基于某實際恒壓供水系統的改造

摘要：為了解決實際供水系統中出現的問題，本人經過仔細考察，認真研究。從安裝、接線、調試完成了整個恒壓供水系統。

關鍵詞：恒壓供水 變頻器 PID控制

中圖分類號：ＴＨ３ 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2011)12(c)-0000-00

現狀、問題

某職業學院三層培訓供水系統，原采用自然管網供水。當入住用戶較多時，由于壓力不足引起三樓用戶水量較小或無法用水。為解決問題，買了一臺2. 2KW的加壓泵，水泵工作時可以完全滿足三層全部用戶的正常用水。使用一段時間后，發現有供水管道漏水，后來知道管道設計工程壓力不能超過2.8Kg/cm2。原因是實際壓力（>3Kg/cm2）過高引起，造成管道破裂。

分析原因

該培訓樓用戶一樓為餐廳、洗衣間、燒飯間及服務人員房間。二層、三層為留宿人員，由于住宿人員流動性強，有時入住人多，有時人少，甚至沒人注。加壓泵長時間工作，可能導致壓力過高，引起管道漏水。

解決問題

根據上述原因，我決定采用變頻器恒壓供水。根據加壓泵的容量，買了一臺富士變頻器，型號FRN2.2G11S-4CX（2.2KW，400V，4.71A）。用變頻器配和遠程壓力表組成一套PID恒壓閉環控制系統，見圖1示。

遠程壓力表采用指針帶動滑動電位器來檢測壓力，即電位器的電阻值隨壓力的變化而變化。而變頻器的反饋信號可為電壓或電流信號。為了消除因線路壓降引起的誤差，采用電流信號做為反饋信號。如圖將變頻器的13端子（+10V）與11端子地端接遠程壓力表電位器的固定端，滑動電位器的輸出端變頻器的電流反饋端C1。

有關參數選擇：F01為0，做為目標信號（給定壓力值）設定，即通過面板直接設定。F02為0，運行方式為鍵盤面板操作方式。H20參數是PID控制方式選擇，為1時即正動作，變頻器的頻率隨PID輸出增加而增加。H21參數是PID反饋選擇，H21為3，即反動作。因為隨壓力升高此時電阻值增大反饋電流下降，為保證負反饋故采用反動作。

調試

變頻器送電后， 通過LCD監視器觀察相關的參數值，發現PID反饋量為36.8，即水泵不轉管網產生的供水壓力反饋量。因此，人為設定的目標值或命令值（給定壓力值）應大于36.8，通過反復試車最后確定PID的命令值為38。人為設好命令值后，起動變頻器頻率逐漸增加至某一頻率（如28HZ），當用水量增加時，輸出頻率也增加，當用水量減小時，輸出頻率也減小，同時觀察壓力表壓力穩定在2.2Kg/cm2。可以滿足三層樓正常用水的要求。

在特殊情況下，當需要提高供水壓力，可以重新設定PID命令值，比如命令值為39，經試驗，此時壓力可達到2.4Kg/cm2。

PID控制參數調試：調試過程是通過觀察系統的響應，根據P、I、D參數對系統性能的影響，調節PID參數，直至出現滿意的響應。從而確定 PID控制參數。PID控制參數整定方法很多，最常用的是工程整定方法，通過工程實際進行調整和修改。

首先整定比例增益 P：比例增益 P 越大，調節靈敏度越高，但由于系統和控制電路都有慣性，調節結果達到最佳值時不能立即停止，導致“超調”，然后反過來調整，再次超調，形成振蕩。將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應，直至得到反應快、超調小的響應曲線。"通過調試后，選擇本供水系統的比例增益 P等于7。

然后整定積分時間：為消除穩態誤差，需加入積分控制。"引入積分環節 I ，其效果是使經過比例增益 P 放大后的差值信號在積分時間內逐漸增大 ( 或減小 ) ，從而減緩其變化速度，防止振蕩。I 的取值與拖動系統的時間常數有關：拖動系統的時間常數較小時，積分時間應短些；拖動系統的時間常數較大時，積分時間應長些。 積分時間調試方法是：先選擇的比例系數減小，再將積分時間置一個較大值，觀測響應曲線。然后減小積分時間，加大積分作用，并相應調整比例系數，反復調試至得到較滿意的響應，確定比例和積分的參數。通過調試后，，確定本供水系統的比例增益 P等于6，積分時間為0.6秒。

最后整定微分時間：PI 控制只能消除穩態誤差，若動態過程不能令人滿意，則應加入微分控制，構成PID 控制。先置微分時間等于0，然后逐漸加大，同時相應地改變比例系數和積分時間，三個參數反復調試至獲得滿意的控制效果和PID 控制參數。由于恒壓供水系統對動態指標要求不高，通過調試后，選擇本供水系統的微分時間為0.5秒。

結束語：

該恒壓供水系統實踐證明完全滿足供水的要求。另外，變頻器通過電動機調速實現調節水泵流量起到了節能的效果。該恒壓供水系統可以在入住率較高時保證恒壓供水的要求，另外也防止了壓力過高損壞供水管路。同時，由于自然管網壓力可以滿足一層樓供水，當二、三層無人住宿時，還可以人為將變頻器斷電，僅采用自然管網供水，這樣也可延長變頻器的使用壽命。

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