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一.前言
隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，城市高層建筑的供水問題日益突出。一方面要求提高供水質(zhì)量，不要因?yàn)閴毫Φ牟▌?dòng)造成供水障礙；另一方面要求保證供水的可靠性和安全性。針對(duì)這兩方面的要求，這就要求一種新的供水方式，這里我們采用PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)。可編程序控制器（PLC）是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯元素、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)程。而有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。PLC是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的。
二.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
恒壓供水保證了供水的質(zhì)量,PLC能控制大量的過(guò)程參數(shù)，例如：溫度、壓力、流量、液位和速度等，PID使PLC具有閉環(huán)控制的功能，即一個(gè)具有PID控制能力的PLC可用于控制過(guò)程。當(dāng)過(guò)程控制中某個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí)，PID控制算法會(huì)計(jì)算出正確地輸出，把變量保持在設(shè)定值上。以PLC為主機(jī)的控制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。在有模擬量的控制系統(tǒng)中，經(jīng)常用到PID運(yùn)算來(lái)執(zhí)行PID回路的功能，PID回路指令使這一任務(wù)的編程和實(shí)現(xiàn)變得非常容易，由此，我們選用FPO可編程控制器，其是目前松下電工推出的具有多種控制功能的新款小型可編程控制器，配備各種功能模塊，具有PID調(diào)節(jié)、各種邏輯控制以及多種通信功能，它負(fù)擔(dān)了系統(tǒng)的全部的控制，是系統(tǒng)的核心部件。
（1）PID算法
如果一個(gè)PID回路的輸出M是時(shí)間t的函數(shù)，則可以看作是比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)三項(xiàng)部分之和。即
以上各量都是連續(xù)量，第一項(xiàng)為比例項(xiàng)，最后一項(xiàng)為微分項(xiàng)，中間兩項(xiàng)為積分項(xiàng)。其中e是給定值與被控制變量之差，即回路偏差。KC為回路的增益。用計(jì)算機(jī)處理這樣的控制算式，即連續(xù)的算式必須周期性地采樣并進(jìn)行離散化，同時(shí)各信號(hào)也要離散化，公式如下
公式中包含9個(gè)用來(lái)控制和監(jiān)視PID運(yùn)算的參數(shù)，在PID指令使用時(shí)要構(gòu)成回路表，回路表的格式如表1所示。
表1 PID回路表
Table 1 The table of PID loop
（2）PID回路指令
指令格式如圖1所示。功能描述：該指令利用回路表中的
圖1 PID指令格式
Figure 1 The instruction format of PID
輸入信息和組態(tài)信息，進(jìn)行PID運(yùn)算。
數(shù)據(jù)類型：回路表的起始地址TBL為VB指定的字節(jié)型數(shù)據(jù)；回路號(hào)LOOP是0～7的常數(shù)。
三.應(yīng)用實(shí)例
（1）控制要求
設(shè)一水箱有一條進(jìn)水管和一條出水管，進(jìn)水管的水流量隨時(shí)間不斷變化，要求控制出水管閥門的開度，使水箱內(nèi)的液位始終保持在水滿時(shí)液位的一半。系統(tǒng)使用比例、積分及微分控制，假設(shè)采用下列控制參數(shù)值：KC為0.4,TS為Td 0.2s,Ti 為30min,Td 為15min。
（2）解題分析
此系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)采用單極性方案，系統(tǒng)的輸入來(lái)自液位計(jì)的液位測(cè)量采樣；設(shè)定值是液位的50％，輸出是單極性模擬量，用以控制閥門的開度，可以在0％～100％之間變化。
（3）程序?qū)崿F(xiàn)
本程序只是模擬量控制系統(tǒng)的PID程序主干，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問題，還要考慮諸多方面的影響因素。主程序、回路表初始化子程序SBR_0、初始化子程序SBR_1和中斷程序INT_0如圖2所示。（本例中模擬量輸入通到為AIW2，模擬量輸出通到為AQW0。I0.4是手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)信號(hào)，I0.4為1時(shí)，為系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。）
圖2 PID程序
Figure 2 The procedure of PID
四.結(jié)束語(yǔ)
本文論述了用PLC設(shè)計(jì)恒壓供水系統(tǒng)的方案，由PID實(shí)現(xiàn)其控制功能，并給出了應(yīng)用實(shí)例，稍加變化可適用于任何需要恒壓的流量系統(tǒng)。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)