项目6-恒压供水变频PID控制
变频恒压供水系统PID控制器的参数整定
变频恒压供水系统PID控制器的参数整定林惠标【摘要】为了设计控制性能更好的变频恒压供水系统，分析并建立具有纯时滞一阶惯性环节的系统数学模型；使用MATLAB/Simulink PID整定工具求解变频恒压供水系统PID控制器的参数整定问题，优化设计变频恒压供水系统的PID控制器，这种方法不仅起到优化设计变频恒压供水系统的目的，而且自动化设计程度更高，很大程度上减少了控制器设计的工作量。
%In order to design a water supply system with stability and reliability, A frequency-conversion speed-regulation constant pressure water supply system is studied and analyzed in this paper.A mathematical model of system is established to obtain a pure hysteresis and one order inertia model. MATLAB/Simulink PID tuning tool is launched to achievePID parameters forfrequency-conversion speed-regulation constant pressure water supply system. The method can not only optimize the design of a reliability and stability system, but also reduce the workload of controller designed.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】4页(P36-39)【关键词】PID参数整定;变频调速;优化设计【作者】林惠标【作者单位】汕头职业技术学院机电工程系，广东汕头 515078【正文语种】中文【中图分类】TP29*汕头职业技术学院科研课题（编号：SZK2012C01）经济社会的迅速发展，人们开始提倡低碳经济发展，对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高；节能要求越来越高。
基于PLC的PID控制变频恒压供水系统
基于PLC的PID控制变频恒压供水系统摘要基于PLC的PID控制的变频恒压控制是现代供水控制系统的主要方式，利用PLC（可编程控制器）、PID调节器、压力检测传感器、压力变送器、电气控制设备、变频器及水泵机组组成闭环控制系统，使供水管网压力保持恒定。
关键词PLC；PID控制；变频器；闭环控制在实际生产生活中，用户用水的多少是经常变动的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。
而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水多而供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力过大。
因此，保持供水压力的恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高了供水的质量。
恒压供水是指在供水网中用水量变化时，出水口压力保持恒定不变的供水方式。
1恒压供水的基本原理1.1变频恒压供水系统的组成及原理变频恒压供水系统压力控制主要有PID调节器、变频器、水泵、压力传感器和变送器、PLC可编程控制器等组成。
变频恒压供水系统压力控制系统原理框图如图1所示，用PID调节器和变频器构成闭环系统控制，可以提高供水压力的控制精度，改善控制系统的动态响应。
图1变频恒压供水系统压力控制系统原理框图系统工作时，先启动主水泵，管网水压达到设定值，变频器的输出稳定在某数值上。
而当用水量增加，水压降低时，压力变送器SP将该信号实时送入比较器与给定压力H比较，其差值输入PID控制器，PID的输出量作为控制变频器的转差给定输入，从而控制电动机的转速上升，水压力恢复到给定值，保持供水系统中管网中压力的恒定。
变频恒压供水系统压力控制原理如下：1）用水量增加，压力下降，压力变送器输出降低，PID输出上升，变频器频率增大，电机（M）转速升高，水泵流量增大，压力上升。
2）用水量减少，压力上升，压力变送器输出增大，PID输出降低，变频器频率下降，电机（M）转速降低，水泵流量减小，压力下降。
如果用水量增加很多，主泵达到最大流量仍不能使管网水压达到设定值，将自动启动备用泵；反之，当用水量减少时，可自动切断备用泵。
恒压供水PID调节变频器参数
