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基于plc和模糊控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文-展示頁

2025-03-10 10:04本頁面
  

【正文】 錯(cuò)誤數(shù)量減去使用這種壓力的壓力 設(shè)置和誤差的變化將變得目前使用 錯(cuò)誤數(shù)量減去以前的錯(cuò)誤數(shù)量。 它的功能是 通過 調(diào)節(jié)泵的速度 來 保持恒定的輸出水 壓力。 同 理 ,如果 在第三 個(gè) 泵停止 后 供水 仍大于用水量,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止第二 個(gè) 泵, 等 等以此類推。當(dāng) 有 兩個(gè) 全速運(yùn)行 的 水泵 并工作在 工作頻率狀態(tài) 而 第三泵工作在變頻狀態(tài),水 需求量 減少 同時(shí) 輸出頻率就會(huì)下降。 如果 第二泵 已全速 運(yùn)行 , 但還是 不能 滿足 供水 需求時(shí) , PLC 會(huì)自動(dòng)切換第二泵 到 工作 頻率操作,由變頻器啟動(dòng)的 第三 個(gè) 泵 就開始 運(yùn)行。當(dāng)頻率達(dá)到 50 赫茲,即泵全速運(yùn)行, 但是它 不能滿足 供水要求 時(shí) , PLC 會(huì) 自動(dòng)轉(zhuǎn)換 第一個(gè)泵 從 可變頻率到工作頻率狀態(tài)。結(jié)果是 , 耗水量 越大 ,轉(zhuǎn)換器的 輸出 頻率 越大 , 從而水泵的速度變得更大 。 電機(jī)控制子程序 : 操作和控制 三個(gè) 水泵。 4。 運(yùn)行 模塊 自動(dòng)操作模塊包括系 統(tǒng)初始化,測試的啟動(dòng)順序,數(shù)據(jù)采集 子程序,模糊控制子程序,初始值 子程序,電機(jī)控制子程序等。在發(fā)生故障時(shí),報(bào)警器 信號(hào)輸出。主要模塊 包括 手工操作模塊,自動(dòng) 操作模塊,故障診斷和報(bào)警模塊。因此,我們可以得到模糊 控制查詢表。 因?yàn)? 所有的組合 元 素都在 E和 ?E內(nèi) ,我們能夠 計(jì)算出與 ?252。 查詢表 表一顯示 的 雙輸入和單輸出語言控制策略 是 由 49個(gè)模糊的條件組成 。然后搜索模糊控制表 以 獲得控制數(shù)量 ,而后 頻率轉(zhuǎn)換器的輸出 由 控制數(shù)量乘以比例 系數(shù) 得到 [8,9]。 當(dāng)電腦計(jì)算完成, 并已 反復(fù) 調(diào)試和修正后,模糊控制表將可以在實(shí)踐中應(yīng)用, 這時(shí)就可以輸入到 PLC 內(nèi) 。 模糊控制 的 規(guī)則 是 根據(jù)供水住宅區(qū) 的 實(shí)際情況 和 操作者 的 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 總結(jié) 而成的 。 輸入 量是 給定的水壓力 同 測量 的 自 來水管網(wǎng) 的水 壓 力的 偏差 E,并且這個(gè)偏差的變化率 是兩個(gè)偏差計(jì)算得到的。當(dāng)自動(dòng)功能 被 選擇 時(shí) ,所有控制和報(bào)警由 PLC 完成。 在 控制面板上有一個(gè)手動(dòng) /自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān) ,自動(dòng)時(shí) PLC 有 實(shí)時(shí)檢測 狀態(tài) 。三 個(gè) 泵 的 驅(qū)動(dòng) 由 變頻器 直接 驅(qū)動(dòng)以 保持 壓力恒定。 1。 執(zhí)行元件 是電機(jī) , 變頻 器 ,聲光報(bào)警 器 等 等 ,總 共 3 個(gè) 輸出點(diǎn)。 B. 系統(tǒng)硬件 系統(tǒng)選用西門子 S7 214PLC [7],配有 I / O 擴(kuò)展模塊。 此時(shí)如果壓力 上限信號(hào)仍然存在, PLC 將 停止 第一個(gè)運(yùn)行在 工作 頻率狀態(tài) 的 泵 以減少水量供應(yīng) 。如果 運(yùn)行 的 兩個(gè)水泵 還 不能滿足壓力 要求 , 在 變化頻率狀態(tài)的 泵 就 轉(zhuǎn)化為 在 工作頻率 的 狀態(tài), 而 另 一個(gè)泵將啟動(dòng)。當(dāng) 需要大量的 水 以致于 水泵全速運(yùn)行 還 不能保證在管 道 網(wǎng) 的 壓力穩(wěn)定 時(shí) , 下限 PLC 的壓力信號(hào) 和 變頻器的 高速信號(hào) 被 PLC 在同一時(shí)間 檢測。 