變頻器系列PID閉環控制在自動給水設備恒壓供水中的應用

●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，管道以環狀網為主體，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施就可以灌溉。 

 

自動給水設備恒壓供水控制要求 

●維持水壓恒定 

 

●手動－自動供水選通運用手動，自動兩種方式進行供水。 

 

●三臺泵自動切換運行當正在運行的水泵不能滿足自動給水設備要求時，自動增減運行泵。由于自動給水設備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轉速外，還要在運行過程中通過增加和減少在工頻運行的水泵的臺數來維持水壓恒定。所以事先確定增減水泵臺數的條件和次序非常重要。當正在控制某臺水泵運行的變頻器輸出頻率達到頻率上限，而管道中壓力傳感器反饋的電流信號值未達到預設值時，發出加泵信號，將變頻器控制下運行的水泵投入工頻，并啟動下一臺泵供水。當管道中壓力傳感器反饋的電流信號值達到預設值，正在控制某臺水泵運行的變頻器輸出頻率降到頻率下限時，發出減泵信號，切除在工頻運行的一臺泵，若只有一臺泵運行，則進入休眠狀態。 

 

●當外界停止用水時，系統處于睡眠狀態，直至有用水時自動喚醒。 

 

●泵組及線路保護檢測報警 

 

●考慮到水泵電機在低速運行時危險，必，須保證其頻率不低于10Hz，因此頻率上限設為工頻50Hz，下限設為20Hz進行比較，實現泵的切換與轉速的變化。 

 

●自動給水設備在設計時應使水泵在變頻器和工頻電網之間的切換過程盡可能快，以保證供水的連續性，水壓波動盡可能小，從而提高供水質量。但元件動作過程太快，會有回流損壞變頻器。 

 

●考慮到管網覆蓋面積大，泵站海拔相對低，遠端供水壓力需維持3kg，因此泵站出水口壓力必，須維持5kg(均為壓力表的顯示值)。 

 

變頻器自動給水設備PID控制原理簡介 

      變頻器是水泵電機的控制設備，能按照水壓恒定需要將0～50Hz的頻率信號供給水泵電機，調整其轉速。 

 

      水壓由安裝在管網的干線上壓力傳感器檢測，并將其轉化為4～20mA的電流信號，反饋給變頻器和PLC。變頻器根據設定的給定值（變頻器控制端口AI1設定）和反饋的實際值（變頻器控制端口AI2反饋），即根據恒壓時對應的電壓設定值與從壓力傳感器獲得的反饋電流信號，利用PID控制自動調節，改變頻率輸出值來調節所控制的水泵電機轉速，以保證管網壓力恒定要求。 

 

      一般按照工藝對控制性能的要求，來選擇比例常數Kp和積分常數Ki。比例控制KP加大，使系統的動作靈敏，速度加快，KP偏大，振蕩次數加多，調節時間加長。當KP太大時，系統會趨于不穩定。若KP太小，又會使系統的動作緩慢;積分環節Ki通常使系統的穩定性下降。Ki太小系統將不穩定。Ti偏小，振蕩次數較多。Ki偏大，對系統性能的影響減小。當Ki合適時，過渡過程比較合理。微分控制Kd可以改善動態特性，當Kd偏大時，超調量Δd較大，調節時間較長，當Kd偏小時，超調量δp也較大，調節時間也較長，只有Kd合適時，可以得到比較滿意的過渡過程。 

      PID調節過程首先引入比例控制KP，在系統穩定的情況下，減小穩態誤差，提高精度，但是加大KP只能減小穩態誤差，卻不能完，全消除穩態誤差。然后引入積分控制Ki，消除系統的穩態誤差，提高控制系統的控制精度。 后引入微分控制Kd，減小超調量，改善系統品質。變頻器根據偏差調節PID的參數，當運行參數遠離目標參數時，調節幅度加快，隨著偏差的逐步接近，跟蹤的幅度逐漸減小，近似相等時，系統達到一個動態平衡，維持系統的恒壓穩定狀態。 

 

中贏自動給水設備簡介

    自動給水設備是一種直接與市政管網相連，而不會對市政管網產生影響的成套供水設備。該設備在中贏變頻恒壓的基礎上，將市政管網壓力和提升水泵的壓力進行疊加，使生活供水更加節能和環保，是傳統二次供水理想的更新換代產品。該設備由變頻控制柜、無負壓裝置，自動化控制系統及遠程監控系統、水泵機組、穩壓補償器、負壓消除器、壓力傳感器、閥門、儀表和管路系統等組成。

  

    中贏自動給水設備依據供水管網中瞬時變化的壓力和流量參數，自動改變水泵的臺數和運行轉速，實現恒壓變量供水的閉環調節，從而達到提高公司質量和高效節能的目的。

    隨著二次供水加壓技術的發展，變頻供水設備從根本上解決了這些問題。據“供水設備推廣中心”的資料顯示，變頻供水設備不需建造水塔，投資小、占地少，采用水氣自動調節、自動運轉、節能與自來水自動并網，停電后仍可供水，調試后數年不需看管。比建造水塔節約投資70%，比建造高位水箱節約投資60%，大大節約土建投資。

