基于PLC的模糊控制恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計答辯

上傳人:san****019 文檔編號:21001274 上傳時間:2021-04-22 格式:PPT 頁數(shù):37 大?。?80KB
收藏 版權(quán)申訴 舉報 下載
基于PLC的模糊控制恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計答辯_第1頁
第1頁 / 共37頁
基于PLC的模糊控制恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計答辯_第2頁
第2頁 / 共37頁
基于PLC的模糊控制恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計答辯_第3頁
第3頁 / 共37頁

下載文檔到電腦,查找使用更方便

9.9 積分

下載資源

還剩頁未讀,繼續(xù)閱讀

資源描述:

《基于PLC的模糊控制恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計答辯》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《基于PLC的模糊控制恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計答辯(37頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、論文題目: 基于PLC的模糊控制恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計 一.論 文 工 作 簡 介 1 課題提出的背景和意義 近年來,隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷提高,城市建設(shè)步伐的加快,城區(qū)不斷擴大,樓房的不斷加高,對城市供水系統(tǒng)的供水性要求越來越高,同時現(xiàn)代消防安全保障,對城市供水系統(tǒng)也提出了更高的要求,傳統(tǒng)的供水方式越來越不適應(yīng)城市發(fā)展要求。傳統(tǒng)的供水方式主要有切換恒速泵組加壓供水、調(diào)節(jié)閥門供水、高位水塔供水等 。居民區(qū)用水,不同時段的用水量不固定 晝夜負(fù)荷變化大,例如:采用切換恒速泵組加壓方式供水,若供水系統(tǒng)用水量大,增加泵組,系統(tǒng)水壓可能會超過所需水壓,水壓高,既浪費電能源又易使水管爆裂,增加供水成本。同理

2、,若供水系統(tǒng)用水量減少泵組,系統(tǒng)水壓可能會低于所需水壓,水壓低,用樓房高層供不上水,高層居民會出現(xiàn)用水難問題,給生活用水帶來極大不便,也不利于消防安全。 2 供水系統(tǒng)控制方案確定 針對傳統(tǒng)生活用水供水系統(tǒng)中存在的水壓不穩(wěn)定、能源浪費等問題,如果單片機與變頻技術(shù)相結(jié)合,對傳統(tǒng)供水系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造PID算法編程難度大,系統(tǒng)在軟件設(shè)計工作量較大(難以確定數(shù)學(xué)模型),程序調(diào)試難度大,系統(tǒng)抗干擾性能較差。因此,本文提出了基于可編程控制器(PLC)的模糊控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計方案, 該控制系統(tǒng)是以PLC為核心,與變頻器、壓力傳感器等器件有機結(jié)合起來,構(gòu)成了變頻恒壓供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以管網(wǎng)水壓為設(shè)定

3、 參數(shù),采用實用有效的模糊控制算法,通過控制變頻器的輸出頻率來自動調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速, 并根據(jù)用水量的大小,由PLC控制水泵數(shù)量及變頻器對水泵的調(diào)速,實現(xiàn)恒壓供水。 2 課題應(yīng)用范例 此系統(tǒng)已成功應(yīng)用于我所在學(xué)校生活區(qū)供水改造和新鄉(xiāng)市三利股份有限公司的沖壓車間供水改造。 二. 供水系統(tǒng)設(shè)計 1 供水系統(tǒng)主要功能 () 數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控 ()Fuzzy-PID調(diào)節(jié)控制()泵組切換控制() 變頻與工頻器切換控制() 顯示、故障報警() PLC與上位機聯(lián)網(wǎng) 2 供水系統(tǒng)控制方案分析 根據(jù)供水系統(tǒng)是用水量變化較大,且隨機性強的特點。因此,供水系統(tǒng)控制方案宜采用多臺泵組并聯(lián)傳動取代傳統(tǒng)的一臺或兩臺大泵組傳

4、動,可以根據(jù)不同用水情況,合理地增加或切掉水泵,從而提高水泵工作效率,增加靈活性。采用是三臺泵附帶一臺輔助小泵仿案。由于變頻調(diào)速裝置的成本一般要占整個調(diào)速系統(tǒng)成本的四分之三,若采用一臺變頻調(diào)速器(VVVF)順序拖動四臺水泵的電機,可減少投資。由PLC控制四臺拖動水泵的電機啟動和停止 以及在工頻電網(wǎng)與變頻器輸出之間進(jìn)行切換運行,并通過程序控制自動實現(xiàn)(任意一臺泵連續(xù)運行超過規(guī)定時間)停機輪休,防止燒壞變頻器,從而延長泵組的使用壽命 3 供水控制系統(tǒng)的組成供水控制系統(tǒng)的原理框圖及系統(tǒng)主電路如圖所示。 供水控制系統(tǒng)主要由4臺水泵機組、可編程控制器(PLC)、泵類專用變頻器、壓力變送器和水位傳感器一起

