5.2 数字PID控制器的设计………………………………………
5.2.1 数字控制器的设计方法………………………………….
5.2.2 PLC的PID模块分析研究………………………………
结论……………………………………………………………………….
致谢……………………………………………………………………….
参考文献………………………………………………………………….
附录1……………………………………………………………………..
附录2……………………………………………………………………..
绪 论
1.1引言
随着城市高层建筑供水问题的日益突出，随着城市化进程的加快，越来越多的人涌进城市，因而对城市供水提出了越来越高的要求，保持供水压力的恒定，提高供水质量是相当重要的。同时要求保证供水的可靠性和安全性。而用户用水的多少是经常变动的，因此，供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中的反映在供水的压力上，用水多而供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力大。保持供水的压力恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高了供水质量。以前大多采用传统的水塔、气压罐式的增压设备，或是通过在楼顶建蓄水池来实现的，蓄水池中的水是由一个或多个水泵提供，而且这些水泵电机有很大一部分是不能变速的拖动系统，不能变速电机的电能大多消耗在为了适应供水量的变化而不得不频繁的启、停水泵中。这样不但会使水泵电机工作在低效率区，缩短电机的使用寿命，而且电机的频繁启动和停止会产生很大的冲击，从而导致设备故障率很高，造成水资源的严重浪费，而且使系统的维护、维修费用较多，工作量较大。并且这些水泵都是以高出实际用水高度的压力来提升水压，其结果增大了水泵的轴功率和能量损耗。
随着社会主义现代化建设的迅速发展和人们住房条件的提高，高位生活用水和工业用水逐渐增多，传统的控制方法已经落后。以前采用人工进行控制蓄水池的水位，由于不可能每时每刻对水位进行准确的定位监测，并且带有很大的主观性，所以很难准确控制水泵电机的起停；使用浮子或其它机械水位控制装置使供水状况有了一些改善，但由于机械控制装置的故障率高，可靠性差，给日常维护和维修带来很大的麻烦。
针对以上所存在的问题，结合工控行业的发展，特别是PLC和变频技术在社会各个领域的应用，可以用它来解决水压控制系统存在的以上问题。并且变频技术在城市供水领域有节能、安全与恒压方面的优越性。
为了实现供水的自动控制，一般选用以单片机与变频器或PLC与变频器结合为核心，这样所构成的系统都能达到较为理想的控制效果。对PLC与单片机在供水系统中应用的一些主要方面做了简单的比较如表1所示：
表1 PLC与单片机在供水系统中应用的比较
硬件 软件 抗干扰能力 经济成本
单片机 电路相对复杂
需要有较多的外围元件 程序设计复杂
程序修改麻烦 较差 低
ＰＬＣ 体积小、高集成
有多种扩展模块 编程简洁直观
程序修改简单 很强 高
通过上表的比较，从经济方面考虑，由于PLC工艺的日渐成熟，小型PLC的成本与单片机相差不大，为了实现通用性，要求能够根据现场的使用情况方便的修改、调整系统控制参数，对于供水系统来说，时间参数变化较多，与单片机相比PLC的软件中时间参数的调整更简单。
基于以上原因，选用了PLC与变频器结合来实现对高楼的恒压供水，再加上变频器内置的PID调节与DBS 316A型压力变送器，使软件程序的设计简单化，硬件接口简易可行、提高系统运行的可靠性，特别是整个系统的稳定性和抗干扰能力很强，不仅改变传统用阀门控制水量的多少，也改善了传统控制方法的故障率较高的弱点，而且在节能、恒压控制等方面均有非常好的使用效果。
1.2变频恒压供水系统的国内外研究现状
国外生产的变频器国威通用型且单机控制（即一台变频器拖动一台电机），功能主要是限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制及各种保护功能。应用在中、大容量的变频恒压供水系统中，为了满足供水量大小需求不同时，保证水管管网压力恒定，需在变频器外部提供压力闭环调节；多台水泵的循环控制需外部提供逻辑控制；在变频与工频电源的切换技术上，大多采用主电路串接软启动器降压启动的方法。八十年代中期进入中国市场的日本公司Samoc，近期推出了独有的恒压供水基板，备有“变频泵固定方式”、“变频泵循环方式”两种模式。它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上，通过设备指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能，只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多7台电机（泵）的供水系统。该设备简化了电路结构，提高了系统的可靠性，降低了设备成本，但其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，并且限制了带负载的容量，因此使用范围受到限制。
目前国内有不少公司在做变频器恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转速，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器（PLC）予以实现；有的采用单片机及相应的软件予以实现，本文组要采用的是PLC控制。这两种控制方案，从可靠性方面来讲，PLC优于单片机，从经济性方面来讲，单片机优于PLC。在变频与工频电源的切换技术上，多数采用前面提及的主电路串接软起动器的方法进行降压起动，也有采用切换时封锁变频器的控制脉冲，使变频器输出为零，切换到工频电源上。这两种方法，前者容易实现，软启动器一般为成品部件，但设备投资较大；后者设备投资少，但频率波动大，易引起水管管网压力不稳定。深圳华为电气公司看到了变频恒压供水的潜在市场，于近期推出了恒压供水专用变频器（5.5KW～45KW），无需外接PLC和PID调节器，可完成最多4台水泵的循环切换、定时起停和定时循环。该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成早变频器内部实现，其输出接口限制了带负载的容量，因此只适用于中小容量的系统。
可以看出，目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究中，对于大中容量恒压供水系统存在的水压闭环控制和变频电源与工频电源的无扰动平稳切换问题没有得到根本解决。因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能并且降低种大容量系统的投资成本。
1.3 PLC的发展概况
PLC是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。它问世于20世纪60年代，当时的PLC功能都很简单，只有逻辑、定时、计数等功能；硬件方面用于PLC的集成电路还没有投入大规模工业生产，CPU以分立元件组成；存储器为磁心存储器，存储容量有限；用户指令一般只有二三条，还没有成型的编程语言；机型单一，没有形成系列。一台可