變頻器系列PID閉環(huán)控制在自動(dòng)給水設(shè)備恒壓供水中的應(yīng)用
變頻器系列PID閉環(huán)控制在自動(dòng)給水設(shè)備恒壓供水中的應(yīng)用
●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。
自動(dòng)給水設(shè)備恒壓供水控制要求
●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)行的水泵不能滿足自動(dòng)給水設(shè)備要求時(shí)，自動(dòng)增減運(yùn)行泵。由于自動(dòng)給水設(shè)備采用一臺(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。
●自動(dòng)給水設(shè)備在設(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)。
變頻器自動(dòng)給水設(shè)備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。
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。 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)。
中贏自動(dòng)給水設(shè)備簡(jiǎn)介
自動(dòng)給水設(shè)備是一種直接與市政管網(wǎng)相連，而不會(huì)對(duì)市政管網(wǎng)產(chǎn)生影響的成套供水設(shè)備。該設(shè)備在中贏變頻恒壓的基礎(chǔ)上，將市政管網(wǎng)壓力和提升水泵的壓力進(jìn)行疊加，使生活供水更加節(jié)能和環(huán)保，是傳統(tǒng)二次供水理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。該設(shè)備由變頻控制柜、無(wú)負(fù)壓裝置，自動(dòng)化控制系統(tǒng)及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、水泵機(jī)組、穩(wěn)壓補(bǔ)償器、負(fù)壓消除器、壓力傳感器、閥門、儀表和管路系統(tǒng)等組成。
中贏自動(dòng)給水設(shè)備依據(jù)供水管網(wǎng)中瞬時(shí)變化的壓力和流量參數(shù)，自動(dòng)改變水泵的臺(tái)數(shù)和運(yùn)行轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓變量供水的閉環(huán)調(diào)節(jié)，從而達(dá)到提高公司質(zhì)量和高效節(jié)能的目的。
隨著二次供水加壓技術(shù)的發(fā)展，變頻供水設(shè)備從根本上解決了這些問(wèn)題。據(jù)“供水設(shè)備推廣中心”的資料顯示，變頻供水設(shè)備不需建造水塔，投資小、占地少，采用水氣自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)、節(jié)能與自來(lái)水自動(dòng)并網(wǎng)，停電后仍可供水，調(diào)試后數(shù)年不需看管。比建造水塔節(jié)約投資70%，比建造高位水箱節(jié)約投資60%，大大節(jié)約土建投資。
目前中贏變頻供水設(shè)備廣泛用于企事業(yè)單位、住宅區(qū)及農(nóng)村的生產(chǎn)、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(dá)150米，即50層樓房。
中贏自動(dòng)給水設(shè)備工作原理
中贏自動(dòng)給水設(shè)備由長(zhǎng)沙中贏供水設(shè)備有限公司研發(fā)出來(lái)的變頻無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備投入使用，自來(lái)水管網(wǎng)的水進(jìn)入穩(wěn)流流罐，罐內(nèi)空氣從真空消除器排出，待水充滿后，真空消除器自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)自來(lái)水管網(wǎng)壓力能夠滿足用水要求時(shí)，系統(tǒng)由旁通止回閥向用水管網(wǎng)直接供水；當(dāng)自來(lái)水管網(wǎng)壓力不能滿足用水要求時(shí)，系統(tǒng)壓力信號(hào)由遠(yuǎn)傳壓力表反饋給變頻控制器，水泵運(yùn)行，并根據(jù)用水量的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速恒壓供水，若運(yùn)轉(zhuǎn)水泵達(dá)到工頻轉(zhuǎn)速時(shí)，則啟動(dòng)另一臺(tái)水泵變頻運(yùn)轉(zhuǎn)。
