1 引言
恒壓供水主要用于鍋爐、樓宇、工業廠房供水等眾多給水行業，關于恒壓供水項目控制系統技術方案比較成熟，實現方法也比較多，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整合應用等多種架構，其原理和核心控制思路都是采用pid反饋控制模型，實現無負壓恒壓供水。本文介紹基于臺達觸摸屏plc的恒壓變頻恒壓供水設計方案，主要體現臺達系統集成應用技術方案提供完善的自動化系統。
2 系統設計
2.1 恒壓供水原理
根據設備工作要求設定系統給定壓力(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，二者數值大小比較后生成偏差值et，按照調整好的比例系數kp、積分系數ki、微分系數k0，plc控制程序pid指令運算結果控制輸出mv值，轉換為模擬量(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速，達到調節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指令算法構成反饋控制回路，達到恒壓供水控制要求，原理設計如圖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控制程序中關于采集管道壓力處理
濾除掉06xa模塊采集數字量0～4000之外的數值，根據壓力傳感器和壓力變送器量程對應關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，同時轉換為頻率數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 配置設計
控制系統技術方案配置如表2所示。元件表格列舉出控制系統主要控制原件，其他輔助器件未給出。
3 基于臺達hmi宏程序的動畫設計
人機界面設計提供直觀生動的供水管理監控。人機界面主要有3個畫面，實現參數設置和實時顯示，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。水泵運行動畫動態顯示畫面如圖7所示。
圖6 供水系統主畫面
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軟件生動，但是還是把工業現場的運行狀態真實表現出來，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根據兩臺水泵不同運行狀態分別調用submacro 1和submacro 2。
圖8 clock macro
submacro 1用于顯示水泵1的動態運行水流動畫顯示，見圖9。
圖9 submacro 1
submacro 2用于顯示水泵2的動態運行水流動畫顯示，見圖10。
圖10 submacro 1
4 結束語
臺達機電產品整合應用完成恒壓供水系統功能全面滿足工程需求，用戶十分肯定臺達產品，通過本案介紹提供給成熟可靠的技術方案，應用hmi與plc集成設計，提供功能全面的自動化控制技術。
作者簡介
孫承志(1979-) 男 電氣工程師，主要從事電氣控制系統設計和研發工作，現供職于中達電通股份有限公司沈陽機電業務處，產品應用工程師(fae)，負責臺達自動化產品整合應用技術支持。
參考文獻
[1] 臺達dvp－plc應用技術手冊程序篇
[2] 臺達dvp－plc應用技術手冊特殊模塊篇
[3] 臺達dop系列人機界面應用技術手冊
[4] 臺達vfd－f系列交流變頻器使用手冊
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
