PLC在农田灌溉恒压供水控制中的应用

2021-06-25姜坤

电子测试 2021年4期

姜坤

(新乡职业技术学院电子信息系,河南郑州,453000)

1 系统工作原理

当前，对PLC恒压供水系统的研究主要针对各种机会和不同的气候，并将最新的控制技术，网络和变频恒压供水系统与通信功能相结合，以达到预期的效果。但是，对每项措施的研究还不够彻底和不够强大。在这种情况下，就要进一步研究改善恒压供水系统，使其更好地服务、服务生活恒压给水指的是不限制用水量的大小，使给水管网的水压保持在大约一定的水平，从而满足用户对用水量的需要，不会使发动机空转，造成电能的浪费。恒压供为了实现，利用水力排管网压力传感器采集信号，这个信号，标准模拟量信号转换成plc的模拟量输入模块反馈，plc在pid控制算法在频率转换器控制供水泵马达的旋转速度，同时调整，编程实现了供水泵马达。数量的增减由此达到一定控制管网水压的目的。

图1 工作原理图

2 PLC在农田灌溉恒压供水中的任务

（1）更换以前的接触式继电器控制电路，以提高系统的稳定性。（2）用数字输入代替旧的硬件按钮，以提高系统的安全性。（3）变频调速的功率（驱动控制）。（4）泵站的中心，主要负责逻辑控制。除了泵组的正常运行和管理之外，泵站还具有许多逻辑控制任务，例如手动和自动运行转换，泵站的运行状态显示等。

3 系统总体方案改进设计

3.1 变频恒压供水原理

作为系统中设置的压力测量设备的变频器恒压供应的基本原理是将系统压力信号与设置值进行比较，通过控制器调整变频器的输出，并旋转泵。速度是无级的。通过调节泵的数量并改变系统的液压流量，可以在一定范围内实现出色的稳定性。

3.2 系统技术要求

(1）供水压力的正常设定值为0.5Mp，供水压力范围为0.1mpawa至00.6Mpa，允许压力范围为±1%。

(2）由4个水泵供水，这些水泵可以自动或手动控制。

(3）系统安全可靠，具有短路，无电压，掉电保护，自动硬件锁定，联锁，故障报警等保护功能。

3.3 控制系统的配置和控制过程

3.3.1 控制系统配置

根据系统的技术要求，该系统采用目前比较先进的交流变频恒压恒压供水控制方案。当前系统主要由PLC，变频器，储水箱，给水单元和仪表组成。

3.3.2 系统的控制过程

主要就是及时的用压力计检测出当前管网的压力值，然后发送到PLC。PLC在对测量值和设置值进行比较之后，用PID进行调节，将控制量传送给反相器，以控制泵的单元。开始泵的频率变频器启动。水力不足的时候，第一剪下的泵频率开车，第二的频率变换泵，这样，第四的水泵起动之前，水泵停止时，首先第一个频率泵停止，最后频率变动换器泵停止。

4 硬件系统改进设计

4.1 主机选择与设计

4.1.1 主机选择

变频恒压供水系统的技术要求可以提供数据通信，收集，监视，管理和实时显示功能。因此，该系统主要采用时间的主要结构。换句话说，上层计算机和下层计算机受到控制。上位机由PLC控制，下位机由串行接口管理。易于操作且非常受认可。使用强大的全面功能，并与Windows软件平台一起形成强大的控件管理系统。程序控制器（PLC）具有许多优点，例如易于编程，使用方便，功能强大，性能和价格高，可靠性高以及抗干扰能力强，因此可以在工业生产和日常生活中使用。PLC产品的系统化和模块化使用户可以灵活地配置各种大小和需求的控制系统。

4.1.2 主机PLC设计

(1）估算I/0模块分数。当前PLC系统所需的I/0分数与所访问的输出设备的类型有关。实际选择通常需要10%到15%的空闲时间。根据控制要求，该系统估计除了电压，电流，功率，压力，温度，流量以及其他相关的模拟输入和输出点之外，还具有20个数字输入和输出点。

(2）估计内存容量。PLC程序的存储容量通常以字节为单位。在该系统中，数字输入所需的存储字数为10x10=100b，数字输出所需的存储字数为12x8=96b。

(3）根据以上计算，系统存储容量需要2756b，考虑到程序存储空间和备用存储空间，备用估计系统需要5kb。

4.2 选择变频器

当前变频器是控制泵速度，跟踪来自PID控制器的控制信号以更改速度调节泵的工作频率并完成速度调节泵的速度控制的单元。该系统中的变频器以周期性的工作模式使用化学药品，并调整变频器的速度以启动泵，但是该系统是第一个系统，因为供水尚未达到用水量。打开变频器的电源，然后停止泵。变频器将变频器转换为其他泵电动机并拖动驱动。

4.3 变频器

在我国，发电厂交流输出的频率恒定为50Hz。因此，通过更改频率，可以直观，方便地更改电动机的运行速度。换句话说，变频器的功能是通过改变频率来控制电动机的运行速度。市场上常见的变频器大致可分为三类：U/f控制，滑差频率控制和矢量控制。这种PLC恒压供水方法仍然非常流行，在大型环境中易于实施，因为这些类型的变频器非常适合于改变电动机的运行速度。

4.4 压力变送器

当控制系统检测到控制量时，会通过变压器将信息发送到系统，并调整系统的智能性。压力变送器通过安装在输水管网中的压力传感器将模拟信号转换为数字信号，将压力信号转换为数字信号，然后将其发送至变频器，然后变频器确定电动机的运行速度。调整系统中使用的传感器体积小，重量轻，易于使用且实用。

5 软件系统改进设计

第一个水泵将调整变频运行。同样，如果第二个和第一个水泵的输出未达到指定的水压，则第三个水泵将参与工作，第一个水泵将具有可变的频率，直到达到指定的水压。将继续与之合作。如果水压很高，并且三个水泵的输出达到最大值，但不足以达到水压，则逆变器将发出警告并关闭。此时，将启用手动模式，并且供水稳定，可用于修复系统问题。

5.1 控制器设计

5.1.1 选择控制器控制算法

变频调速恒压供水系统是一个时变，非线性小，滞后时间短，不稳定的模型。系统采用出水管网的水压作为控制量，因此出水管网的实际压力与设定的供水压力相匹配。设定水压可以是恒定的，当前的时分函数或每个时段恒定的。

5.1.2 控制周期的选择和PID参数的自整定

取决于系统控制质量要求，控制周期Tc将更小并且控制效果将得到改善。但是，该系统中使用的电控阀的响应速度太慢，以至于T太短，致动器无法及时响应。控制的目的无法实现。从经验控制周期开始，压力测量为3.1秒和8秒。综合以上因素，系统定时采样时间为200ms，一次存储定时采样时间，调整对应值，然后调整算术平均值进行滤波。过滤周期和控制周期均为6.4秒。