恒压供水方案－PID闭环控制功能应用
概况
●三台立式离心泵由变频器和可编程控制器为主体的控制柜控制取水灌溉，管道以环状网为主体，主干管为直径150、200和250mm的球墨铸铁管，支干管为直径90mm的塑料管。全网装有一百多个闸阀把水送到每个地块，在阀门后接上水管配备微喷灌设施就可以灌溉。
控制要求
●维持水压恒定
●手动－自动供水选通运用手动，自动两种方式进行供水。
●三台泵自动切换运行当正在运行的水泵不能满足恒压供水要求时，自动增减运行泵。由于系统采用一台变频器控制三台水泵，而变频器每次只能控制一台水泵，因此除改变水泵电机转速外，还要在运行过程中通过增加和减少在工频运行的水泵的台数来维持水压恒定。所以事先确定增减水泵台数的条件和次序非常重要。当正在控制某台水泵运行的变频器输出频率达到频率上限，而管道中压力传感器反馈的电流信号值未达到预设值时，发出加泵信号，将变频器控制下运行的水泵投入工频，并启动下一台泵供水。当管道中压力传感器反馈的电流信号值达到预设值，正在控制某台水泵运行的变频器输出频率降到频率下限时，发出减泵信号，切除在工频运行的一台泵，若只有一台泵运行，则进入休眠状态。
●当外界停止用水时，系统处于睡眠状态，直至有用水时自动唤醒。
●泵组及线路保护检测报警
●考虑到水泵电机在低速运行时危险，必须保证其频率不低于10Hz，因此频率上限设为工频50Hz，下限设为20Hz进行比较，实现泵的切换与转速的变化。
●系统在设计时应使水泵在变频器和工频电网之间的切换过程尽可能快，以保证供水的连续性，水压波动尽可能小，从而提高供水质量。但元件动作过程太快，会有回流损坏变频器。
●考虑到管网覆盖面积大，泵站海拔相对低，远端供水压力需维持3kg，因此泵站出水口压力必须维持5kg(均为压力表的显示值)。
变频器PID控制原理简介
变频器是水泵电机的控制设备，能按照水压恒定需要将0～50Hz的频率信号供给水泵电机，调整其转速。
水压由安装在管网的干线上压力传感器检测，并将其转化为4～20mA的电流信号，反馈给变频器和PLC。变频器根据设定的给定值（变频器控制端口AI1设定）和反馈的实际值（变频器控制端口AI2反馈），即根据恒压时对应的电压设定值与从压力传感器获得的反馈电流信号，利用PID控制自动调节，改变频率输出值来调节所控制的水泵电机转速，以保证管网压力恒定要求。
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恒压供水系统的工作原理图
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恒压供水系统的变频器接线图
一般按照工艺对控制性能的要求，来选择比例常数Kp和积分常数Ki。比例控制KP加大，使系统的动作灵敏，速度加快，KP偏大，振荡次数加多，调节时间加长。当KP太大时，系统会趋于不稳定。若KP太小，又会使系统的动作缓慢;积分环节Ki通常使系统的稳定性下降。Ki太小系统将不稳定。Ti偏小，振荡次数较多。Ki偏大，对系统性能的影响减小。当Ki合适时，过渡过程比较合理。微分控制Kd可以改善动态特性，当Kd偏大时，超调量δd较大，调节时间较长，当Kd偏小时，超调量δp也较大，调节时间也较长，只有Kd合适时，可以得到比较满意的过渡过程。
PID调节过程首先引入比例控制KP，在系统稳定的情况下，减小稳态误差，提高精度，但是加大KP只能减小稳态误差，却不能完全消除稳态误差。然后引入积分控制Ki，消除系统的稳态误差，提高控制系统的控制精度。最后引入微分控制Kd，减小超调量，改善系统品质。变频器根据偏差调节PID的参数，当运行参数远离目标参数时，调节幅度加快，随着偏差的逐步接近，跟踪的幅度逐渐减小，近似相等时，系统达到一个动态平衡，维持系统的恒压稳定状态。
结束语
本系统是按照工业供水需求设计的，试验记录的数据显示系统控制品质良好，响应速度快。实现了预定的一系列功能，保证了系统的稳定性和安全性，在长时间运行中取得了良好的效果。本系统只需作相应修改就可推广到相关供水系统中。
