基于PLC的变频恒压供水系统设计(7)
首先初始化变频运行的上下限频率，由于我国电网的限制以及变频器和电机工作频率的限制，50HZ成为频率调节的上限频率。但当水泵机组运行时，管网中的水压会反推水泵，给运行的电机一个反向的力矩，因此，当电机运行频率下降到一定值时，水泵就会抽不出水。结合水泵特性及系统所使用的场关，一般下线频率在20HZ左右，则水泵变频运行的上下限频率分别设定为50HZ和20HZ[14]。假设所选变频器的输出频率范围为0~100HZ，则上下限给定值分别为16000和6400。在初始化PID控制的各参数(Kc、Ts、Ti、Td），各参数的取值将在下一节中详细介绍。最后再设置定时中断和中断连接。具体程序梯形图如下图8所示：
图8 初始化子程序SBR_0梯形图
(2) PID控制中断子程序
首先将由AIW0输入的采样数据进行标准化转换，经过PID运算后，再将标准值转化成输出值，由AQW0输出模拟信号。具体程序梯形图如图9所示：
图9 PID控制中断子程序INT_0梯形图
4.3 PID控制器参数整定
4.3.1 PID控制及其控制算法
在本设计中，选用了含PID调节器的PLC来控制水管压力的恒定。PID控制器（Proportion Integration Differentiation.比例-积分-微分控制器），由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成[15]。其控制原理图如图10所示:
r(t) e(t) u(t) 转速 y(t)实际压力
图10 PID控制原理框图
其输入e(t)与输出u(t)的关系为：
u(t)=Kp[e(t)+1/Ti∫e(t)dt+Td*de(t)/dt] (2)
因此它的传递函数为：
G(s)=U(s)/E(s)=Kp[1+1/(Ti*s)+Td*s] (3)
PID控制器各环节的调节规律：
(1)比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号，产生偏差e(t)时，比例环节立即产生作用减少偏差，但不能消除偏差，比例系数无限制地增大会使得闭环系统不稳定。
(2)积分环节：积分环节主要用于消除控制中的静态静差。积分的作用弱时，易使得系统响应趋于稳态值的速度减慢，作用强时则引起系统超调量加大、使得系统振荡。
(3)微分环节：微分环节主要用来控制系统的振荡，减小超调量，加快系统响应的时间，进而改善系统的动态特性[16]。
4.3.2 PID参数整定
恒压供水系统的数学模型可以近似为一个带纯滞后的一阶惯性环节，其为：
(4)
式中：K为系统总增益，T为系统的惯性时间常数，τ为系统滞后时间[17]。本设计的PID参数就是根据系统开环广义过程(包括调节阀WV(s)、被控对象WO(s)和测量变送Wm(s))阶跃响应特性进行近似计算的。本系统是一个单闭环系统，结构框图如图11所示：
图11 恒压供水系统结构框图
由于本设计对压力控制的要求较高，故选择PI控制器，其传递函数为：
(5)