2008年第4期 漳州师范学院学报(自然科学版) No. 4. 2008年 （总第62期） Journal of Zhangzhou Normal University（Nat. Sci.） General No. 62 文章编号:1008-7826(2008)04-0074-04

基于PLC的水位模糊控制器设计

洪清辉

（漳州师范学院 物理与电子信息工程系, 福建 漳州 363000）

摘 要：水位控制广泛应用于工农业生产与民用生活. 针对水位控制类变频调速控制系统的实际运行情况，

本文运用模糊控制理论与最优控制方法，以系统效率最大为目标，提出了一种基于PLC的水位模糊控制器，它

能够把控制系统用水要求与系统效率优化有效的结合起来，改善了这类系统的控制策略与运行方式，从而较大的

提高系统的运行效率. 文中同时提出采用PLC控制程序来实现该水位模糊控制器的功能，对PLC控制程序进行

调试验证了该水位模糊控制器的节能效果.

关键词：水位控制系统 ; 模糊控制器 ; PLC

+中图分类号: TP273.4 文献标识码: A

1 引言

节能是我国社会经济能否保持可持续发展的一个重大问题. 水位控制广泛应用于工农业生产与民用生活，其用电量大，是节能研究的主要内容之一. 对变频调速水位控制系统的实际运行情况研究发现，目前国内在这方面普遍采用恒水位或恒压力变频调速PID控制技

术，取得了一定的应用效果. 但由于这类控制系统忽视了水

泵-电机组效率，致使水泵-电机组经常处于低效区运行[1]；

另外，单目标的恒水位或恒压力控制不能保证电机经常处于

节能运行状态以充分发挥变频调速的节能功效，造成了变频

调速控制系统在实际运行中效率不高，节能效果未能充分体

现, 这也是变频调速控制技术多年来一直难以大规模采用

的原委之一. 水位控制类变频调速效率优化问题属于一类

复杂的多变量、离散性强的非线性系统控制问题，要求控制

系统在满足用水要求的同时，又要实现系统效率最优，采用

传统的控制策略很难获得简便、实用的解决方法. 本文结合

水位控制类系统的特点，运用模糊控制理论与最优控制方

法，以系统效率最大及满足用水要求为目标，设计一种模糊

控制器以改善这类系统的控制策略与运行方式，同时给出采

用PLC控制程序实现的此水位模糊控制器. 图1 水位模糊控制系统控制模型

2 水位控制系统效率及其运行模式分析

水位控制系统的效率主要由水泵的效率、电动机的效率和管道损失决定，本文主要研究水泵-电机组的效率问题. 由于水位控制系统的非线性、滞后性与时变性，采用传统的PID控制容易实现单目标，即水位恒定或水泵-电机组高效运行，而无法两者兼顾. 为此引入模糊控制，使系统能够最快地响应用户的用水要求并最大限度地工作在高效区，以期能充分发挥变频调速的节能功效，进一步提高系统的运行效率.

在分析变频调速水位控制的节能问题时，以不同转速下提供相同容积的水作比较得出[2]：水泵消耗的轴功率与异步电动机转速的三次方成正比，由此可知，水泵-电机组的效率与电机的转速成反比；其次，结合水泵与电机的效率特性，为使系统经常高效运行，不失一般性，设：水泵-电机组的高效率区为异步电动机的转速=0.6～1.0N (N为电动机的额定转速)；当电机转速=0.8N时，异步电动机的效率最佳. nnnnn

收稿日期: 2008-08-16

基金项目: 福建省教育厅基金资助项目(JA06024)

作者简介: 洪清辉(1963-), 男, 福建省龙海市人, 副教授, 高级工程师.