5、組成一個完整的具有變頻調(diào)速和全自動閉環(huán)控制功能的機電一體化智能控制系統(tǒng)。其中還包括接觸器、熱繼電器、中間繼電器、空氣開關(guān)和斷路器等系統(tǒng)保護(hù)電器,實現(xiàn)對變頻器、電機和PLC的有效保護(hù),以及對電機的切換控制。為保證供水系統(tǒng)正常運行和便于系統(tǒng)調(diào)試和定期檢修,控制系統(tǒng)設(shè)有手自動切換開關(guān)。 4.系統(tǒng)硬件設(shè)計 (1)PLC 根據(jù)系統(tǒng)的要求,選用近幾年西門子公司推出的 S7200 22X系列產(chǎn)品CPU226模塊作為控制核心。CPU226模塊的 1O總數(shù)為 40點,其中輸入點 24點,輸出點 16點 CPU22X系列產(chǎn)品指令豐富、速度快、具有較強的通信能力??蓭?7個擴展模塊;內(nèi)置高速計數(shù)器6個,具有PID控

6、制器的功能;有2個高速脈沖輸出端;通訊中斷,硬件輸入中斷; 2個RS485通信口;運行速度快、功能強,適用于要求較高的中小型控制系統(tǒng)。 (2)變頻器 選取一臺西門子Mi-croMaster430 泵類專用變頻器, (3)壓力變送器 選用由金華自動化儀表設(shè)備廠生產(chǎn)的DBS316A系列壓力變送器。測量范圍在0MPa6MPa之間 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 編程軟件采用西門子公司開發(fā)的編程軟件-STEP 7MicroWIN32,它支持所有西門子生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品。 該編程軟件采用的是典型的Windows界面,菜單界面、編程界面、監(jiān)控界面等可同時以窗口形式相疊或平鋪顯示,可以通過快捷鍵在各個窗口之間進(jìn)行移動和切換

7、,這給調(diào)試程序和現(xiàn)場監(jiān)控帶來了便利。各種功能切換和指令的輸入既可用軟件上的鍵盤快捷操作鍵操作,也可用鼠標(biāo)點擊圖標(biāo)操作 用這個軟件來實現(xiàn)對PLC程序輸入及編輯;用戶程序檢查與調(diào)試;運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)的監(jiān)控及測試;系統(tǒng)寄存器、PLC和系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置;系統(tǒng)組態(tài);程序清單和監(jiān)控結(jié)果等文檔的打印;數(shù)據(jù)傳輸及文件管理等功能。 (1) PLC的IO地址分配 PLC的IO地址分配表表2所示。 根據(jù)系統(tǒng)的要求,恒壓供水控制系統(tǒng)的設(shè)計主要涉及了16個數(shù)字量輸入和 2個模擬量輸入,16個數(shù)字量輸出。設(shè)置7個操作鍵、9個開關(guān)量傳感器和2個模擬量傳感器作輸入信號;這7個操作鍵是自動方式開關(guān)、手動方式開關(guān)、停止按鈕及4個在手

8、動控制下控制水泵機運行按鈕開關(guān),9個傳感器,4個反映水泵電機堵轉(zhuǎn)故障的熱繼電器開關(guān)信號,2個反映水位繼電器開關(guān)信號,2個反映變頻器電壓與頻率信號上下限開關(guān)信號,1個反映開關(guān)量壓力設(shè)定值信號;其中擴充了1個EM231的模擬量輸入模塊,主要是用于測量水壓值和流量值 。另外擴展了1個直流輸出摸塊(EM 222 8DC24V)的數(shù)字量輸出模塊,以提供更多的輸出點數(shù)。 (2) PLC軟件編程 整個系統(tǒng)PLC既有開關(guān)量輸入/輸出,又有與變頻器和PLC的通信,因此在PLC控制軟件編程上采用模塊式結(jié)構(gòu)。 主要程序有 主程序 事件處理子程序 硬件中斷程序 定時中斷程序等, a 水泵起動運行子程序設(shè)計 水泵運行子

