PLC在農田灌溉恒壓供水控制中的應用

姜坤

(新鄉職業技術學院電子信息系,河南鄭州,453000)

1 系統工作原理

當前，對PLC恒壓供水系統的研究主要針對各種機會和不同的氣候，并將最新的控制技術，網絡和變頻恒壓供水系統與通信功能相結合，以達到預期的效果。但是，對每項措施的研究還不夠徹底和不夠強大。在這種情況下，就要進一步研究改善恒壓供水系統，使其更好地服務、服務生活恒壓給水指的是不限制用水量的大小，使給水管網的水壓保持在大約一定的水平，從而滿足用戶對用水量的需要，不會使發動機空轉，造成電能的浪費。恒壓供為了實現，利用水力排管網壓力傳感器采集信號，這個信號，標準模擬量信號轉換成plc的模擬量輸入模塊反饋，plc在pid控制算法在頻率轉換器控制供水泵馬達的旋轉速度，同時調整，編程實現了供水泵馬達。數量的增減由此達到一定控制管網水壓的目的。

圖1 工作原理圖

2 PLC在農田灌溉恒壓供水中的任務

（1）更換以前的接觸式繼電器控制電路，以提高系統的穩定性。（2）用數字輸入代替舊的硬件按鈕，以提高系統的安全性。（3）變頻調速的功率（驅動控制）。（4）泵站的中心，主要負責邏輯控制。除了泵組的正常運行和管理之外，泵站還具有許多邏輯控制任務，例如手動和自動運行轉換，泵站的運行狀態顯示等。

3 系統總體方案改進設計

3.1 變頻恒壓供水原理

作為系統中設置的壓力測量設備的變頻器恒壓供應的基本原理是將系統壓力信號與設置值進行比較，通過控制器調整變頻器的輸出，并旋轉泵。 速度是無級的。 通過調節泵的數量并改變系統的液壓流量，可以在一定范圍內實現出色的穩定性。

3.2 系統技術要求

(1）供水壓力的正常設定值為0.5Mp，供水壓力范圍為0.1mpawa至00.6Mpa，允許壓力范圍為±1%。

(2）由4個水泵供水，這些水泵可以自動或手動控制。

(3）系統安全可靠，具有短路，無電壓，掉電保護，自動硬件鎖定，聯鎖，故障報警等保護功能。

3.3 控制系統的配置和控制過程

3.3.1 控制系統配置

根據系統的技術要求，該系統采用目前比較先進的交流變頻恒壓恒壓供水控制方案。當前系統主要由PLC，變頻器，儲水箱，給水單元和儀表組成。

3.3.2 系統的控制過程

主要就是及時的用壓力計檢測出當前管網的壓力值，然后發送到PLC。PLC在對測量值和設置值進行比較之后，用PID進行調節，將控制量傳送給反相器，以控制泵的單元。開始泵的頻率變頻器啟動。水力不足的時候，第一剪下的泵頻率開車，第二的頻率變換泵，這樣，第四的水泵起動之前，水泵停止時，首先第一個頻率泵停止，最后頻率變動換器泵停止。

4 硬件系統改進設計

4.1 主機選擇與設計

4.1.1 主機選擇

變頻恒壓供水系統的技術要求可以提供數據通信，收集，監視，管理和實時顯示功能。因此，該系統主要采用時間的主要結構。換句話說，上層計算機和下層計算機受到控制。上位機由PLC控制，下位機由串行接口管理。易于操作且非常受認可。使用強大的全面功能，并與Windows軟件平臺一起形成強大的控件管理系統。程序控制器（PLC）具有許多優點，例如易于編程，使用方便，功能強大，性能和價格高，可靠性高以及抗干擾能力強，因此可以在工業生產和日常生活中使用。PLC產品的系統化和模塊化使用戶可以靈活地配置各種大小和需求的控制系統。

