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数字PID变频调速在PLC恒压供水系统中应用

1 基本原理

高层恒压供水是现必须对能效、环保和产品的质量进行这样生产上不冲突综合斟酌代城市高层建筑的一项主要配套工程，它具有供水模式变换多、水压稳定、自动保护等特点，可以广泛应用于工业及民用建筑中。

PLC控制的高层恒压供水系统采用了数字PID控制技术，使PID的参数整定和调整实现控制，通过对系统压力的检测，根据水压的大小使系统分时对正常工作和消防供水两种分别橡胶脚垫采用PID控制，使系统实现了快速、稳定的输出。 将管的实际压力经反馈后送到比较器的输入端与给定压力进行比较，当管压力不足时，通过对参数运算，调整PID的参数，控制电压上升，使VVVF频率相应增大，水泵转速加快，供水量加大，近使管压力上升。反之，水泵转速减慢，供水量减少，近使管压力下降。以保持恒压供水的稳定。

在本系统中采用了多泵控制，单泵设定在25HZ到50HZ范围内变化，在调节范围内不能达到管要求时，可以依靠增加或减少水泵数量来完成，加减泵按1→2→3→……选换顺序选择。

消防时，考C型吊钩虑到用水量会迅速增加，故采用PD调节方式，通过对偏差量的检测，自动形成消防给定压力，加泵更快。碎玻信号要求人为停机。

2 系统工作

本系统采用了SIEMENS公司的S PLC进行系统开发，系统可完成以下功能：1、生活供水自动恒压；2、自动、手动供水选通；3、定时换泵（PLC30秒检测一次，无人用水十分种停机）；4、工作状态自动保持；5、消防供水自动控制；6、消防生活边锁控制；7、管压力自动起停泵。

3 算法原理

为了能够可靠的控制变频器的运行并满足差值电压的跟踪，当输入信号的变化不大时，系统不再读取数据，将原来的计算值直接保持。当输入信号的变化值较大时，系统立即跟踪这一变化，并计算出最新的采样值，并将其保持，依次作为参数运算的依据。

系统中有三个子程序：子程序1用来数字滤波、子程序2为运算子程序和中断子程序。考虑到系统工作不管在任何情况下都要做好防护环境对系统运行状态的影响，在设计中除采用硬件上加装滤波器外，还采用数字滤波的方式来消除干扰的影响，数字滤波采用模拟输入平均值的方法。

在频率调节过程中，考虑到变频器的利用率和系统的可靠性，调频的下限值设定为25Hz，上限值设定为50Hz。当系统刚启动时，电动机的转速很低，无法满足系统要求，此时将参数值强制设置到使系统稳点工作在50Hz，当系统进入调节区内时，调节参数的偏差、偏差变化率、输出量和速率都对系统输出产生影响，随着目标参数的接近程度不同，调整参数值逐渐平缓接近目标函数。

由于考虑到系统运行惯性的影响，调节过程可能出现震荡，因此，在程序中设计了目标预测程序。当运行参数远离目标参数时，调节幅度加快，随着运行参数与目标参数的逐步接近，跟踪调节幅度逐渐减小，直至运行参数与目标参数近长时间不做实验时似相等时，系统按照运行参数变化的预测值进行调节，使系统达到一个动态平衡，以维护系统的恒压稳定值。

同时，由于系统调节的惯性下料机较大，而系统数据的采集速度很快，在运算过程中，运算结果可能会使调频输出大于50Hz或小于25Hz因此，当输出频率大于50Hz或小于25Hz时，将输出频率强制设旋转端子定为极限值。

对于系统振动的处理，由于系统是定时采样，在采样过程中振动是难免的，当振动超过预期值时，作为错误值处理，当振动量小于预测值时，采样数值作为有效数据处理，作为调节参数的依据。

本系统经过调试和实际现场运行，恒压工作稳定，调节效果好，达到了预期的效果。

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