    目前中贏變頻供水設備廣泛用于企事業單位、住宅區及農村的生產、生活、辦公用水。供水戶在20－2000戶。日供水量在20－50000m3，供水高度達150米，即50層樓房。

 

中贏自動給水設備工作原理

    中贏自動給水設備由長沙中贏供水設備有限公司研發出來的變頻無負壓供水設備投入使用，自來水管網的水進入穩流流罐，罐內空氣從真空消除器排出，待水充滿后，真空消除器自動關閉。當自來水管網壓力能夠滿足用水要求時，系統由旁通止回閥向用水管網直接供水；當自來水管網壓力不能滿足用水要求時，系統壓力信號由遠傳壓力表反饋給變頻控制器，水泵運行，并根據用水量的大小自動調節轉速恒壓供水，若運轉水泵達到工頻轉速時，則啟動另一臺水泵變頻運轉。

    水泵供水時，若自來水管網的水量大于水泵流量，系統保持正常供水：用水高峰時，若自來水管網水量小于小泵流量量，穩流罐內的水作為補充水源仍然能正常供水，此時，空氣由真空消除器進入穩流罐，罐內真空遭到破壞，確保了自來水管網不產生負壓，用水高峰過后，系統又恢復到正常供水狀態。當自來水管網停水，造成穩流罐液位不斷下降，液位探測器將信號反饋給變頻控制器，水泵自動停機，以保護水泵機組。夜間小流量供水且自來水管網壓力不能滿足要求時，氣壓罐可以貯存并釋放能量，避免了水泵頻繁啟動。

 

中贏自動給水設備原理

    自動給水設備的基本工作原理是根據用戶用水量變化自動調節運行水泵臺數和一臺水泵轉速，使水泵出口壓力保持恒定。當用戶用水量小于一臺水泵出水量是，系統根據用水量變化有一臺水泵變頻調速運行，當用水量增加時管道系統內壓力下降，這時壓力傳感器把檢測到的信號傳送給微機控制單元，通過微機運行判斷，發出指令到變頻器，控制水泵電機，使轉速加快以保證系統壓力恒定，反之當用水量減少時，使水泵轉速減慢，以保持恒壓。當用水量大于一臺泵出水時，一號泵切換到工頻運行，二號泵開始變頻調速運行，當用水量小于兩臺泵出水量時，能自動停止一臺或二臺泵運行。在整個運行過程中，始終保持系統恒壓不變，使水泵始終工作在高效區，既保證用戶恒壓供水，又節省電能。設備不需配備專職操作人員。

 

中贏自動給水設備特點 

1、 經濟效益顯著：可不建造水塔、不設樓頂水箱，既減少工程的施工周期，又解決了工程造價費用高的缺點，還克服了氣壓波動大，水泵啟動頻繁等不足之處。

2、 設計嚴謹：中贏自動給水設備采用水泵變頻恒壓控制，無論系統用水量怎樣變化，均能使管道出口壓力保持恒定。

3、 運行可靠：該設備采用變頻調速器和國內知名品牌水泵，具有完善的保護功能和自動、手動轉換功能，使運行非?？煽?。 并且性能良好、控制方式靈活、抗干擾能力強

4、 高效節能：中贏自動給水設備能根據用戶用水量的變化來調節水泵轉速，使水泵始終工作在高效區，節電效果明顯，比恒速水泵可節電35%。

5、 操作簡單：中贏自動給水設備采用全自動控制，PID調節，鍵盤操作，人機界面（文本、數字）顯示。操作人員只需轉換電控柜開關，就可以實現用戶所需工況，實現全自動無人值守。

6、 保護功能齊全：具有過載、短路、過壓、欠壓、缺相、過流、短路、水源缺水等自動保護功能。在異常情況下能進行信號報警、自檢、故障判斷等。

7、 占地少安裝方便：整套設備只有一組供水控制柜和水泵機組，安裝非常簡單方便。

8、 延長水泵及電機的使用壽命：對多臺泵組均能可靠的實現軟啟動，使電網和管網免沖擊，并且輪流運轉，大大延長了水泵及電機的使用壽命。

 

中贏自動給水設備適用范圍

1、有水池的高層建筑、賓館、學校、城鎮居民小區、企事業單位、新農村建設農村的生活用水。

2、工廠、工礦企業的生活或者生產用水。

3、各類水廠、供水站、污水廢水廠、農業排灌站等供排水。

4、高樓、小區、企事業單位熱水集中供水。 　

5、生產、生活中的冷卻水、循環水的加壓。 　

6、油田輸油管道、油庫、油站等的恒壓輸油。