摘要 文章介紹了表、PID算法公式、PIDPLC內置PID控制變頻調速恒壓供水控制系統(tǒng)的構成，S7-200PID回路指令編程向導等功能。也介紹了變頻器內置的PID調節(jié)變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的構成，內置PID參數設置及功能等。供大家在今后工作中選擇使用。 關鍵詞:PID; PLc;變頻器;恒壓供水 1 引言 變頻技術的迅猛發(fā)展使變頻調速在各個領域得到了廣泛的應用。變頻調速恒壓供水系統(tǒng)具有節(jié)能、安全、高品質的供水質量等優(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速的平滑性連續(xù)恒定調節(jié)提供了方便。PID控制恒壓供水調速系統(tǒng)實現水泵電機無級調速，依據設定量與用水量的變化自動調節(jié)系統(tǒng)的運行參數，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是當前先進、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在我們日常工作實踐中，采用PID調節(jié)變頻調速恒壓供水系統(tǒng)主要選用兩種方式①利用PLC自身的PID調節(jié)指令完成變頻調速恒壓供水控制。②利用變頻器內置的PID功能配合PLC完成變頻調速恒壓供水控制。下面對這兩種PID控制方式分別做以介紹。 2 PLCPID調節(jié)變頻調速恒壓供水控制系統(tǒng) 2.1 系統(tǒng)構成 PLC PID調節(jié)變頻調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。壓力傳感器負責對管網壓力采樣，變頻器對水泵電機變頻調速。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調節(jié)。經運算與給定壓力參數進行比較，得出一調節(jié)參數發(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速調節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網中的壓力保持在給定壓力上。當用水量發(fā)生變化時，PLC根據用水量的大小自動控制工作泵數量的增減及變頻器對水泵的調速，實現恒壓供水。 [align=center] 圖1 PLC PID控制變頻調速恒壓供水系統(tǒng)組成框圖[/align] 2.2 S7-200內置PID功能 PLC選擇要帶有內置集成IPD調節(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），用于實現溫度、壓力、流量等信號的PID自動調節(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值為反饋。用戶設定的調節(jié)目標值為給定。P返D運算的任務就是根據反饋與給定的相對差值，按照PID運算規(guī)律計算出結果，輸出到變頻器驅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。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，根據當時的給定、反饋、比例一積分一微分數據，計算出控制量。HD功能塊通過一個PID回路表交換數據，這個表是在V數據存儲區(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參數等數據入口，PID運算結果也在回路表輸出?；芈繁戆?個參數，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 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。 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指令編程向導 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指令向導，可以幫助用戶方便地生成一個閉環(huán)控制過程的PID算法。此向導可以完成絕大多數PID運算的自動編程，用戶只需在主程序中調用PID向導生成的子程序，就可以完成PID控制任務。在命令菜單中選擇Tools>instructionwizard，然后在指令向導窗口中選擇PID指令進行編程。 3 變頻器內置的PID變頻調速恒壓供水系統(tǒng) 近年來國外不少生產廠家紛紛推出了一系列新型變頻器系列產品。如ABB公司的ACS60O、ACS55O系列產品，富士公司的GllslPllS系列產品。這些產品將PID調節(jié)器以及簡易可編程控制器的功能都綜合進變頻器內，形成了帶有各種應用宏的新型變頻器。新型變頻器的出現使PID調節(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成。系統(tǒng)組成框圖見圖2。供水設備采用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調節(jié)器輸入口AIZ、AGND。壓力設定既可以使用變頻器的鍵盤以數字量的形式設定，也可以采用一只電位器以模擬量的形式送入All、AGND。每日可設定多段壓力運行，以適應供水壓力的需要。也可設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，并經過現場調試校正，就可以滿足管網變頻調速恒壓供水的要求。 3.2 ACS550內置PID參數設置及功能 ACS550變頻器提供了兩組pID參數Group 40和GrouP 41，兩組參數表是相同的，可通過Dl信號進行選擇。 [align=center] 圖2 變頻器內置PID恒壓供水系統(tǒng)組成框圖[/align] [align=center]表2 Gro up4oPlo主要參數設置表 [/align] 變頻器提供了應用宏:HD 控制。該應用宏用于多種閉環(huán)控制系統(tǒng)，如壓力控制，流量控制等。要調用它，要設置參數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參數的在線調試非常容易。這不僅降低了生產成本，而且大大提高了生產效率。由于變頻器內部自帶的PID調節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調節(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，可對該信號設置濾波時間常數，同時還可對反饋信號進行換算。 4 結束 在我們日常工作中，以上兩種模式HD調節(jié)變頻調速恒壓供水系統(tǒng)在工作實踐中都有廣泛應用。具體我們可根據系統(tǒng)工藝要求、復雜程度等進行選擇。多次使用中我們發(fā)現采用變頻器內置PID功能的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)有效降低了設備成本，節(jié)省了安裝調試時間，而且PID參數的在線調試非常容易，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指令在變頻調速恒壓供水系統(tǒng)中的應用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