品。這些產(chǎn)品將PID調(diào)節(jié)器以及簡易可編程控制器的功能都綜合進變頻器內(nèi)，形成了帶有各種應(yīng)用宏的新型變頻器。新型變頻器的出現(xiàn)使PID調(diào)節(jié)變得非常方便。我們選ABBACs550系列變頻器為例做以簡要介紹。 3.1 系統(tǒng)概述 該供水系統(tǒng)由內(nèi)置IPD功能的新型變頻器、PLC、壓力傳感器、控制切換電路以及電動機泵組等構(gòu)成。系統(tǒng)組成框圖見圖2。供水設(shè)備采用4臺水泵，由可編程控制器進行切換。若用水量大，變頻器也可以通過可編程接口向可編程控制器發(fā)出信號，由可編程控制器控制4臺泵工頻或變頻運行。圖2中傳感器反饋的水壓信號直接送入變頻器自帶的PID調(diào)節(jié)器輸入口AIZ、AGND。壓力設(shè)定既可以使用變頻器的鍵盤以數(shù)字量的形式設(shè)定，也可以采用一只電位器以模擬量的形式送入All、AGND。每日可設(shè)定多段壓力運行，以適應(yīng)供水壓力的需要。也可設(shè)定指定日供水壓力控制。面板可以直接顯示壓力反饋值（Mpa）。這樣通過變頻器的控制面板，在變頻器的PID選項中選擇合適的PID參數(shù)，并經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試校正，就可以滿足管網(wǎng)變頻調(diào)速恒壓供水的要求。 3.2 ACS550內(nèi)置PID參數(shù)設(shè)置及功能 ACS550變頻器提供了兩組pID參數(shù)Group 40和GrouP 41，兩組參數(shù)表是相同的，可通過Dl信號進行選擇。 [align=center] 圖2 變頻器內(nèi)置PID恒壓供水系統(tǒng)組成框圖[/align] [align=center]表2 Gro up4oPlo主要參數(shù)設(shè)置表 [/align] 變頻器提供了應(yīng)用宏:HD 控制。該應(yīng)用宏用于多種閉環(huán)控制系統(tǒng)，如壓力控制，流量控制等。要調(diào)用它，要設(shè)置參數(shù)9902的值為6（PIDCTRL）。變頻器端子AI1，為外部給定，模擬輸入端PID:0...10V=>0...100%PID設(shè)定點。AI2為實際反饋信號模擬輸入端（PID）:0...20mA。變頻器輸出頻率:0...20mA<=>0...50Hz。由于PID運算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對可編程控制器存貯容量的要求和對PID算法的編程，而且PID參數(shù)的在線調(diào)試非常容易。這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了生產(chǎn)效率。由于變頻器內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑，穩(wěn)定。為了保證水壓反饋信號值的準確、不失值，可對該信號設(shè)置濾波時間常數(shù)，同時還可對反饋信號進行換算。 4 結(jié)束 在我們?nèi)粘９ぷ髦?，以上兩種模式HD調(diào)節(jié)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)在工作實踐中都有廣泛應(yīng)用。具體我們可根據(jù)系統(tǒng)工藝要求、復(fù)雜程度等進行選擇。多次使用中我們發(fā)現(xiàn)采用變頻器內(nèi)置PID功能的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)有效降低了設(shè)備成本，節(jié)省了安裝調(diào)試時間，而且PID參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，在滿足工藝要求的情況下可優(yōu)先采用。 參考文獻 [1] S7-200系統(tǒng)手冊[Ml.西門子（中國）有限公司.2002 [2] ACS550變頻器用戶手冊[M].北京ABB電氣傳動有限公司.2004 [3] 王鮮芳，杜志勇.PLC的PID指令在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用rJI.給水排水，2005，（3）; 作者簡介 左鵬軍（1973一）男.電氣工程師、研究方向:工業(yè)控制