基于S7-300PLC的Fuzzy-PID控制恒压供水系统设计

刘玉明

【摘要】 传统的工频水泵供水系统存在着一定程度的缺陷，主要表现为能源消耗较大以及供水不稳定，这两个缺陷与工业迅速发展的实际情况相脱离，因此提出一种基于S7-300PLC的Fuzzy-PID控制恒压供水系统，本文针对这一供水系统的主要构造及其设计策略进行研究与分析。

【关键词】 供水系统 PID 变频

一、供水系统的总体构成

在基于S7-300PLC的Fuzzy-PID控制恒压供水系统之中，主要采用的是双层结构，分别是监控层与控制层。监控层的主要作用是监控与记录，针对的对象主要有工业计算机、水泵运行状态与相关参数等；在控制层当中，主要包含了有S7-300系列PLC，其主要作用是对现场变频器的调速进行一定程度上的控制，同时还能够对仪表的相关数据进行有效的采集。

二、控制方法分析

2.1 控制要求

一般情況下，系统需要根据工艺用水量的变化来对水泵转速以及投用的数量进行一定程度上的调整，这样才能对供水压力的恒定进行合理而有效的保证，系统的要求主要如下：①要求系统能够对多种变化的启停控制进行有效实现，并在此基础之上保证出水压力恒定；②系统操作功能要求多样性，主要有手动操作、自动操作以及就地操作；③需要应用 PLC对变频器操作实现软起动软停止，这样一来就能够对泵在启停过程中的磨损进行一定程度上的减少，同时为了对变频器的使用寿命进行保证，还需要保证变频器输出大于最低安全频率；④要求这一系统必须具备完善的电器安全措施，并在此基础之上实现对于过压、过流、过载等状况的报警功能；

2.2 控制策略

在实际情况下，恒压供水中的水量浮动相对较大，且具有很强的随机性，这样就导致管路压力存在不稳定的情况，如果只是采用常规的PID控制，难以达到理想的效果。针对这一情况，在本系统中采用模糊控制与 PID 控制混合控制系统对变频器进行控制。需要注意的是，模糊系统存在着的一定的盲区，需要对系统进行阈值的设定：当控制器输入e（=SV-PV）大于阈值时，进行模糊控制，使恒压供水系统具有较好的动态性能，当控制器输入e小于阈值时，进行PID 控制，使系统获得较好的稳态特性。当设定值与采样值差小于阈值时，利用 S7-300PLC 中集成的 PID 控制模块进行处理运算；当设定值与采样值大于阈值时，通过对已经建立的模糊控制表的读取快速地调整控制器输出。OB35循环组织块是严格按照固定周期运行的中断程序，执行的固定周期缺省值是100ms，符合PID功能块对采样周期均等的要求，使用时需要通过对系统偏差的深入分析，实现量化取整，并通过合理的方式的调用系统库功能FB41，实现了PID运算处理。FB41工作时，需要通过对系统整体结构的分析，以系统库功能的方式实现了运算处理，使用时是以模块化的方式实现的。

在这一系统之中，主要存在着四台水泵以及一台变频器，其中变频器会对相应的水泵转速进行一定程度的控制，四台水泵有三台投入使用，另外一台作为备用处理，通过PLC对每台水泵的投用与切换进行有序控制，当所测管路的压力低于设定的压力时，系统会做出自动加快水泵转速响应，而一旦水泵的转速达到了最大值时，管路的压力仍然小于设定值，系统便会做出延时2min处理，并自动启动下一台水泵；如果所测管路压力大于设定的压力时，水泵转速会被自动降低，当水泵转速低于最低安全转速时，延时 2 min，自动停止当前水泵，下一台工频运行的水泵转入变频运行，这样一来就能够对工艺出水压力的恒定进行有效的保障。在整个投切过程当中，所遵循的原则是“先启先停”，并在此基础之上对启停水泵进行循环处理，在启停水泵的过程中，要求能够保证每一个水泵的运行时间基本相等，同时为了对频繁启停水泵对水泵本身造成的影响进行减小，在进行切换的过程之中都会存在着一定程度的延时，这样一来，就能够对水泵的使用寿命进行有效的保证。

三、结束语

基于传统的工频水泵供水系统存在的固定缺陷，本文提出一种基于S7-300PLC的Fuzzy-PID控制恒压供水系统。首先对这一系统的主要构成进行了一定程度上的阐述，这一系统主要包含控制层与监控层，两者通过以太网进行连接并完成相关的操作，然后在此基础之上从系统的控制要求与系统的控制策略两个方面分析了基于S7-300PLC的Fuzzy-PID控制恒压供水系统的控制方法。

参 考 文 献

[1]康会峰，黄新春，王元. 基于DSP的变频恒压供水模糊控制系统应用[J].电机与控制应用. 2010（05）

[2]冯仰新，冯仰敏，李志鸿. 基于PLC的Fuzzy-PID控制恒压供水系统[J]. 电机与控制应用.2009（02）

[3]路野，周朝晖. 基于PLC和变频调速的恒压供水系统设计[J].计算机与数字工程.2009（01）

[4]张斌.PLC和变频调速技术在恒压供水系统中的应用[J].电力学报. 2006（04）