【正文】 其它組合控制效果要好，基本上能獲得無偏差、精度高和穩(wěn)定的控制過程。這種控制方式用于從產(chǎn)生偏差到出現(xiàn)響應(yīng)需要一定時間的負(fù)載系統(tǒng)（即實(shí)時性要求不高，工業(yè)上的過程控制系統(tǒng)一般都是此類系統(tǒng)，本系統(tǒng)也比較適合PID調(diào)節(jié)）效果比較好。 PID 參數(shù)整定PID 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定 PID 控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID 控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID 控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定 。但無論[12]采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行 PID 控制器參數(shù)的整定步驟如下：①首先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；②僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；③在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到 PID 控制器的參數(shù)。PID 控制器參數(shù)的工程整定,各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中 P、I、 D 參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)以下可參照： 溫度 T：P=20~60%， T=180~600s，D=3180s； 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 PID 回路的計(jì)算21壓力 P： P=30~70%，T=24~180s； 液位 L： P=20~80%， T=60~300s； 流量 L： P=40~100%，T=6~60s 。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真225 程序設(shè)計(jì)及仿真 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)及仿真系統(tǒng)運(yùn)行主程序首先要進(jìn)行一系列的初始化工作，并使擴(kuò)展模塊(通訊模塊、A/D模塊等)、變頻器等設(shè)備與PLC的數(shù)據(jù)傳輸正常。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中要及時進(jìn)行故障檢測，防止設(shè)備損壞和意外發(fā)生；當(dāng)出現(xiàn)故障時，及時報警，方便維修人員維修。系統(tǒng)自動啟動后，進(jìn)行恒壓控制。其流程框圖如圖:手動 自動圖 PLC 程序流程圖系統(tǒng)起動之后，檢測是自動運(yùn)行模式還是手動運(yùn)行模式。如果是手動運(yùn)行模式則進(jìn)行手動操作，人們根據(jù)自己的需要操作相應(yīng)的按鈕，系統(tǒng)根據(jù)按鈕執(zhí)行相應(yīng)操作。如果是自動運(yùn)行模式，則系統(tǒng)根據(jù)程序及相關(guān)的輸入信號執(zhí)行相應(yīng)的操作。手動模式主要是解決系統(tǒng)出錯或器件出問題。在自動運(yùn)行模式中，如果 PLC 接到頻率上限信號，則執(zhí)行增泵程序，增加水泵的工作數(shù)量。如果 PLC 接到頻率下限信號，則執(zhí)行減泵程序，減少水泵的工作數(shù)量。沒接到信號就保持現(xiàn)有的運(yùn)行狀態(tài)。 開始系統(tǒng)初始化調(diào)用壓力設(shè)定子程序 調(diào)用 PID 子程序調(diào)用泵切換子程序自動 /手動 檢測執(zhí)行手動命令攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真23利用定時器中斷功能實(shí)現(xiàn) PID 控制的定時采樣及輸出控制。白天供水時系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的 90%，夜晚供水時系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的 70%。在本系統(tǒng)中，只是用比例（P）和積分（I）控制，其回路增益和時間常數(shù)可通過工程計(jì)算初步確定。根據(jù)系統(tǒng)的要求，采用增益 K=，采樣時間T=，積分時間 T=30min，完成一個水壓數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，每 200ms 采集一個數(shù)據(jù)。PID 功能：系統(tǒng)采用的是單極性模擬量，遠(yuǎn)程壓力表對水管的水壓進(jìn)行采樣。利用定時器中斷功能實(shí)現(xiàn) PID 控制的定時采樣及輸出控制。程序中使用的 PLC 元器件及其功能如下表 所示：表 程序中使用的元器件及功能器件地址 功能 器件地址 功能VD100 過程變量標(biāo)準(zhǔn)化值 T38 工頻泵減泵濾波時間控制VD104 壓力給定值 T39 工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD108 PI 計(jì)算值 故障結(jié)束脈沖信號VD112 比例系數(shù) 泵變頻啟動脈沖VD116 積分時間 復(fù)位當(dāng)前變頻運(yùn)行泵脈沖VD120 積分時間 復(fù)位當(dāng)前變頻運(yùn)動泵脈沖VD124 微分時間 當(dāng)前泵工頻運(yùn)動啟動脈沖VD204 變頻起運(yùn)動頻率下限值 新泵變頻啟動脈沖VD208 白天變頻器運(yùn)動頻率上限值 泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD212 夜晚供水變頻器運(yùn)動頻率上限值 泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD250 PI 調(diào)節(jié)結(jié)果存儲單元 泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD300 變頻工作泵的泵號 故障信號總匯VD301 工頻運(yùn)行的泵的總臺數(shù) 水池水位上下限故障邏輯VD310 倒泵時間存儲器 水池水位上下限故障消鈴邏輯T33 工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 變頻器故障消鈴邏輯T34 工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 消鈴邏輯T37 工頻泵增泵濾波時間控制攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真24系統(tǒng)的主程序如下圖 所示攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真25攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真26攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真27攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真28攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真29攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真30攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真31圖 系統(tǒng)主程序梯形圖當(dāng)輸入端口 為 1 時，即白天模式下，白天指示燈 正常工作，1泵進(jìn)行變頻運(yùn)行。