這是通過模擬轉(zhuǎn)換器 發(fā)送到 輸出模塊來調(diào)整泵 的 電機(jī)電源電壓和頻率。 模糊控制器計(jì)算 它們的 偏差 E 和變化 偏離率 ?E。 二. 系統(tǒng)控制計(jì)劃 A. 系統(tǒng)控制原理 同時(shí)在系統(tǒng) 中 運(yùn)行 3 個(gè)水泵。經(jīng)過大量的測試 ,我們已經(jīng)證明,本文 設(shè)計(jì)的 恒壓供水系統(tǒng) 具有良好的實(shí)時(shí)控制 性能 并且 其硬件模塊工作穩(wěn)定可靠。 在實(shí)時(shí)控制過程中,系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的輸入信號(hào)檢測到輸出實(shí)時(shí)的壓力尋求模糊邏輯控制表,然后我們就得到了精確的輸出模糊決策。 為了解決這些問題, 在全面系統(tǒng)得 分析 了供水的 工作特點(diǎn)和 為實(shí)現(xiàn) 供水 系統(tǒng) 控制 要求的技術(shù)后 ,我們已 在 PLC 和變頻器的基礎(chǔ) 上 采取了模糊控制 的 方法來建立一個(gè)恒壓供水系統(tǒng) 。 Wang Caixia 設(shè)計(jì)了一個(gè)模糊的水供應(yīng)一變頻系統(tǒng)控制 三個(gè)水 泵, 此設(shè)計(jì)已 大大降低了設(shè)計(jì)和操作 成本 [6]。 LI Xinchun設(shè)計(jì)了一個(gè) 基于 AT89C51 和應(yīng)用模糊自適應(yīng)的 PID 算法的恒壓供水控制器 [4]。 Li Zhong 和其他人設(shè)計(jì)了一種 由 PLC 控制得 模糊 控制 供水 系統(tǒng) , 它 可以克服上述 問題 能夠調(diào)整傳統(tǒng) PID 控制很難修改的 系統(tǒng)參數(shù) [2]。 模糊控制技術(shù) 在 使用模糊推理 來 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) 的 控制 中是一個(gè)很好的方法 ,它不需要建立數(shù)學(xué)模型 [1]。然而,供水系統(tǒng)是一個(gè) 具有巨大 慣性 且極為 落后 的系統(tǒng)同時(shí) 用戶 對(duì) 供水 需 求已 變得非常有 隨機(jī)性,這可能會(huì)導(dǎo)致這條管道的水壓 的改變沒 有任何規(guī)律 ,因此 使得用 精確的數(shù)學(xué)模型 來 描述這個(gè)過程變成了 一個(gè)艱苦的工作 。因此應(yīng)用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)來設(shè)計(jì)恒定的供水系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)水資源的高節(jié)能型和高可靠性變成了一種不可避免的趨勢(shì)。硬 件 模塊 是 穩(wěn)定 且 可靠 的 ,模糊控制器是 合適且 有效 的 , 它 能 夠 保證更穩(wěn)定的水 壓。 通過 比較實(shí)測值與設(shè)定壓力值, 由模糊計(jì)算器輸出信號(hào), PLC控制 著 變頻器工作頻率 ,從而 控制水泵 的旋轉(zhuǎn)速度 和調(diào)節(jié)水 管 的壓力。 基于 PLC和模糊控制 的變頻調(diào)速恒壓供水 系統(tǒng) 摘要 為了解決 由 高塔 供水和 水泵 直接 供 水 模式造成的 水質(zhì) 低劣和 浪費(fèi) 電力 問題 , 我們 引入 了 恒壓供水系統(tǒng),它采用嵌入式 的 模糊控制技術(shù), 使 PLC及變頻器 作 為 其 核心。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行,水管的壓力 通過壓力傳感器 從終端 X0輸入到 PLC。 本文設(shè)計(jì)的供水系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制性能,是根據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 被 全權(quán) 證明了的。 關(guān)鍵詞 : 模糊控制 ; PLC;變頻調(diào)速控制 一. 引言 隨著高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的高速發(fā)展, ,能源緊缺正變得越來越明顯別且人們對(duì) 飲用水的水質(zhì)和可靠性的要求也越來越高。 由于用戶對(duì)供水的 需求 往往不穩(wěn)定, 為了保持恒定水壓力 閉環(huán)監(jiān)管 系統(tǒng) 需要使用外 圍 變頻器,這 在過去已廣泛地由 PID實(shí)現(xiàn)了。 由此得出 , 利用傳統(tǒng)的 PID控制技術(shù) 很難 得到 滿意的控制效果。