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1引言
水(shui)質(zhi)和(he)水(shui)壓(ya)是(shi)現(xian)代(dai)供(gong)水(shui)企(qi)業(ye)賴(lai)以(yi)生(sheng)存(cun)和(he)發(fa)展(zhan)的(de)基(ji)本(ben)服(fu)務(wu)因(yin)素(su)，在(zai)水(shui)質(zhi)穩(wen)定(ding)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)，水(shui)壓(ya)的(de)服(fu)務(wu)質(zhi)量(liang)和(he)能(neng)耗(hao)是(shi)相(xiang)互(hu)製(zhi)約(yue)的(de)兩(liang)個(ge)對(dui)立(li)因(yin)素(su)，更(geng)高(gao)的(de)服(fu)務(wu)水(shui)壓(ya)意(yi)味(wei)更(geng)高(gao)的(de)能(neng)耗(hao)，如(ru)何(he)低(di)能(neng)耗(hao)及(ji)滿(man)足(zu)承(cheng)諾(nuo)服(fu)務(wu)水(shui)壓(ya)中(zhong)找(zhao)到(dao)一(yi)個(ge)平(ping)衡(heng)是(shi)現(xian)代(dai)供(gong)水(shui)企(qi)業(ye)密(mi)切(qie)關(guan)注(zhu)及(ji)研(yan)究(jiu)的(de)一(yi)個(ge)課(ke)題(ti)。變(bian)頻(pin)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)使(shi)憋(bie)閥(fa)門(men)調(tiao)壓(ya)成(cheng)為(wei)曆(li)史(shi)，而(er)PID技術的發展實現恒壓供水向安全、節能及高品質的方向實現了飛躍。PID恒(heng)壓(ya)供(gong)水(shui)係(xi)統(tong)實(shi)現(xian)水(shui)泵(beng)電(dian)機(ji)無(wu)級(ji)調(tiao)速(su)，依(yi)據(ju)用(yong)水(shui)量(liang)的(de)變(bian)化(hua)自(zi)動(dong)調(tiao)節(jie)係(xi)統(tong)的(de)運(yun)行(xing)參(can)數(shu)，保(bao)持(chi)供(gong)水(shui)管(guan)道(dao)壓(ya)力(li)恒(heng)定(ding)，它(ta)比(bi)傳(chuan)統(tong)的(de)憋(bie)閥(fa)門(men)供(gong)水(shui)有(you)較(jiao)大(da)的(de)優(you)越(yue)性(xing)，是(shi)當(dang)今(jin)最(zui)先(xian)進(jin)、合理的節能型供水係統。
2PID恒壓供水係統介紹
在現代工業控製中，利用PLC實現對模擬量的PID閉環控製或者利用專用設備內部PID控製（如變頻器內部PID閉環控製）對監測量的閉環控製是較為常用的PID控製方法。本文主要結合珠海市西部某水廠實際應用為基礎陳述了基於變頻器PID控製在水廠恒壓供水係統中應用。
2.1PID恒壓供水係統硬件設計
本文中的自動恒壓供水控製係統的核心硬件是由PLC網絡（S7-300及S7-200由Profibus-DP構成PLC網絡）、人機界麵（WINCC）、兩台台達VFD-F變頻器分別一對一拖動兩台水泵電機（KQSN-500M9/621）、壓力變送器、水池液位計等組成。人機界麵接受操作人員輸入操作指令（如恒水壓指令等）和監控執行機構的運行情況；PLC為控製機構，進行數據傳輸及控製指令的發布；變頻器執行PID控製拖動水泵機組；壓力變送器監控管道壓力並向控製係統傳輸壓力信號（4-20mA電流）。水廠PID自動恒壓供水係統核心硬件構成圖如圖1所示。
圖1 水廠PID自動恒壓供水係統核心硬件構成圖
2.2變頻器PID控製原理
PI控製是由比例控製(Ｐ)和積分控製（I）組合成，根據偏差及時間變化產生一個執行量；PD控製是由比例控製(Ｐ)和微分控製（D）組合成，根據改變動態特性的偏差速率產生一個執行量；PID控製是利用PI控製盒PD控製的有點組合成的控製，其核心運算是P、I、D三個運算的綜合。
PID控製是閉環控製係統的比例-積分-微分控製算法，PID控製器根據設定值與被控製對象的實際值的差值，按照PID控製法的算法計算出控製器的輸出量，控製執行機構去影響被控製對象的變化，其控製過程如圖2所示。
Kp:比例常數 Ti：積分時間 S：演算子 Td：微分時間
圖2 PID控製原理框圖
同時該變頻器內置了複雜的順序控製功能實現工頻電源和變頻器之間的柔性切換（進行切換時實現電磁接觸器的互鎖），當變頻器運行頻率達到上限及持續運行時間滿足後（這裏分別設置為50Hz和60s），變頻器自行將變頻無極切換到工頻（不需重新啟動），實現了變頻到工頻的無極切換，大大減少了工頻啟動時對電網電流及管網水壓衝擊，大大加強了係統的穩定性及安全性。電磁接觸器MC2在工頻運行時閉合，變頻運行時斷開；MC3變頻運行時閉合，工頻運行時斷開。控製電路如圖3所示。