复用水泵ATV71变频器参数专家访问√屏幕显示 RUN Term 23.4A +38.3A 管道压力表显示0.38MPA左右1.1简单起动2/3线控制：2线控制宏设置：标准起停/车用户宏设置：YES标准电机频率：50HZ IEC电机额定功率：30KW电机额定电压：380V电机额定电流：55.7A电机额定频率：50HZ电机额定速度：2950rpm最大输出功率：50HZ自整定：完成自整定状态：电阻已整定改变输出相序：A-C-B相序电机热保护电流：72A加速时间：106.1S减速时间：114.1S低速频率：25HZ高速频率：50HZ1.2监视1.2.1输入/输出映像逻辑输入映像PR L11 L12 L13 L14 L15 L16模拟输入映像AI1 +3.741VAI2 -0.008m A逻辑输出映像R1 R2模拟输出映像AO1 +15.328MA1.2.2通信映像命令通道：端子排命令字：0000H ex当前给定通道：端子排频率给定：+38.3HZETA状态字：0437HexWO ：-----1.2.3报警信号组： ---1.2.4图形终端频率给定：+41HZ1.2.5内部PID给定：6001.2.6图形终端转矩给定：0.0%1.2.7频率给定：+38.3HZ 1.2.8输出频率：+38.3HZ 1.2.9电机电流：23.4A 1.2.10电机速度：2299rpm 1.2.11电机电压：291V1.2.12电机功率：+29%1.2.13电机转矩：+36.9% 1.2.14电机电压：+379V 1.2.15电机热状态：11%1.2.16变频器热状态：37% 1.2.17功率：1111.2.18电机运行时间：26311h 1.2.19变频器已上电时间：52481h 1.2.20 IGBT报警计时器：0S1.2.21 PID给定 6001.2.22 PID反馈 6031.2.23 PID误差 -31.2.24 PID输出 +38.3HZ1.2.25当前设置组设置组0 1.2.26报警（故障）信号√1.3设置斜坡增量：0.1S加速时间：106.1S减速时间：114.1S低速频率：25HZ高速频率：50HZ电机热保护电流：72A变频器开关频率：2KHZ电流限幅1 ：99A电机预磁设置：不预磁低速运行超时：999.9SPID比例增益：1.03PID积分增益：0.05PID微分增益：0.01PID斜坡：99.9SPID最小输出值：0HZPID最大输出值：+50HZ反馈超下限报警：0反馈超上限报警：1600PID误差报警：200电机电流阈值：66A电机频率阈值：50HZ频率阈值2 ：50HZ电机热阈值：100%1.4电机控制标准电机频率：50HZ IEC 最大输出频率：50HZ自整定：完成自整定：NO自整定状态：电阻已整定改变输出相序：A-C-B相序电机控制类型：2点压频比UO ：0V冷态定子电阻：105Lm额定励磁电流：23.4ALs漏电感：1.69mH转子时间常数：669ms电机额定滑差：0.8HZ 极对数：1电流限幅1 ：99A电机噪声抑制：YES电机电压波动限幅：YES瞬态过压限幅优化：10微秒制动单元释能阈值：785V制动平衡：NO1.5输入/输出设置2/3线控制：2线控制2线控制：0/1电平反转：L12LI1设置LI分配LI1 0→1延时：0MS给定模板：标准AI1设置AI1 分配AI1类型：10V电压AI1最小值：0.0VAI1最大值：10VAI1过滤器：0.3SAI1拐点X：0%AI1拐点Y：0%AI2设置AI2分配AI2类型：电流AI2最小值：4.0MAAI2最大值：20MAAI2过滤器：0SAI2拐点X、Y ：0%R1设置继电器R1分配器：变频器故障继电器R1延时：0MS继电器R1有效条件：1继电器R1保持时间：0MSAO1设置AO1分配：电机电流AO1类型：电流AO1最小输出值：0MAAO1最大输出值：20MAAO1滤波器：0MS报警信号组1L16=PTC报警□PTC1报警□. □. □. □变频器热阈值到达□1.6命令给定1通道：AI1给定反向禁止：NO停止按钮优先：YES组合模式：组合通道给定2切换：通道1有效给定2通道：AI2给定复制通道1→2 ：不复制F1—F4键分配：未设置1.7应用功能给定切换√给定运算斜坡斜坡类型：线性斜坡斜坡增量：0.1S加速时间：106.1S减速时间：114.1S斜坡2切换阈值：0HZ斜坡切换设置：未分配减速时间自适应：有停车设置停车类型:斜坡停车自动直流注入寸动预设速度给定附近加减速给定记忆加减速逻辑输入控制预磁限位开关制动逻辑控制负载测量高速提升PID调节器√PID 反馈分配：AI1给定PID反馈最小值：0PID反馈最大值：1600 PID给定最小值：0PID给定最大值:1600内部PID给定分配：YES 内部PID给定：600PID比例增益：1.03 PID积分增益：0.05 PID微分增益：0.01 PID斜坡：99.9SPID误差求反：NOPID最小输出值:0HZPID最大输出值：+50HZ反馈超下限报警：0反馈超上限报警：1600PID误差报警：200PID积分重设：未分配速度给定分配：未设置自动/手动选择分配：未分配低速运行超时：999.9SPID唤醒误差阈值：0.0。
运用PID与变频器实现恒压供水控制方案
运用PID与变频器实现恒压供水控制方案2008-01-20 19:58一：PID概念1. PID解释：即由比例（Proportion）+积分（Integral）+微分（Differential coefficient）组合而成。
