變頻器系列PID閉環(huán)控制在自動給水設(shè)備恒壓供水中的應(yīng)用
變頻器系列PID閉環(huán)控制在自動給水設(shè)備恒壓供水中的應(yīng)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(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。
自動給水設(shè)備恒壓供水控制要求
●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)行的水泵不能滿足自動給水設(shè)備要求時，自動增減運(yùn)行泵。由于自動給水設(shè)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(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(shí)現(xiàn)泵的切換與轉(zhuǎn)速的變化。
●自動給水設(shè)備在設(shè)計(jì)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)。
變頻器自動給水設(shè)備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(shí)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。
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。 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)。
中贏自動給水設(shè)備簡介
自動給水設(shè)備是一種直接與市政管網(wǎng)相連，而不會對市政管網(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、無負(fù)壓裝置，自動化控制系統(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。
中贏自動給水設(shè)備依據(jù)供水管網(wǎng)中瞬時變化的壓力和流量參數(shù)，自動改變水泵的臺數(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，采用水氣自動調(diào)節(jié)、自動運(yùn)轉(zhuǎn)、節(jié)能與自來水自動并網(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。
中贏自動給水設(shè)備工作原理
中贏自動給水設(shè)備由長沙中贏供水設(shè)備有限公司研發(fā)出來的變頻無負(fù)壓供水設(shè)備投入使用，自來水管網(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，真空消除器自動關(guān)閉。當(dāng)自來水管網(wǎng)壓力能夠滿足用水要求時，系統(tǒng)由旁通止回閥向用水管網(wǎng)直接供水；當(dāng)自來水管網(wǎng)壓力不能滿足用水要求時，系統(tǒng)壓力信號由遠(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，則啟動另一臺水泵變頻運(yùn)轉(zhuǎn)。
水泵供水時，若自來水管網(wǎng)的水量大于水泵流量，系統(tǒng)保持正常供水：用水高峰時，若自來水管網(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，空氣由真空消除器進(jìn)入穩(wěn)流罐，罐內(nèi)真空遭到破壞，確保了自來水管網(wǎng)不產(chǎn)生負(fù)壓，用水高峰過后，系統(tǒng)又恢復(fù)到正常供水狀態(tài)。當(dāng)自來水管網(wǎng)停水，造成穩(wěn)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(jī)，以保護(hù)水泵機(jī)組。夜間小流量供水且自來水管網(wǎng)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(shè)備原理
自動給水設(shè)備的基本工作原理是根據(jù)用戶用水量變化自動調(diào)節(jié)運(yùn)行水泵臺數(shù)和一臺水泵轉(zhuǎn)速，使水泵出口壓力保持恒定。當(dāng)用戶用水量小于一臺水泵出水量是，系統(tǒng)根據(jù)用水量變化有一臺水泵變頻調(diào)速運(yùn)行，當(dāng)用水量增加時管道系統(tǒng)內(nèi)壓力下降，這時壓力傳感器把檢測到的信號傳送給微機(jī)控制單元，通過微機(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，使水泵轉(zhuǎn)速減慢，以保持恒壓。當(dāng)用水量大于一臺泵出水時，一號泵切換到工頻運(yùn)行，二號泵開始變頻調(diào)速運(yùn)行，當(dāng)用水量小于兩臺泵出水量時，能自動停止一臺或二臺泵運(yùn)行。在整個運(yùn)行過程中，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，又解決了工程造價費(fèi)用高的缺點(diǎn)，還克服了氣壓波動大，水泵啟動頻繁等不足之處。
2、 設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)：中贏自動給水設(shè)備采用水泵變頻恒壓控制，無論系統(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)速器和國內(nèi)知名品牌水泵，具有完善的保護(hù)功能和自動、手動轉(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：中贏自動給水設(shè)備能根據(jù)用戶用水量的變化來調(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、 操作簡單：中贏自動給水設(shè)備采用全自動控制，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)換電控柜開關(guān)，就可以實(shí)現(xiàn)用戶所需工況，實(shí)現(xiàn)全自動無人值守。
6、 保護(hù)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(hù)功能。在異常情況下能進(jìn)行信號報警、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，安裝非常簡單方便。
8、 延長水泵及電機(jī)的使用壽命：對多臺泵組均能可靠的實(shí)現(xiàn)軟啟動，使電網(wǎng)和管網(wǎng)免沖擊，并且輪流運(yùn)轉(zhuǎn)，大大延長了水泵及電機(jī)的使用壽命。
中贏自動給水設(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、油站等的恒壓輸油。
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