摘要：本文以采用變頻器和PLC組合構(gòu)成系統(tǒng)的方式，以某居民小區(qū)水泵電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)為對(duì)象，實(shí)現(xiàn)水壓恒定供水。設(shè)備選用了在生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列(CPU222)的PLC和MM430泵類專用的變頻器，達(dá)到小投入，大回報(bào)效果。并運(yùn)用模糊控制對(duì)其進(jìn)行控制，實(shí)驗(yàn)效果理想，達(dá)到所控要求。

關(guān)鍵詞：變頻器,PLC,模糊控制,恒壓

1.引言

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人們對(duì)生活品質(zhì)要求的不斷提高，多層建筑小區(qū)及高程建筑不斷出現(xiàn)，能夠提供經(jīng)濟(jì)，環(huán)保，節(jié)能和高品質(zhì)的用水也成為當(dāng)下的問(wèn)題之一。變頻恒壓供水的調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。目前變頻恒壓供水系統(tǒng)正向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制、多品種系列化的方向發(fā)展。追求高度智能化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，是未來(lái)供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)中成片開發(fā)、智能樓宇、網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢(shì)。

此次設(shè)計(jì)研究的對(duì)象是一棟樓房的供水系統(tǒng)。這棟樓有12層，由于高層樓對(duì)水壓的要求高，在水壓低時(shí)，高層用戶將無(wú)法正常用水甚至出現(xiàn)無(wú)水的情況，水壓高時(shí)將造成能源的浪費(fèi)。自來(lái)水廠送來(lái)的水先儲(chǔ)存的水池中再通過(guò)水泵加壓送給用戶。通過(guò)水泵加壓后，必須恒壓供給每一個(gè)用戶。

2.設(shè)備選擇

系統(tǒng)設(shè)計(jì)本著高品質(zhì)，小投入，大回報(bào)的要求，選用選用S7-200系列的PLC（CPU222），變頻器選用西門子泵類專用的變頻器MM430。在控制過(guò)程中，電控系統(tǒng)由S7-200完成，模糊PID控制由變頻器完成。最后，對(duì)變頻恒壓供水系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，對(duì)該系統(tǒng)在供水中所取得的節(jié)約電耗、恒定壓力、保護(hù)管網(wǎng)等進(jìn)行了測(cè)試，并運(yùn)用模糊控制對(duì)其進(jìn)行仿真測(cè)試，得到滿意結(jié)果。

3.模糊控制分析

在一個(gè)本系統(tǒng)中，模糊控制器是其核心，其包含了所要使用的模糊算法和解決所相關(guān)模糊性的必要成分。它由下列四個(gè)基本單元構(gòu)成：模糊器，模糊規(guī)則，模糊推理，去模糊化。其結(jié)構(gòu)示意圖如下：

圖2模糊過(guò)程

在這個(gè)模糊控制器輸入量u即壓力傳感器的輸入量包含兩個(gè)變量：誤差率e和誤差變化率r。模糊控制器的建立主要包括以下幾個(gè)方面：

一．通過(guò)隸屬度函數(shù)將輸入量u轉(zhuǎn)換成一個(gè)二值的或具有一定隸屬度的確切變量的模糊集，常用的隸屬度函數(shù)有：

1.B樣條隸屬函數(shù)，其形式如下

B樣條隸屬函數(shù)是一個(gè)簡(jiǎn)單地分段多項(xiàng)式函數(shù)，它被廣泛用于曲線擬合。

k階B樣條基函數(shù)可以對(duì)一個(gè)明確的表達(dá)（k=1）建模，若應(yīng)用于3階或4階B樣條基函數(shù)時(shí)，則能生成更平滑的2階或3階映射，如圖所示。

2.高斯隸屬函數(shù)

高斯隸屬函數(shù)定義如下：

其中，高斯函數(shù)的中心構(gòu)成初始化的參數(shù)集合。適當(dāng)?shù)恼{(diào)整中心和寬度，可以得到理想的高斯函數(shù)。

一．輸出與輸入量的模糊集設(shè)定和模糊規(guī)則

定義e和r以及V的模糊集為{bn，mn，sn,o,sp,mp,pb}。其中bn，mn，sn,o,sp,mp,pb分別代表負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大模糊語(yǔ)言變量。分別代表壓力誤差率e，誤差變化率r及變頻器的輸出值的變化率V。其模糊規(guī)則見下表：

表1模糊規(guī)則

4.實(shí)驗(yàn)仿真及結(jié)論

本仿真中所用PID控制規(guī)律為：

式中：Kp為比例系數(shù)；Ti為積分時(shí)間常數(shù)；Td為微分時(shí)間常數(shù)。相應(yīng)的傳遞函數(shù)形式：

通過(guò)matlab仿真得到如下圖所示，圖中虛線為純PID控制，為實(shí)線加入模糊控制器的PID控制。通過(guò)分析，其純PID控制過(guò)程相對(duì)于后者有明顯的滯后，且反應(yīng)時(shí)間及調(diào)整時(shí)間都較長(zhǎng)。

在本次設(shè)計(jì)中，模糊控制在變頻控制中起了不小的作用。由于在供水系統(tǒng)中，樓層用戶數(shù)量及用水量不易確定，致使系統(tǒng)模型不能夠準(zhǔn)確確定，而針對(duì)這一問(wèn)題模糊控制可有效控制并達(dá)到理想結(jié)果。

圖3仿真對(duì)比圖

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作者簡(jiǎn)介

姓名：王猛出生年月：1987年2月性別：男學(xué)歷：研究生

所屬單位：青島科技大學(xué)職務(wù)職稱：學(xué)生當(dāng)前研究課題：OFDM技術(shù)應(yīng)用

研究方向：無(wú)線通信應(yīng)用