2. 比例P控制：调节量按误差成比例输出，纯比例时误差不会为零。
即一对一的对应关系。
3. 积分I控制：调节量按误差的积分输出，误差为零时，输出恒定。
既有一定的延迟。
4. 微分D控制：调节量按误差的微分输出，误差突变时，能及时控制。
既快速反应。
5. PI控制动作：所谓PI控制就是将比例控制P和积分控制I结合起来，根据偏差及时间变化，产生一个操作变量。
二：运用PI控制系统方框图运用于PID可实现压力负反馈单闭环控制。
控制理论与算法。
1. PID配合变频器与压力传感器实现单泵闭环恒压供水控制系统。
2. 通常压力传感器分电流型与电压型两种。
PID有内置变频器与单独的外置两种。
三：设定任何一个控制系统都需要经过反复地调试后方可达到最佳性能，没有调试的系统是不能工作或不能良好地运行。
下面举例AMB-G7系列单泵恒压供水调试方法。
A. 首先必须知道控制对象的参数。
对象特征、需要的最大供水压力、需要给定用户的恒定压力、供水最小压力、上限压力、下限压力等。
B. 假设对一小区进行恒压供水改造，其要求管道最大供水压力为（A）11Kpa ，对应传感器输出电流为20mA , 要求最小供水压力为（B）1Kpa,对应输出的电流为4mA , 用户要求恒定的供水压力为（C）5Kpa 。
根据以上三个参数可以确定PID的设定值，既：（必须保证在最大供水压力时对应于压力传感器电流输出最大，反之亦然，可求出用户要求供水压力时的传感器电流）C. 传感器给定电流（Iset）正比于用户所需的恒定供水压力。
(假设压力传感器输出电流为4~20mA)既：Iset/(Imax-Imin)=C/(A-B)→Iset/(20mA-4mA)=5/(11-1)→Iset/16=5/10→Iset=16*0.5=8mA(5 0%电流)其中Imax=最大电流 Imin=最小电流 Iset=需要给定的电流值D. 而G7系列F84设定电压也正比与设定电流。
项目6-恒压供水变频PID控制
PID调节是过程控制中应用得十分普遍的一种控 制方式，它是使控制系统的被控物理量能够迅速 而准确地无限接近于控制目标的基本手段，在温 度控制中也是如此。正由于PID功能用途广泛、 使用灵活，使得现在变频器的功能大都集成了 PID，简称“内置PID”，使用中只需设定6个参数 （Kp， Ti和Td）即可。但并不一定需要全部，可 以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必 不可少的。
图3.11 国产XMZ60X系列智能仪表
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项目6 恒压供水变频PID控制
表3.1 国产XMZ60X系列智能仪表输入信号.源自项目6 恒压供水变频PID控制
表3.2 国产XMZ60X系列智能仪表输出信号
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图3.12 XMZ601接线示意
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图3.9 热电.偶原理
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2.热电阻
热电阻是温度检测中使用的另外一种测温元件。 热电阻利用物质在温度变化时本身电阻也随着发 生变化的特性来测量温度的。热电阻的受热部分 （感温元件）是用细金属丝均匀的缠绕在绝缘材 料制成的骨架上，当被测介质中有温度梯度存在 时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质层 中的平均温度。它的主要特点是测量精度高，性 能稳定。其中铂热电阻的测量精确度最高。
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图3.7 变频风机的恒温控制
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3.变频风机的多段速变风量控制方式
该控制方式是基于对风量需求进行经验估算的基 础上进行的程序控制。来改变吸气扇转速，控制 进风量，可减少吸气扇电机的能耗，同时还可以 减轻输入暖气时锅炉的热负载和输入冷气时制冷
一种基于变频器PID功能的PLC控制恒压供水系统
PID PLC1.前言恒压供水系统是目前市场上运用最为广泛的供水系统之一。
变频器PID 控制系统是整个恒压供水系统的控制核心。
通过PLC (可编程逻辑控制器)对整个系统进行可靠的控制，不仅提高了水压的稳定性，同时也提高了系统运行效率，降低了能源消耗。
2. 恒压供水系统概述恒压供水系统是指在不同供水流率和负荷状态下，系统所维持的压力都是恒定的。
相比较其他常见的供水系统，恒压供水系统可以满足一些特殊的供水需求，比如公寓、办公楼、酒店、医院等高层建筑物的供水。
恒压供水系统一般可以分为两类：一类是调速泵房恒压供水系统，另一类是变频器恒压供水系统。