水泵供水時(shí)，若自來(lái)水管網(wǎng)的水量大于水泵流量，系統(tǒng)保持正常供水：用水高峰時(shí)，若自來(lái)水管網(wǎng)水量小于小泵流量量，穩(wěn)流罐內(nèi)的水作為補(bǔ)充水源仍然能正常供水，此時(shí)，空氣由真空消除器進(jìn)入穩(wěn)流罐，罐內(nèi)真空遭到破壞，確保了自來(lái)水管網(wǎng)不產(chǎn)生負(fù)壓，用水高峰過(guò)后，系統(tǒng)又恢復(fù)到正常供水狀態(tài)。當(dāng)自來(lái)水管網(wǎng)停水，造成穩(wěn)流罐液位不斷下降，液位探測(cè)器將信號(hào)反饋給變頻控制器，水泵自動(dòng)停機(jī)，以保護(hù)水泵機(jī)組。夜間小流量供水且自來(lái)水管網(wǎng)壓力不能滿足要求時(shí)，氣壓罐可以貯存并釋放能量，避免了水泵頻繁啟動(dòng)。
中贏自動(dòng)給水設(shè)備原理
自動(dòng)給水設(shè)備的基本工作原理是根據(jù)用戶用水量變化自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行水泵臺(tái)數(shù)和一臺(tái)水泵轉(zhuǎn)速，使水泵出口壓力保持恒定。當(dāng)用戶用水量小于一臺(tái)水泵出水量是，系統(tǒng)根據(jù)用水量變化有一臺(tái)水泵變頻調(diào)速運(yùn)行，當(dāng)用水量增加時(shí)管道系統(tǒng)內(nèi)壓力下降，這時(shí)壓力傳感器把檢測(cè)到的信號(hào)傳送給微機(jī)控制單元，通過(guò)微機(jī)運(yùn)行判斷，發(fā)出指令到變頻器，控制水泵電機(jī)，使轉(zhuǎn)速加快以保證系統(tǒng)壓力恒定，反之當(dāng)用水量減少時(shí)，使水泵轉(zhuǎn)速減慢，以保持恒壓。當(dāng)用水量大于一臺(tái)泵出水時(shí)，一號(hào)泵切換到工頻運(yùn)行，二號(hào)泵開(kāi)始變頻調(diào)速運(yùn)行，當(dāng)用水量小于兩臺(tái)泵出水量時(shí)，能自動(dòng)停止一臺(tái)或二臺(tái)泵運(yùn)行。在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，始終保持系統(tǒng)恒壓不變，使水泵始終工作在高效區(qū)，既保證用戶恒壓供水，又節(jié)省電能。設(shè)備不需配備專職操作人員。
中贏自動(dòng)給水設(shè)備特點(diǎn)
1、 經(jīng)濟(jì)效益顯著：可不建造水塔、不設(shè)樓頂水箱，既減少工程的施工周期，又解決了工程造價(jià)費(fèi)用高的缺點(diǎn)，還克服了氣壓波動(dòng)大，水泵啟動(dòng)頻繁等不足之處。
2、 設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)：中贏自動(dòng)給水設(shè)備采用水泵變頻恒壓控制，無(wú)論系統(tǒng)用水量怎樣變化，均能使管道出口壓力保持恒定。
3、 運(yùn)行可靠：該設(shè)備采用變頻調(diào)速器和國(guó)內(nèi)知名品牌水泵，具有完善的保護(hù)功能和自動(dòng)、手動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，使運(yùn)行非?？煽?。 并且性能良好、控制方式靈活、抗干擾能力強(qiáng)
4、 高效節(jié)能：中贏自動(dòng)給水設(shè)備能根據(jù)用戶用水量的變化來(lái)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使水泵始終工作在高效區(qū)，節(jié)電效果明顯，比恒速水泵可節(jié)電35%。
5、 操作簡(jiǎn)單：中贏自動(dòng)給水設(shè)備采用全自動(dòng)控制，PID調(diào)節(jié)，鍵盤操作，人機(jī)界面（文本、數(shù)字）顯示。操作人員只需轉(zhuǎn)換電控柜開(kāi)關(guān)，就可以實(shí)現(xiàn)用戶所需工況，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無(wú)人值守。
6、 保護(hù)功能齊全：具有過(guò)載、短路、過(guò)壓、欠壓、缺相、過(guò)流、短路、水源缺水等自動(dòng)保護(hù)功能。在異常情況下能進(jìn)行信號(hào)報(bào)警、自檢、故障判斷等。
7、 占地少安裝方便：整套設(shè)備只有一組供水控制柜和水泵機(jī)組，安裝非常簡(jiǎn)單方便。
8、 延長(zhǎng)水泵及電機(jī)的使用壽命：對(duì)多臺(tái)泵組均能可靠的實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，使電網(wǎng)和管網(wǎng)免沖擊，并且輪流運(yùn)轉(zhuǎn)，大大延長(zhǎng)了水泵及電機(jī)的使用壽命。
中贏自動(dòng)給水設(shè)備適用范圍
1、有水池的高層建筑、賓館、學(xué)校、城鎮(zhèn)居民小區(qū)、企事業(yè)單位、新農(nóng)村建設(shè)農(nóng)村的生活用水。
2、工廠、工礦企業(yè)的生活或者生產(chǎn)用水。
3、各類水廠、供水站、污水廢水廠、農(nóng)業(yè)排灌站等供排水。
4、高樓、小區(qū)、企事業(yè)單位熱水集中供水。
5、生產(chǎn)、生活中的冷卻水、循環(huán)水的加壓。
6、油田輸油管道、油庫(kù)、油站等的恒壓輸油。