仿真結(jié)果如圖 所示：圖 白天模式下仿真結(jié)果當(dāng)輸入端口 為 1 時，即水池的水超過上限或低于下限，這時應(yīng)該報警，仿真結(jié)果如圖 所示。仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)一致，水泵停止運(yùn)行，報警信號燈發(fā)出警告。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真32圖 水位達(dá)到上下限仿真結(jié)果本系統(tǒng)要求當(dāng)一臺水泵運(yùn)行時間超過 3 個小時，會自動切換到另一臺水泵工作運(yùn)行。為了快速的得出仿真結(jié)果，我們把程序時間設(shè)置成為一分鐘，這樣不會影響仿真結(jié)果。開始運(yùn)行時，1水泵變頻運(yùn)行，如圖 所示。當(dāng)時間到后會自動切換到 2水泵，如圖 所示。再等時間到后，系統(tǒng)會自動切換到 3水泵，如圖 所示。圖 1水泵變頻運(yùn)行攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真33圖 2水泵變頻運(yùn)行圖 3水泵變頻運(yùn)行 系統(tǒng)初始化程序及仿真在系統(tǒng)開始工作的時候，先要對整個系統(tǒng)進(jìn)行初始化，即在開始啟動的時候，先對系統(tǒng)的各個部分的當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，如出錯則報警，接著對變頻器變頻運(yùn)行的上下限頻率、PID 控制的各參數(shù)進(jìn)行初始化處理，賦予一定的初值，在初始化子程序的最后進(jìn)行中斷連接。系統(tǒng)進(jìn)行初始化是在主程序中通過調(diào)用子程序來是實(shí)現(xiàn)的。在初始化后緊接著要設(shè)定白天/夜間兩種供水模式下的水壓給定值以及變頻泵號和工頻泵投入臺數(shù)。程序梯形圖如圖 所示：攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真34攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真35圖 程序初始化梯形圖系統(tǒng)調(diào)用初始化子程序后，對一些內(nèi)部寄存器設(shè)置了不同的初值，仿真結(jié)果如圖 所示。圖 初始化子程序仿真內(nèi)存地址的值 PID 子程序設(shè)計(jì)及仿真在系統(tǒng)中，只需選擇一個，它同樣通過定時中斷來調(diào)用，通過對水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輸出壓力的恒定。在子程序中直接讀取 A/D 模塊的輸出，得到當(dāng)前的實(shí)際水壓，將此壓力值與壓力設(shè)定值相減，得到當(dāng)前誤差量e(t)，其流程框圖如圖 所示開始讀 A/D 輸出及壓力攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真36圖 PID 流程圖PID 子程序的梯形圖如 所示：將 A/D 結(jié)果賦 y(t)將設(shè)定值賦給 r(t)求 e(t)=r(t)y(t)計(jì)算控制量△u(t)△u(t)控制變頻器頻率e(t2)=e(t1)e(t1）=e(t)返回攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真37攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真38圖 PID 子程序梯形圖調(diào)節(jié)模擬量輸入 AIW0 的值,完成 PID 指令，內(nèi)部變量寄存器值也變化。PID 子程序仿真如圖 所示：圖 PID 子程序仿真結(jié)果攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié) 論39結(jié) 論本次畢業(yè)論文是基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)。恒壓供水系統(tǒng)以PLC為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，借助于PLC靈活的控制功能和內(nèi)置PID實(shí)現(xiàn)了恒壓供水的控制。該系統(tǒng)采用PCL控制變頻器進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，可以按實(shí)際需要隨意設(shè)定壓力值，根據(jù)壓力值大小調(diào)整水泵的工作情況，實(shí)現(xiàn)恒壓供水，使給水泵始終在高效率下運(yùn)行，在啟動時壓力波動小，可控制在給定值的5%范圍內(nèi)。穩(wěn)定的供水系統(tǒng)在日常生活中是非常重要的，基于PLC和變頻器技術(shù)設(shè)計(jì)的生活恒壓供水控制系統(tǒng)高可靠性、高效率、節(jié)能效果顯著、動態(tài)響應(yīng)速度快等優(yōu)勢。因?qū)崿F(xiàn)了恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，節(jié)省了大量的人力無力，提高了供水的質(zhì)量，減輕了人員的勞動強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)無人值班，節(jié)約管理費(fèi)用。對整個供水過程來說，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性好，管理人員可根據(jù)每個季節(jié)的用水情況，選擇不同的壓力設(shè)定范圍，不但節(jié)約了用水，而且節(jié)約了電能，達(dá)到了更優(yōu)的節(jié)能方式，實(shí)現(xiàn)供水的最優(yōu)化控制和穩(wěn)定性控制。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 參考文獻(xiàn)40參考文獻(xiàn)[1] 史志強(qiáng)．水廠自動化控制系統(tǒng)中可編程控制器的應(yīng)用[J]．福州大學(xué)學(xué)報（自然 科學(xué)版） ，1998，26(6) :4447[2] 龍章春. 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