近年來,許多研究人員將模糊控制策略 應(yīng)用于 多種控制 方案 ,并取得了令人滿意的 結(jié) 果。 Zhao Baoyong 設(shè)計(jì) 出的 模糊 PID 控制器,在單個(gè)芯片上具有 自我調(diào)節(jié)的要素 , 它在供水控制系統(tǒng)的非線性 和滯后特點(diǎn)的控制 中發(fā)揮了重要作用,也解決 在傳統(tǒng)的 PID 控制中 調(diào)整參數(shù) 困難的問題 [3]。 Qiao Weide 提出了 對(duì)管道壓力的 自適應(yīng)閉環(huán)控制設(shè)計(jì) 功能,它通過組合管道網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯,現(xiàn)在此技術(shù)已經(jīng)很耐用和可靠 了 [5]。 在上述計(jì)劃 中 ,大部分 是 基于 PID 控制, 它們 有更大的 頻率 波動(dòng) 并且容易導(dǎo)致 管道中的水壓不穩(wěn)定。我們利用模糊邏輯控制理論,來制造壓力傳感 器輸出信號(hào)的輸入和控制變量模糊 根據(jù) 操作 經(jīng)驗(yàn) 實(shí)現(xiàn)模糊邏輯推理的模糊控制表。最后,系統(tǒng) 根據(jù)精確的輸出 來 控制電機(jī) 的 頻率 完成模糊邏輯控制的全過程 以 恒定水壓。 在 本文 設(shè)計(jì) 得 自適應(yīng)模糊控制器也是正確 和 有效的 ,能夠 保證水 管里的水壓 穩(wěn)定, 確實(shí) 是一個(gè) 很好 的控制系統(tǒng)。 PLC 周 期實(shí)時(shí) 檢測 給定的壓力和實(shí)際檢測 到的 管 道網(wǎng) 壓力, 它 們的值 都被輸入到 PLC。 從而 就得到了 模糊控制模擬器的 輸出控制信號(hào) 。 當(dāng) 需要 少量的水 時(shí) ,一 個(gè) 泵 在 變頻器控制 下 穩(wěn)定運(yùn)行 。 PLC 使第一個(gè)泵 從 多種 頻 率狀態(tài)轉(zhuǎn)換到工作頻率狀態(tài),以保持壓力的連續(xù)性, 而另一個(gè)泵是由變頻器啟動(dòng)開始運(yùn)行,以 增加 管道網(wǎng)的水量來 保持穩(wěn)定的壓力。 當(dāng)用水量減少, 信號(hào)顯示 變頻器 工作在 最低速度 就是有效的。 當(dāng)兩個(gè)信號(hào)仍在 存在時(shí) , 只要 最后 的 泵 由 變頻器 啟動(dòng)供水, PLC 就 會(huì)終止第二 個(gè)運(yùn)行在 工作頻率 狀態(tài)的 泵 。主要檢測元件 是 光 控 開關(guān),壓力檢測 開關(guān) , 總 共 有 12 個(gè) 輸入信號(hào)。 控制系統(tǒng)原理圖所示 圖。 PLC 主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集,轉(zhuǎn)換,存儲(chǔ),報(bào)警,控制變頻器 完成調(diào)整壓力。 變頻器的 啟動(dòng)和停止分為手動(dòng) 控制和 PLC 控制。 當(dāng) 選定 手動(dòng)功能時(shí) , 水泵的 啟動(dòng)和停止以及對(duì)水泵開關(guān)操作 是 通過面板 上的 按鈕 和 開關(guān) 手動(dòng)控制 的 。 三 . 模糊控制器設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用二維模糊控制器。 模糊控制器的 輸出 是 控制系統(tǒng) 的 增量 ?U。相應(yīng)的控制決策可以 由 基于模糊控制規(guī)則和模糊 推理合成規(guī)則 獲得 , 同時(shí) 相應(yīng)的 水量 控制 可以從最大用戶原則下 得到 。 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),它開始從 輸入數(shù)據(jù) 里 計(jì)算 E, ?E 同時(shí) 計(jì)算模糊域值。 The universes of discourse of input variable E and ?E are {3,2,1,0,1,2,3}. Its Fuzzy language values are {NB(negative big), NM(negative middle), NS(negative small), ZO(zero), PS(positive small), PM (positive middle) and PB(positive big)}. Membership function uses triangle , shows in Fig. 2. The universes of discourse of output variable ?U are { 4,3,2,1,0,1,2,3,4}. Its Fuzzy language values are { NB(negative big), NM(negative middle), NS (negative small), ZO(zero), PS(positive small), PM (positive middle) and PB(positive big)}. Membership function uses triangle , shows in Fig. 3. B,模糊規(guī)則表 模糊規(guī)則表的表一顯示,這是從 一線操作 者手動(dòng) 調(diào)節(jié)水的壓力 的經(jīng)驗(yàn) 中 總結(jié) 而成 。 我們 通過同最大用戶法則一致來 消除模糊 值 ?U來 獲得 的 精確的數(shù)值 。相應(yīng)于每個(gè)組合 得 確切數(shù) 值 。 四 . 系統(tǒng)軟件 為了 編程和調(diào)試的方便, 系統(tǒng)控制器采用模塊化編程。 A:手動(dòng) 運(yùn)行 模塊 當(dāng)系統(tǒng) 處于 手動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí), PLC 的只接收 保護(hù)電路和傳感器的 信號(hào) 并且檢測 水泵 的 運(yùn)行狀態(tài)。通過 控制板上的 按鈕和開關(guān) 可以手動(dòng)控制 啟動(dòng),停止,以及水泵 的 開關(guān) 。模塊 流程圖如圖。 數(shù)據(jù)采集子程序 : 完成 從 主管 道獲得 壓力數(shù)據(jù)。頻率 器的 輸出頻率與 水 泵的速度 相關(guān) 。 然而 小的用水量 時(shí),變頻器 的輸出頻率 就低了 , 于是泵的速度降低了 。 同時(shí)由變頻器啟動(dòng)的 第二個(gè)泵就會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn) 。根據(jù) 從低到高, 水泵將 逐一投入運(yùn)行。 如果頻率達(dá)到了最低的限度, 而 供水也 大于用水量 時(shí) ,系統(tǒng) 會(huì) 自動(dòng)停止 第三個(gè) 水泵。 .. 模糊控制子程序 : 它 被稱作是 時(shí)間 中斷 。當(dāng) 主程序 將 系統(tǒng) 初始化,我們首先得到 目前的實(shí)際水壓。和 那么 我們可以透過模糊的模糊控制音量 量變到錯(cuò)誤的數(shù)量及其變化和尋求模糊控制表。其流程圖如圖。 變頻 器 具有 避免短路和 超載 的 功能 。 系統(tǒng) 連 接輔助節(jié)點(diǎn) 接觸器,斷路器對(duì)應(yīng)點(diǎn) 沒有 PLC 同時(shí) PLC會(huì) 掃描這些接觸 點(diǎn) 的狀態(tài)。根據(jù)邏輯分析控制程序 和 狀態(tài) 的設(shè)置,系統(tǒng)可以判斷 是否有 設(shè)備或部件故障。 然后是后備泵 的 接觸 將 閉合, 這時(shí) 備份泵將啟動(dòng)。 五,結(jié)論 模糊控制理論是用來轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的 輸入到輸出 ,在人工控制 時(shí) 以豐富人們的經(jīng)驗(yàn),當(dāng)然,這反映 在自動(dòng)控制過程,并 為 系統(tǒng)可靠運(yùn)行提供一 個(gè)保證。 水泵系統(tǒng)的電機(jī) 可以 無級(jí)變速 調(diào)速。 此外, 在的 S7214 PLC 基本單元內(nèi) 有一個(gè) RS 485 接口 , 通過它可以同樓宇監(jiān)測中心保持通訊從而 實(shí)現(xiàn)無人值守 的 遠(yuǎn)程控制。 參考書目 [1] Zadeh , “Fuzzy sets information and control”,1965,(8), 353. [2] Zhong Li, Yan Li, Pingliang Yu, “Constant pressure water supply system with PLC and inverter”, Huadong Chuanbo Gongye Xueyuan Xuebao/Journal of East China Shipbuilding Institute,1998,(12), 73. [3] Baoyong Zhao, “Application research of the fuzzy contr ol technology in the variablefrequency speedgoverning constantpressure water supply syst
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