变频器系列PID闭环控制在自动给水设备恒压供水中的应用

●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。 

 

自动给水设备恒压供水控制要求 

●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自动给水设备要求时，自动增减运行泵。由于自动给水设备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。 

 

●自动给水设备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)。 

 

变频器自动给水设备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。 

 

      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。 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。 

 

中赢自动给水设备简介

    自动给水设备是一种直接与市政管网相连，而不会对市政管网产生影响的成套供水设备。该设备在中赢变频恒压的基础上，将市政管网压力和提升水泵的压力进行叠加，使生活供水更加节能和环保，是传统二次供水理想的更新换代产品。该设备由变频控制柜、无负压装置，自动化控制系统及远程监控系统、水泵机组、稳压补偿器、负压消除器、压力传感器、阀门、仪表和管路系统等组成。

  

    中赢自动给水设备依据供水管网中瞬时变化的压力和流量参数，自动改变水泵的台数和运行转速，实现恒压变量供水的闭环调节，从而达到提高公司质量和高效节能的目的。

    随着二次供水加压技术的发展，变频供水设备从根本上解决了这些问题。据“供水设备推广中心”的资料显示，变频供水设备不需建造水塔，投资小、占地少，采用水气自动调节、自动运转、节能与自来水自动并网，停电后仍可供水，调试后数年不需看管。比建造水塔节约投资70%，比建造高位水箱节约投资60%，大大节约土建投资。

    目前中赢变频供水设备广泛用于企事业单位、住宅区及农村的生产、生活、办公用水。供水户在20－2000户。日供水量在20－50000m3，供水高度达150米，即50层楼房。

 

中赢自动给水设备工作原理

    中赢自动给水设备由长沙中赢供水设备有限公司研发出来的变频无负压供水设备投入使用，自来水管网的水进入稳流流罐，罐内空气从真空消除器排出，待水充满后，真空消除器自动关闭。当自来水管网压力能够满足用水要求时，系统由旁通止回阀向用水管网直接供水；当自来水管网压力不能满足用水要求时，系统压力信号由远传压力表反馈给变频控制器，水泵运行，并根据用水量的大小自动调节转速恒压供水，若运转水泵达到工频转速时，则启动另一台水泵变频运转。

    水泵供水时，若自来水管网的水量大于水泵流量，系统保持正常供水：用水高峰时，若自来水管网水量小于小泵流量量，稳流罐内的水作为补充水源仍然能正常供水，此时，空气由真空消除器进入稳流罐，罐内真空遭到破坏，确保了自来水管网不产生负压，用水高峰过后，系统又恢复到正常供水状态。当自来水管网停水，造成稳流罐液位不断下降，液位探测器将信号反馈给变频控制器，水泵自动停机，以保护水泵机组。夜间小流量供水且自来水管网压力不能满足要求时，气压罐可以贮存并释放能量，避免了水泵频繁启动。

 

中赢自动给水设备原理

    自动给水设备的基本工作原理是根据用户用水量变化自动调节运行水泵台数和一台水泵转速，使水泵出口压力保持恒定。当用户用水量小于一台水泵出水量是，系统根据用水量变化有一台水泵变频调速运行，当用水量增加时管道系统内压力下降，这时压力传感器把检测到的信号传送给微机控制单元，通过微机运行判断，发出指令到变频器，控制水泵电机，使转速加快以保证系统压力恒定，反之当用水量减少时，使水泵转速减慢，以保持恒压。当用水量大于一台泵出水时，一号泵切换到工频运行，二号泵开始变频调速运行，当用水量小于两台泵出水量时，能自动停止一台或二台泵运行。在整个运行过程中，始终保持系统恒压不变，使水泵始终工作在高效区，既保证用户恒压供水，又节省电能。设备不需配备专职操作人员。

 

中赢自动给水设备特点 

1、 经济效益显著：可不建造水塔、不设楼顶水箱，既减少工程的施工周期，又解决了工程造价费用高的缺点，还克服了气压波动大，水泵启动频繁等不足之处。

2、 设计严谨：中赢自动给水设备采用水泵变频恒压控制，无论系统用水量怎样变化，均能使管道出口压力保持恒定。

3、 运行可靠：该设备采用变频调速器和国内知名品牌水泵，具有完善的保护功能和自动、手动转换功能，使运行非常可靠。 并且性能良好、控制方式灵活、抗干扰能力强

4、 高效节能：中赢自动给水设备能根据用户用水量的变化来调节水泵转速，使水泵始终工作在高效区，节电效果明显，比恒速水泵可节电35%。

5、 操作简单：中赢自动给水设备采用全自动控制，PID调节，键盘操作，人机界面（文本、数字）显示。操作人员只需转换电控柜开关，就可以实现用户所需工况，实现全自动无人值守。

6、 保护功能齐全：具有过载、短路、过压、欠压、缺相、过流、短路、水源缺水等自动保护功能。在异常情况下能进行信号报警、自检、故障判断等。

7、 占地少安装方便：整套设备只有一组供水控制柜和水泵机组，安装非常简单方便。

8、 延长水泵及电机的使用寿命：对多台泵组均能可靠的实现软启动，使电网和管网免冲击，并且轮流运转，大大延长了水泵及电机的使用寿命。

 

中赢自动给水设备适用范围

1、有水池的高层建筑、宾馆、学校、城镇居民小区、企事业单位、新农村建设农村的生活用水。

2、工厂、工矿企业的生活或者生产用水。

3、各类水厂、供水站、污水废水厂、农业排灌站等供排水。

4、高楼、小区、企事业单位热水集中供水。 　

5、生产、生活中的冷却水、循环水的加压。 　

6、油田输油管道、油库、油站等的恒压输油。