摘要：本文以采用變頻器和PLC組合構成系統的方式，以某居民小區水泵電動機控制系統為對象，實現水壓恒定供水。設備選用了在生產中應用最為廣泛的西門子公司生產的S7-200系列(CPU222)的PLC和MM430泵類專用的變頻器，達到小投入，大回報效果。并運用模糊控制對其進行控制，實驗效果理想，達到所控要求。

關鍵詞：變頻器,PLC,模糊控制,恒壓

1.引言

隨著現代經濟的不斷發展和人們對生活品質要求的不斷提高，多層建筑小區及高程建筑不斷出現，能夠提供經濟，環保，節能和高品質的用水也成為當下的問題之一。變頻恒壓供水的調速系統可以實現水泵電機無級調速，依據用水量的變化自動調節系統的運行參數，在用水量發生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是當今最先進、合理的節能型供水系統。目前變頻恒壓供水系統正向著高可靠性、全數字化微機控制、多品種系列化的方向發展。追求高度智能化、系列化、標準化，是未來供水設備適應城鎮建設中成片開發、智能樓宇、網絡供水調度和整體規劃要求的必然趨勢。

此次設計研究的對象是一棟樓房的供水系統。這棟樓有12層，由于高層樓對水壓的要求高，在水壓低時，高層用戶將無法正常用水甚至出現無水的情況，水壓高時將造成能源的浪費。自來水廠送來的水先儲存的水池中再通過水泵加壓送給用戶。通過水泵加壓后，必須恒壓供給每一個用戶。

2.設備選擇

系統設計本著高品質，小投入，大回報的要求，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。在控制過程中，電控系統由S7-200完成，模糊PID控制由變頻器完成。最后，對變頻恒壓供水系統進行調試，對該系統在供水中所取得的節約電耗、恒定壓力、保護管網等進行了測試，并運用模糊控制對其進行仿真測試，得到滿意結果。

3.模糊控制分析

在一個本系統中，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模糊性的必要成分。它由下列四個基本單元構成：模糊器，模糊規則，模糊推理，去模糊化。其結構示意圖如下：

圖2模糊過程

在這個模糊控制器輸入量u即壓力傳感器的輸入量包含兩個變量：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方面：

一．通過隸屬度函數將輸入量u轉換成一個二值的或具有一定隸屬度的確切變量的模糊集，常用的隸屬度函數有：

1.B樣條隸屬函數，其形式如下

B樣條隸屬函數是一個簡單地分段多項式函數，它被廣泛用于曲線擬合。

k階B樣條基函數可以對一個明確的表達（k=1）建模，若應用于3階或4階B樣條基函數時，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

高斯隸屬函數定義如下：

其中，高斯函數的中心構成初始化的參數集合。適當的調整中心和寬度，可以得到理想的高斯函數。

一．輸出與輸入量的模糊集設定和模糊規則

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分別代表負大，負中，負小，零，正小，正中，正大模糊語言變量。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。其模糊規則見下表：

表1模糊規則

4.實驗仿真及結論

本仿真中所用PID控制規律為：

式中：Kp為比例系數；Ti為積分時間常數；Td為微分時間常數。相應的傳遞函數形式：

通過matlab仿真得到如下圖所示，圖中虛線為純PID控制，為實線加入模糊控制器的PID控制。通過分析，其純PID控制過程相對于后者有明顯的滯后，且反應時間及調整時間都較長。

在本次設計中，模糊控制在變頻控制中起了不小的作用。由于在供水系統中，樓層用戶數量及用水量不易確定，致使系統模型不能夠準確確定，而針對這一問題模糊控制可有效控制并達到理想結果。

圖3仿真對比圖

參考文獻：

[1]張國良,曾靜等.模糊控制及其MATLAB應用[M]西安：西安交通大學出版社,2002

[2]陸秀令,楊小文.PLC控制的恒壓變頻供水系統[J].《自動化儀表》第25卷第4期.2004：10—21

[3]陸建勤.PLC及變頻器在恒壓變量供水系統中的應用[J].機床電器2005.4：105—111

[4]陸靜逸，楊風，郭名君，李鵬.基于PLC的模糊變頻無級調速系統［J］.2012.02：50—55

作者簡介

姓名：王猛出生年月：1987年2月性別：男學歷：研究生

所屬單位：青島科技大學職務職稱：學生當前研究課題：OFDM技術應用

研究方向：無線通信應用