恒壓供水方案－PID閉環(huán)控制功能應(yīng)用 　概況 ●三臺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)裝有一百多個閘閥把水送到每個地塊，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－自動供水選通運(yùn)用手動，自動兩種方式進(jìn)行供水。 ●三臺泵自動切換運(yùn)行當(dāng)正在運(yùn)行的水泵不能滿足恒壓供水要求時，自動增減運(yùn)行泵。由于系統(tǒng)采用一臺變頻器控制三臺水泵，而變頻器每次只能控制一臺水泵，因此除改變水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速外，還要在運(yùn)行過程中通過增加和減少在工頻運(yùn)行的水泵的臺數(shù)來維持水壓恒定。所以事先確定增減水泵臺數(shù)的條件和次序非常重要。當(dāng)正在控制某臺水泵運(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值未達(dá)到預(yù)設(shè)值時，發(fā)出加泵信號，將變頻器控制下運(yùn)行的水泵投入工頻，并啟動下一臺泵供水。當(dāng)管道中壓力傳感器反饋的電流信號值達(dá)到預(yù)設(shè)值，正在控制某臺水泵運(yùn)行的變頻器輸出頻率降到頻率下限時，發(fā)出減泵信號，切除在工頻運(yùn)行的一臺泵，若只有一臺泵運(yùn)行，則進(jìn)入休眠狀態(tài)。 ●當(dāng)外界停止用水時，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，直至有用水時自動喚醒。 ●泵組及線路保護(hù)檢測報警 ●考慮到水泵電機(jī)在低速運(yùn)行時危險，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，實現(xiàn)泵的切換與轉(zhuǎn)速的變化。 ●系統(tǒng)在設(shè)計時應(yīng)使水泵在變頻器和工頻電網(wǎng)之間的切換過程盡可能快，以保證供水的連續(xù)性，水壓波動盡可能小，從而提高供水質(zhì)量。但元件動作過程太快，會有回流損壞變頻器。 ●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，并將其轉(zhuǎn)化為4～20mA的電流信號，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）和反饋的實際值（變頻器控制端口AI2反饋），即根據(jù)恒壓時對應(yīng)的電壓設(shè)定值與從壓力傳感器獲得的反饋電流信號，利用PID控制自動調(diào)節(jié)，改變頻率輸出值來調(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 一般按照工藝對控制性能的要求，來選擇比例常數(shù)Kp和積分常數(shù)Ki。比例控制KP加大，使系統(tǒng)的動作靈敏，速度加快，KP偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時間加長。當(dāng)KP太大時，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定。若KP太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢;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，對系統(tǒng)性能的影響減小。當(dāng)Ki合適時，過渡過程比較合理。微分控制Kd可以改善動態(tài)特性，當(dāng)Kd偏大時，超調(diào)量δd較大，調(diào)節(jié)時間較長，當(dāng)Kd偏小時，超調(diào)量δp也較大，調(diào)節(jié)時間也較長，只有Kd合適時，可以得到比較滿意的過渡過程。 PID調(diào)節(jié)過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，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，系統(tǒng)達(dá)到一個動態(tài)平衡，維持系統(tǒng)的恒壓穩(wěn)定狀態(tài)。 結(jié)束語 本系統(tǒng)是按照工業(yè)供水需求設(shè)計的，試驗記錄的數(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，在長時間運(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。