1 引言
恒壓供水主要用于鍋爐、樓宇、工業(yè)廠房供水等眾多給水行業(yè)，關(guān)于恒壓供水項目控制系統(tǒng)技術(shù)方案比較成熟，實現(xiàn)方法也比較多，有專用的微機給水控制器、變頻器嵌入式pid反饋恒壓控制、人機界面和plc整合應(yīng)用等多種架構(gòu)，其原理和核心控制思路都是采用pid反饋控制模型，實現(xiàn)無負壓恒壓供水。本文介紹基于臺達觸摸屏plc的恒壓變頻恒壓供水設(shè)計方案，主要體現(xiàn)臺達系統(tǒng)集成應(yīng)用技術(shù)方案提供完善的自動化系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計
2.1 恒壓供水原理
根據(jù)設(shè)備工作要求設(shè)定系統(tǒng)給定壓力(mpa)，作為pid自整定控制模型的sv值，壓力儀表傳感器將被控對象管道壓力(mpa)實時采集作為pid自整定模型的pv值，二者數(shù)值大小比較后生成偏差值e_t，按照調(diào)整好的比例系數(shù)k_p、積分系數(shù)k_i、微分系數(shù)k₀，plc控制程序pid指令運算結(jié)果控制輸出mv值，轉(zhuǎn)換為模擬量(0～10v)作為變頻器頻率給定信號，控制變頻器拖動水泵電機輸出不同轉(zhuǎn)速，達到調(diào)節(jié)供水管道壓力的控制效果。見表1。

2.2 臺達plc的pid控制
臺達plc主要利用pid指令算法構(gòu)成反饋控制回路，達到恒壓供水控制要求，原理設(shè)計如圖1所示。

圖1 s₃₊₄為k₀～k₂的控制方塊

●控制方塊圖：
圖1中的s表示微分的動作，其動作定義為現(xiàn)在pv值減去前次pv值后，再除以取樣時間的動作；另外1/s表示積分的動作，其動作定義為前次積分值加上這次偏差量乘以取樣時間的值；最后圖中的g(s)表示受控裝置。
●pid的基本表達式

其中pv(t)s表示pv(t)的微分值，以及表示e(t)的積分值，當(dāng)動作方向選擇正向或逆向動作，e(t)值小于等于0，則被視為0。
動作方向pid運算方式
正向動作、自動 e(t)=sv-pv
逆向動作e(t)=pv-sv

另外pv(t)s表示pv(t)的微分值，以及表示e(t)的積分值。
●符號說明：
mv：輸出值
kp：比例增益
e(t)：偏差值
pv：測定值
sv：目標值
kd：微分增益
pv(t)s：pv(t)的微分值
k₁：積分增益
：e(t)的積分值
(1) plc控制程序中管道壓力讀取部分
管道壓力讀取部分的梯形圖如圖2所示。

圖2 管道壓力讀取部分的梯形圖

(2) plc控制程序中關(guān)于采集管道壓力處理
濾除掉06xa模塊采集數(shù)字量0～4000之外的數(shù)值，根據(jù)壓力傳感器和壓力變送器量程對應(yīng)關(guān)系計算出管道實際壓力(mpa)值。采集管道壓力處理的梯形圖如圖3所示。

圖3 采集管道壓力處理的梯形圖

(3) plc控制程序中pid指令運用方法
pid處理的梯形圖如圖4所示。

圖4 pid運算的梯形圖

(4) 頻率數(shù)值用于人機界面顯示
pid指令運算輸出作為變頻器頻率給定信號，同時轉(zhuǎn)換為頻率數(shù)值用于人機界面顯示，如圖5所示。

圖5 人機界面顯示的梯形圖

2.3 配置設(shè)計
控制系統(tǒng)技術(shù)方案配置如表2所示。元件表格列舉出控制系統(tǒng)主要控制原件，其他輔助器件未給出。

3 基于臺達hmi宏程序的動畫設(shè)計
人機界面設(shè)計提供直觀生動的供水管理監(jiān)控。人機界面主要有3個畫面，實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和實時顯示，水泵運行動畫顯示，工作方式選擇等功能。主畫面如圖6所示。水泵運行動畫動態(tài)顯示畫面如圖7所示。

圖6 供水系統(tǒng)主畫面

圖7 基于臺達hmi宏指令的動畫畫面

水泵運行動畫動態(tài)顯示水泵運行的動畫顯示是通過人機界面宏指令來完成的，效果雖沒有工控組態(tài)軟件生動，但是還是把工業(yè)現(xiàn)場的運行狀態(tài)真實表現(xiàn)出來，滿足了客戶的需要。
宏程序分為三部分：clock宏；子宏1；子宏2。
clock macro根據(jù)兩臺水泵不同運行狀態(tài)分別調(diào)用submacro 1和submacro 2。

圖8 clock macro

submacro 1用于顯示水泵1的動態(tài)運行水流動畫顯示，見圖9。

圖9 submacro 1

submacro 2用于顯示水泵2的動態(tài)運行水流動畫顯示，見圖10。

圖10 submacro 1

4 結(jié)束語
臺達機電產(chǎn)品整合應(yīng)用完成恒壓供水系統(tǒng)功能全面滿足工程需求，用戶十分肯定臺達產(chǎn)品，通過本案介紹提供給成熟可靠的技術(shù)方案，應(yīng)用hmi與plc集成設(shè)計，提供功能全面的自動化控制技術(shù)。

作者簡介
孫承志(1979-) 男 電氣工程師，主要從事電氣控制系統(tǒng)設(shè)計和研發(fā)工作，現(xiàn)供職于中達電通股份有限公司沈陽機電業(yè)務(wù)處，產(chǎn)品應(yīng)用工程師(fae)，負責(zé)臺達自動化產(chǎn)品整合應(yīng)用技術(shù)支持。

參考文獻
[1] 臺達dvp－plc應(yīng)用技術(shù)手冊程序篇
[2] 臺達dvp－plc應(yīng)用技術(shù)手冊特殊模塊篇
[3] 臺達dop系列人機界面應(yīng)用技術(shù)手冊
[4] 臺達vfd－f系列交流變頻器使用手冊