9、程序流程圖如下圖 在主程序中,PLC上電初始化,檢測系統(tǒng)各部分狀態(tài)信息,若有報警信息則首先發(fā)出警告,若無報警信息,則開始從1號泵變頻起動,實時檢測出水壓力并進(jìn)行PID運算,控制變頻器的輸出頻率,保持供水壓力恒定;若變頻器頻率達(dá)到50Hz延時后,出水壓力仍低于設(shè)定壓力,則將1號泵切換為工頻,變頻起動2號泵,以維持系統(tǒng)壓力恒定并依此類推。若出水壓力超過設(shè)定壓力,則變頻器降低輸出頻率來穩(wěn)定出水壓力。若變頻器輸出頻率,低于設(shè)定水泵出水頻率,而出水壓壓力仍高于設(shè)定壓力值時,延時一段時間后根據(jù)軟起/軟停的原 則,停止正在運行水泵中頻率最低的幾乎停止的變頻泵,在延時,判斷壓力,若壓力很高,則切換1號泵變頻運

10、行,直到壓力恒定。如果用水量比較小,即流量小,若系統(tǒng)只有一臺水泵變頻運行,且連續(xù)一段時間頻率低于設(shè)定出水頻率,則切除變頻運行主泵,這時起動小流量富足輔助泵來維持壓力,直至出水壓力達(dá)到設(shè)定值。投入小流量泵,這樣既保護(hù)主泵電動機,又能節(jié)約能源。 b 參數(shù)自動調(diào)整修正因子Fuzzy-PID控制算法子程序設(shè)計 以水壓實際測量值與設(shè)定值的誤差大小作為選擇的條件,在大誤差范圍內(nèi),采用自調(diào)整修正因子Fuzzy控制,以提高動態(tài)響應(yīng)速度,增強自適應(yīng)能力;在小誤差范圍內(nèi),于用PID控制,以消除靜態(tài)誤差,提高控制精度。同時,為了防止控制策略造成系統(tǒng)的切換過于頻繁,在誤差的切換點,系統(tǒng)規(guī)定不做切換,維持上一次的動作。

11、 壓力閉環(huán)Fuzzy-PID控制子程序流程圖如下圖。 供水系統(tǒng)的水壓自調(diào)整修正因子Fuzzy控制器具有良好的動態(tài)性能,能夠隨著誤差E的變化修改控制規(guī)則,有一定的自適應(yīng)能力,而不具備PID控制良好的靜態(tài)性能,為此,把PID控制引入自調(diào)整修正因子Fuzzy控制中,構(gòu)成自調(diào)整修正因于Fuzzy-PlD控制器 恒壓供水系統(tǒng)控制策略選擇是根據(jù)系統(tǒng)的信息,判斷是采用自調(diào)整修正因子Fuzzy控制,還是采用PID控制,控制策略選擇的基本原則是: 以誤差的大小作為自調(diào)整修正因子Fuzzy控制與PID控制的切換條件:|E|=Eb,為切換點; 在大誤差范圍內(nèi)(|E|Eb),采用自調(diào)整修正因子Fuzzy控制 在誤差切

12、換點(|E| = Eb)以及系統(tǒng)允許誤差范圍內(nèi)(|E| Ea)系統(tǒng)保持上一次的動作。 在小誤差范圍內(nèi)(Ea |E|E b),采用PID控制,以消除靜態(tài)誤差,提高控制精度 三系統(tǒng)控制方法模糊控制1供水系統(tǒng)控制方式選擇 2 模糊控制系統(tǒng)構(gòu)成模糊控制器與常用的負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)相似,不同的是控制裝置由模糊控制器來實現(xiàn),本系統(tǒng)中采用二維模糊控制器。模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如如下圖所示。 3Fuzzy控制器的設(shè)計水壓閉環(huán)的基本Fuzzy控制器選用二維輸入單輸出模糊控制器,基本組成如圖所示。 y 管網(wǎng)實測水壓值 r系統(tǒng)設(shè)定值 e 誤差 e誤差變化率, u 系統(tǒng)的實時控制輸出修正量 Ke 誤差e的量化因子 Kec 誤差

13、變化率e的量化因子 Ku 為控制量u的比例因子 Fuzzy控制器控制算法設(shè)計主要有以下內(nèi)容: (1) 模糊控制器的輸入、輸出變量的論域及模糊控制器參數(shù)的確定 (2) 模糊推理及其模糊量的非模糊方法 (3) 模糊控制查詢表 (1) 模糊控制器的輸入、輸出變量的論域及模糊控制器參數(shù)的確定 A 確定選擇模糊語言變量并定義其論域 一個語言變量選用的語言值分檔越多,對事物的描述就越細(xì)膩、準(zhǔn)確、生動,制定的控制規(guī)則就比較靈活,控制規(guī)則本身也比較詳盡,因而控制效果就越好。但是語言值分檔太多,反而有可能使控制規(guī)則變得很復(fù)雜,編制程序比較困難,占用內(nèi)存儲器空間也較多;選擇較少的分檔,控制規(guī)則相應(yīng)變少,規(guī)則的實現(xiàn)

