PLC及变频器在污水泵站控制系统中的应用

　　随着国民经济的飞速发展和城市规模的不断扩大,对市政建设和管理提出了更高的要求。本泵站位于天津经济技术开发区，根据片区定位要求，泵站采用全自动控制。PLC及变频器为泵站的控制核心环节。PLC、变频器及测量元件组成了闭环控制系统，通过变频调速实现了节能要求。PLC及变频器的使用免去了许多繁琐的人工操作以及一些安全隐患，很好的适应了生产需要，相应了国家低碳绿色经济的号召。

1 、控制系统组成

　　本控制系统主要由PLC、变频器及测量元件组成。

　　1.1 PLC

　　本工程采用西门子S7-300PLC，PLC主要包括PLC电源模块、CPU模块、以太网模块、主机接口模块、扩展接口模块、PID控制模块、模拟量输入模块、数字量输入模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块及STEP7V5.2工业软件STEP7是西门子SIMATIC工业软件中的一员。SIMATIC可编程逻辑控组态就是模拟真实的PLC硬件系统,将CPU、电源和信号模块等设备安装到相应的机架上,并对PLC硬件模块的参数进行设置和修改的过程。当用户需要修改模块的参数或地址,需要设置网络通讯,或者需要将分布式外设连接到主站的时候,都要做硬件组态。在S7-300中PID功能是通过PID指令功能块实现。通过定时（按照采样时间）执行PID功能块，按照PID运算规律，根据当时的给定、反馈、比例－积分－微分数据，计算出控制量。

　　1.2 变频器

　　变频器是把工频电源变为各种频率的交流电源，从而实现电机的无级调速。变频调速的核心是变频器的数字控制系统，主要硬件设备有微处理器、接口电路及外围设备。本工程中选用ABB公司ACS510变频器，变频器送入信号由PLC提供，同时将电机转速信号反馈给PLC，实现闭环控制。

　　1.3 超声液位差计及变送器

　　选用测量范围为0～10米的超声波液位差计，并带3个继电器输出接点，输出的电流信号为4mA～20mA。

2 、控制原理

　　控制系统的设计输入液位由工艺专业提供。系统输出由超声波液位差计测量，1#、2#、3#、4#水泵根据泵井的液位情况确定是否启动、变频工作或是工频工作。供水系统控制原理如图1所示。

图1 水泵控制原理图

3、PID 控制的PLC 实现

　　在有模拟量的控制系统中,经常用到PID运算来执行PID回路的功能。PID回路指令的编程和实现都非常方便，PID控制广泛应用于闭环控制系统中，PID控制器调节回路输出，为了使系统达到稳定状态，应让偏差△e趋于0。在模拟系统中PID算法表达式为：

　　由于PLC控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差来计算控制量。因此，在PLC控制系统中，必须对式(1)进行离散化处理，用数字形式的差分方程代替连续系统的微分方程，离散后的位置算法PID算法表达式为：

　　为便于实现将公式（2）改为递推式：