4.1.2 主機PLC設計

(1）估算I/0模塊分數。當前PLC系統所需的I/0分數與所訪問的輸出設備的類型有關。實際選擇通常需要10%到15%的空閑時間。根據控制要求，該系統估計除了電壓，電流，功率，壓力，溫度，流量以及其他相關的模擬輸入和輸出點之外，還具有20個數字輸入和輸出點。

(2）估計內存容量。PLC程序的存儲容量通常以字節為單位。在該系統中，數字輸入所需的存儲字數為10x10=100b，數字輸出所需的存儲字數為12x8=96b。

(3）根據以上計算，系統存儲容量需要2756b，考慮到程序存儲空間和備用存儲空間，備用估計系統需要5kb。

4.2 選擇變頻器

當前變頻器是控制泵速度，跟蹤來自PID控制器的控制信號以更改速度調節泵的工作頻率并完成速度調節泵的速度控制的單元。該系統中的變頻器以周期性的工作模式使用化學藥品，并調整變頻器的速度以啟動泵，但是該系統是第一個系統，因為供水尚未達到用水量。打開變頻器的電源，然后停止泵。變頻器將變頻器轉換為其他泵電動機并拖動驅動。

4.3 變頻器

在我國，發電廠交流輸出的頻率恒定為50Hz。因此，通過更改頻率，可以直觀，方便地更改電動機的運行速度。換句話說，變頻器的功能是通過改變頻率來控制電動機的運行速度。市場上常見的變頻器大致可分為三類：U/f控制，滑差頻率控制和矢量控制。這種PLC恒壓供水方法仍然非常流行，在大型環境中易于實施，因為這些類型的變頻器非常適合于改變電動機的運行速度。

4.4 壓力變送器

當控制系統檢測到控制量時，會通過變壓器將信息發送到系統，并調整系統的智能性。壓力變送器通過安裝在輸水管網中的壓力傳感器將模擬信號轉換為數字信號，將壓力信號轉換為數字信號，然后將其發送至變頻器，然后變頻器確定電動機的運行速度。調整系統中使用的傳感器體積小，重量輕，易于使用且實用。

5 軟件系統改進設計

第一個水泵將調整變頻運行。同樣，如果第二個和第一個水泵的輸出未達到指定的水壓，則第三個水泵將參與工作，第一個水泵將具有可變的頻率，直到達到指定的水壓。將繼續與之合作。如果水壓很高，并且三個水泵的輸出達到最大值，但不足以達到水壓，則逆變器將發出警告并關閉。此時，將啟用手動模式，并且供水穩定，可用于修復系統問題。

5.1 控制器設計

5.1.1 選擇控制器控制算法

變頻調速恒壓供水系統是一個時變，非線性小，滯后時間短，不穩定的模型。系統采用出水管網的水壓作為控制量，因此出水管網的實際壓力與設定的供水壓力相匹配。設定水壓可以是恒定的，當前的時分函數或每個時段恒定的。

5.1.2 控制周期的選擇和PID參數的自整定

取決于系統控制質量要求，控制周期Tc將更小并且控制效果將得到改善。但是，該系統中使用的電控閥的響應速度太慢，以至于T太短，致動器無法及時響應。控制的目的無法實現。從經驗控制周期開始，壓力測量為3.1秒和8秒。綜合以上因素，系統定時采樣時間為200ms，一次存儲定時采樣時間，調整對應值，然后調整算術平均值進行濾波。過濾周期和控制周期均為6.4秒。

5.2 改進的軟件程序設計

系統編程主要是關于及時采用模塊化設計技術，包括主程序，定時采樣子程序，PID控制子程序，參數顯示子程序和故障報警子程序。

6 結論

使用PLC控制變頻器以實現恒壓供水。與其他供水方式相比，系統啟動平穩，啟動電流小，避免了電動機啟動時電動機對電網的影響，可以延長泵和閥門的使用壽命。消除了啟動和關閉時的水錘效應。降低自來水生產成本并改善供水質量。