圖3 VFD-F變頻器PID控製接線圖
變頻器的極限輸出頻率的檢測輸出信號、工頻運行信號及變頻運行信號等均接入PLC，作為增減機信號及執行PID控製的變頻器控製信號。
3恒壓供水係統軟件設計
3.1PLC控製設計
恒壓供水控製係統為水廠自動化係統中的一個子程序，其控製過程為：操作人員通過在遠程控製室人機界麵（WINCC）中輸入泵房機組運行水壓，係統通過工業以太網Industrial Ethernet將參數傳遞到 PLC主站S7-300，主站再通過現場控製主線Profibus-DP傳送控製指令到泵房控製子站S7-200，泵站控製子站根據水壓指令判斷是否需要調整水壓，如果需要，通過程序將水壓要求傳遞給台達VFD變頻器調整頻率；默認2#機組為PID控製首選，當2#機組由變頻器PID控製進入工頻運行後且持續時間足夠長後，S7-200啟動水泵機組增減機程序實現增減機操作3#機組，並實行PID控製，達到恒壓供水的目的。增機操作為先啟動2#機組，2#工頻運行後，啟動3#機組並調頻；在減機操作中先停工頻運行機組，再對變頻機組機組調頻；機組工頻變頻運行模式由變頻器內部進行互鎖，兩台機組變頻運行模式由PLC進行互鎖，防止機組誤操作；1#為備用機組，通過轉換開關可以實現任一台變頻器對其拖動。機組操作必須滿足必要的時間間隔。
3.2PID控製設計
將出廠水總管壓力壓力傳感器傳來的電流信號（4-20mA）輸入到三菱變頻器反饋信號輸入端子；泵房控製子站PLC接受到來自人機界麵的壓力要求，壓力指令通過控製子站EM235模塊將模擬量輸出轉換成4～20mA電流信號輸出，該電流信號作為PID信號傳送到三菱變頻器PID控製器作為設定值；變頻器的PID控製器根據采集的信號計算出偏差量I(t)，按照PID的微積分控製規則計算出控製量頻率△f(t),並bing將jiang頻pin率lv控kong製zhi量liang送song至zhi變bian頻pin器qi控kong製zhi器qi，通tong過guo調tiao整zheng變bian頻pin器qi的de輸shu出chu頻pin率lv改gai變bian水shui泵beng電dian機ji的de轉zhuan速su，達da到dao調tiao整zheng壓ya力li的de需xu求qiu，完wan成cheng變bian速su恒heng壓ya供gong水shui的de目mu的de。
4結束語
該係統采用變頻器內部PID算法控製，結合先進PLC網wang絡luo技ji術shu，具ju有you控kong製zhi壓ya力li穩wen定ding，無wu衝chong擊ji等deng特te點dian。在zai實shi際ji運yun行xing中zhong，操cao作zuo員yuan根gen據ju管guan網wang用yong水shui量liang的de需xu求qiu情qing況kuang可ke在zai遠yuan程cheng人ren機ji界jie麵mian中zhong輸shu入ru壓ya力li給gei定ding值zhi，係xi統tong智zhi能neng平ping緩huan實shi現xian壓ya力li控kong製zhi，最zui終zhong達da到dao平ping衡heng。係xi統tong在zai運yun行xing中zhong采cai用yong變bian頻pin器qi對dui電dian機ji實shi現xian軟ruan啟qi動dong，減jian少shao設she備bei損sun耗hao，變bian頻pin控kong製zhi使shi得de水shui廠chang能neng耗hao得de到dao最zui大da的de優you化hua；而壓力平緩控製減少了管網的衝擊，大大降低爆管風險係數；如果結合管網GIS模mo型xing，用yong城cheng市shi管guan網wang多duo點dian壓ya力li數shu據ju作zuo為wei信xin號hao反fan饋kui，實shi現xian對dui城cheng市shi多duo水shui廠chang的de協xie同tong恒heng壓ya控kong製zhi，將jiang開kai辟pi城cheng市shi供gong水shui技ji術shu的de心xin時shi代dai，使shi得de供gong水shui企qi業ye服fu務wu水shui壓ya和he供gong水shui能neng耗hao達da到dao一yi個ge更geng加jia優you化hua的de平ping衡heng。
作者簡介
吳學誌（1976-）廠長，電氣工程師，任職於珠海水務集團有限公司鬥門分公司，主要研究方向為電氣自動化控製。
楊江華（1981-）副廠長，機電工程師，任職於珠海水務集團有限公司鬥門分公司，主要研究方向為機電設備智能化控製。
參考文獻
[1]卜民鳳.plc與變頻器在恒壓供水係統中的應用[J].機電工程技術，2008，37(2)：22-25.
[2]戴花林.基於s7-200可編程控製器的一拖三供水係統設計[J]. 江西科學，2007, 25，(03).
[3]台達集團中達電通股份有限公司.VFD-F變頻器應用技術手冊[Z].2008.
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