14、方便了,但過少的規(guī)則又會使控制作用變得粗糙而達(dá)不到預(yù)期效果。 模糊控制器的輸入語言變量為水壓給定值r與實際水壓y之間的誤差e及其誤差變化率e,輸出語言變量為控制變頻器輸出頻率的變頻器電壓給定值變化量u。這就為供水系統(tǒng)確定了一個雙輸入單輸出的模糊控制器。在模糊邏輯控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)控制過程中,控制周期為5s時,按系統(tǒng)實際控制經(jīng)驗,選取誤差e、誤差變化率e、輸出控制量u的基本論域(基本論域的選取可依據(jù)系統(tǒng)的實際情況適當(dāng)調(diào)整)分別為:-20,+20、-12, +12、-6,+6,對應(yīng)的模糊變量分別記為E、EC和U。 B 確定輸入語言變量E、誤差變化率EC及控制量U的賦值表 根據(jù)系統(tǒng)精度要求以及

15、系統(tǒng)實現(xiàn)復(fù)雜度的綜合考慮,將誤差e、誤差變化率e、輸出控制量u所對應(yīng)的語言變量E、EC、U分成9檔,每一檔對應(yīng)一個模糊子集: E = PL,PB,PM,PS,0,NS,NM,NB, NL EC =PL,PB,PM,PS,0,NS,NM,NB,NL U=PL,PB,PM, PS,0, NS,NM,NB, NL EEC和U的論域?qū)⒕_量離散化,劃分為13個等級,即 N=-n,-1,0,+1,n,取n=6,則 E =-6,-5,-4,-3,-2,-h 0,+1,+2,+3,+4,+5,+6 EC =-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,+l,+2,+3,+4,+5,+6 U =-6,-5,-4,-

16、3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4,+5,+6 C 根據(jù)控制對象的實際情況以及實際操作經(jīng)驗,確定控制過程的控制規(guī)則 (2) 模糊推理及其模糊量的非模糊方法 可根據(jù)模糊推理合成規(guī)則,求出其輸出語言變量論域上的模糊集合Ul。 模糊推理后,輸出的是一個模糊集合,還需要經(jīng)過模糊判決,得到精確的控制量。本系統(tǒng)模糊判決采用加權(quán)平均法(重心法) (3) 模糊控制查詢表 由模糊判決得到的實際控制量變化的精確量U。對模糊語言集合E、EC對應(yīng)的論域的全部元素的所有組合計算出相應(yīng)的以U的論域元素表示的控制量變化值,并組成矩陣,形成模糊控制 查詢表模糊控制查詢,這張表為可根據(jù)模糊控制規(guī)則及模糊推理離線計算得到,在實際系統(tǒng)中,可在試驗中不斷調(diào)整了控制表,使系統(tǒng)得到更好的控制效果。 將模糊控制表固存在計算機中。在控制過程中,計算機直接根據(jù)采樣和論域變換得來的以論域元素形式表現(xiàn)的E和EC,由控制表找到對應(yīng)的U,并以此去控制被控過程,以達(dá)到預(yù)期的控制目的。 敬 請 各 位 導(dǎo) 師 指 導(dǎo)

展開閱讀全文
溫馨提示:
1: 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
2: 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
3.本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
5. 裝配圖網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

相關(guān)資源

更多
正為您匹配相似的精品文檔
關(guān)于我們 - 網(wǎng)站聲明 - 網(wǎng)站地圖 - 資源地圖 - 友情鏈接 - 網(wǎng)站客服 - 聯(lián)系我們

copyright@ 2023-2025  zhuangpeitu.com 裝配圖網(wǎng)版權(quán)所有   聯(lián)系電話:18123376007

備案號:ICP2024067431-1 川公網(wǎng)安備51140202000466號


本站為文檔C2C交易模式,即用戶上傳的文檔直接被用戶下載,本站只是中間服務(wù)平臺,本站所有文檔下載所得的收益歸上傳人(含作者)所有。裝配圖網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對上載內(nèi)容本身不做任何修改或編輯。若文檔所含內(nèi)容侵犯了您的版權(quán)或隱私,請立即通知裝配圖網(wǎng),我們立即給予刪除!