恒壓供水方案－PID閉環(huán)控制功能應(yīng)用 　概況 ●三臺(tái)立式離心泵由變頻器和可編程控制器為主體的控制柜控制取水灌溉，管道以環(huán)狀網(wǎng)為主體，主干管為直徑150、200和250mm的球墨鑄鐵管，支干管為直徑90mm的塑料管。全網(wǎng)裝有一百多個(gè)閘閥把水送到每個(gè)地塊，在閥門后接上水管配備微噴灌設(shè)施就可以灌溉。 　控制要求 ●維持水壓恒定 ●手動(dòng)－自動(dòng)供水選通運(yùn)用手動(dòng)，自動(dòng)兩種方式進(jìn)行供水。 ●三臺(tái)泵自動(dòng)切換運(yùn)行當(dāng)正在運(yùn)行的水泵不能滿足恒壓供水要求時(shí)，自動(dòng)增減運(yùn)行泵。由于系統(tǒng)采用一臺(tái)變頻器控制三臺(tái)水泵，而變頻器每次只能控制一臺(tái)水泵，因此除改變水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速外，還要在運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)增加和減少在工頻運(yùn)行的水泵的臺(tái)數(shù)來(lái)維持水壓恒定。所以事先確定增減水泵臺(tái)數(shù)的條件和次序非常重要。當(dāng)正在控制某臺(tái)水泵運(yùn)行的變頻器輸出頻率達(dá)到頻率上限，而管道中壓力傳感器反饋的電流信號(hào)值未達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，發(fā)出加泵信號(hào)，將變頻器控制下運(yùn)行的水泵投入工頻，并啟動(dòng)下一臺(tái)泵供水。當(dāng)管道中壓力傳感器反饋的電流信號(hào)值達(dá)到預(yù)設(shè)值，正在控制某臺(tái)水泵運(yùn)行的變頻器輸出頻率降到頻率下限時(shí)，發(fā)出減泵信號(hào)，切除在工頻運(yùn)行的一臺(tái)泵，若只有一臺(tái)泵運(yùn)行，則進(jìn)入休眠狀態(tài)。 ●當(dāng)外界停止用水時(shí)，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，直至有用水時(shí)自動(dòng)喚醒。 ●泵組及線路保護(hù)檢測(cè)報(bào)警 ●考慮到水泵電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)危險(xiǎn)，必須保證其頻率不低于10Hz，因此頻率上限設(shè)為工頻50Hz，下限設(shè)為20Hz進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)泵的切換與轉(zhuǎn)速的變化。 ●系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使水泵在變頻器和工頻電網(wǎng)之間的切換過(guò)程盡可能快，以保證供水的連續(xù)性，水壓波動(dòng)盡可能小，從而提高供水質(zhì)量。但元件動(dòng)作過(guò)程太快，會(huì)有回流損壞變頻器。 ●考慮到管網(wǎng)覆蓋面積大，泵站海拔相對(duì)低，遠(yuǎn)端供水壓力需維持3kg，因此泵站出水口壓力必須維持5kg（均為壓力表的顯示值）。 　變頻器PID控制原理簡(jiǎn)介 變頻器是水泵電機(jī)的控制設(shè)備，能按照水壓恒定需要將0～50Hz的頻率信號(hào)供給水泵電機(jī)，調(diào)整其轉(zhuǎn)速。 水壓由安裝在管網(wǎng)的干線上壓力傳感器檢測(cè)，并將其轉(zhuǎn)化為4～20mA的電流信號(hào)，反饋給變頻器和PLC。變頻器根據(jù)設(shè)定的給定值（變頻器控制端口AI1設(shè)定）和反饋的實(shí)際值（變頻器控制端口AI2反饋），即根據(jù)恒壓時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓設(shè)定值與從壓力傳感器獲得的反饋電流信號(hào)，利用PID控制自動(dòng)調(diào)節(jié)，改變頻率輸出值來(lái)調(diào)節(jié)所控制的水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，以保證管網(wǎng)壓力恒定要求。 恒壓供水系統(tǒng)的工作原理圖 恒壓供水系統(tǒng)的變頻器接線圖 一般按照工藝對(duì)控制性能的要求，來(lái)選擇比例常數(shù)Kp和積分常數(shù)Ki。比例控制KP加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，KP偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)。當(dāng)KP太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。若KP太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢;積分環(huán)節(jié)Ki通常使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。Ki太小系統(tǒng)將不穩(wěn)定。Ti偏小，振蕩次數(shù)較多。Ki偏大，對(duì)系統(tǒng)性能的影響減小。當(dāng)Ki合適時(shí)，過(guò)渡過(guò)程比較合理。微分控制Kd可以改善動(dòng)態(tài)特性，當(dāng)Kd偏大時(shí)，超調(diào)量δd較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，當(dāng)Kd偏小時(shí)，超調(diào)量δp也較大，調(diào)節(jié)時(shí)間也較長(zhǎng)，只有Kd合適時(shí)，可以得到比較滿意的過(guò)渡過(guò)程。 PID調(diào)節(jié)過(guò)程首先引入比例控制KP，在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高精度，但是加大KP只能減小穩(wěn)態(tài)誤差，卻不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。然后引入積分控制Ki，消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制系統(tǒng)的控制精度。最后引入微分控制Kd，減小超調(diào)量，改善系統(tǒng)品質(zhì)。變頻器根據(jù)偏差調(diào)節(jié)PID的參數(shù)，當(dāng)運(yùn)行參數(shù)遠(yuǎn)離目標(biāo)參數(shù)時(shí)，調(diào)節(jié)幅度加快，隨著偏差的逐步接近，跟蹤的幅度逐漸減小，近似相等時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，維持系統(tǒng)的恒壓穩(wěn)定狀態(tài)。 結(jié)束語(yǔ) 本系統(tǒng)是按照工業(yè)供水需求設(shè)計(jì)的，試驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)控制品質(zhì)良好，響應(yīng)速度快。實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的一系列功能，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中取得了良好的效果。本系統(tǒng)只需作相應(yīng)修改就可推廣到相關(guān)供水系統(tǒng)中。