调速泵房恒压供水系统采用调速泵进行水压控制，系统通过加减泵数来维持恒定的工作水压。
这种方式适合较小规模的恒压供水系统。
变频器恒压供水系统则采用变频器控制泵的转速，通过控制水泵的转速来保持一定的供水压力。
对于大规模的高楼、大型公共建筑物等供水系统，采用变频器恒压供水系统更为常见。
3. 变频器PID 功能PID 控制是一种最广泛应用的控制方法之一，在变频器控制系统中，同样可以采用PID 控制算法来控制水泵的输出，实现恒压供水系统的控制。
PID 控制器的核心算法为比例(P)、积分(I)和微分(D)三部分，分别调节系统的稳定性、抗干扰性和响应速度。
在恒压供水系统中，通过调整PID 控制器的参数，可以实现快速反馈，实时调整水泵的输出，保持系统稳定性。
4. PLC 控制恒压供水系统PLC 是一种专门用于工业自动化的可编程电子控制器。
PLC 芯片可以通过编程实现对数字信号的处理、控制逻辑、数据存储和通信等功能。
在恒压供水系统中，PLC 的主要任务是控制变频器PID 控制器的输入和输出，采集水泵和供水系统的运行数据。
PLC 控制系统的核心模块为CPU (核心处理单元)和I/O 模块(输入输出模块)。
对于PLC 恒压供水系统的实现，可以通过编写PLC 程序来实现PID 控制器的参数调整、水泵的开关控制、水压监测和数据传输等任务。
浅析水厂变频恒压供水的PID控制问题
１ＰＤ Ｉ控制器 的设计
的成 本 ， 抽 象 层次 上 来分 析对 比多种 可能 从 的 系统 实 现方 案 和最 合 理 的软 件结 构 ， 从而 可 以 用较 低 的成 本 开 发 出质 量 较 高 的软 件
总体 设 计 过程 通 常 由两 个主 要 的阶 段组 量（ 反馈 量 ） 将 其 与 目标 值 （ 度 、 量 、 ， 温 流 压 进 行 总 结 ， 助于 模 糊 数 学 工 具 ， 用 模 糊 来 。 借 利 力等 设 定 值 ） 行 比 较 ， 有 偏 差 ， 通 过 推 理 就 可 以 实 现 对 非 线性 对 象 比较 满 意 的 成 ：１系 统 设计 ， 进 若 则 （） 即确 定 系 统 的具 体 实 现方
历史 最 久 命 力最 强的 基 本 控 制 方 式 ， ３ １模糊 控 制的特 点 生 由 ． 间 的接 口和 评价 模块 划 分 的 质量 ， 以及 进 行 于 其 具 有 众多 优 势 ， 以 本 系统 采 用 Ｐ Ｄ控 所 Ｉ 过 程 控 制 中的 复 杂 系统 通 常 具 有 大 滞 数 据 分 析 。 照软 件 工 程 学 的 观 点 ， 件 的 按 软
工 业 技 术
Ｓ ｉ Ｃ ｎ Ｔｃｎｆ ｙｆｏａｉ ｅ： ｃ ｎｅａｄ ｅｈ０ ｇ ｎｖｔｎＨ ｒｄ ｅ ０ ｎ ｏ ａ ｌ
浅析 水厂 变频恒 压供 水 的 Ｐｌ 控 制 问 司 浙江慈 溪 ３ ３ ０ １ ０ ） ５
供 水 控 制 要 求精 度 不 高 、 Ｉ 控 制 调 节 器的 ＰＤ 应用 已经非常， 泛 ， 数 易 于 调 整 且 结 构 参 简 单 ， 构 灵活 等 特 点 ， 系统 就 采 用 Ｐ Ｄ 结 本 Ｉ 控制方式 。
４恒压供水监侧软 件设计总体 思路
恒压供水变频PID控制
通过对比手动整定和自整定后的系统性能，评估参数自整定技术的效 果。
05
实际应用案例分析
某高层建筑恒压供水系统改造案例
01
02
03
原系统问题
高层建筑原供水系统存在 水压不稳定、能耗高等问 题。
改造方案
采用恒压供水变频PID控 制技术，根据实际需求调 节水泵转速，保持恒定的 出水压力。
执行机构
接收控制器的控制信号，驱动水泵的电机实现调速运行，从而调节供水管道的 压力。常见的执行机构有变频器、软启动器等。
03
变频PID控制器设计
控制器结构选择
基于PLC的PID控制器
01
利用可编程逻辑控制器（PLC）实现PID控制算法，具有灵活性
和可扩展性。
基于单片机的PID控制器
02
以单片机为核心，通过编程实现PID控制功能，成本较低，适用
衰减曲线法
在闭环控制系统中，将比例度从大到小逐渐改变，直到系统出现4:1或10:1的衰减曲线， 记录此时的比例度和振荡周期，根据经验公式计算出PID参数。
抗干扰措施及稳定性分析
硬件滤波
软件滤波
在输入端采用硬件滤波器对信号进行预处 理，消除高频噪声干扰。
通过编程实现数字滤波算法，如滑动平均 滤波、中位值滤波等，进一步提高信号质 量。
恒压供水变频PID控制
汇报人：XX
contents
目录
• 引言 • 恒压供水系统组成及工作原理 • 变频PID控制器设计 • 系统性能评价与优化 • 实际应用案例分析 • 总结与展望
01
引言
背景与意义
供水系统是城市基础设施的重要组成部分，恒压供水对于保障居民生活和工业生产 具有重要意义。
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图3.7 变频风机的恒温控制
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3.变频风机的多段速变风量控制方式
该控制方式是基于对风量需求进行经验估算的基 础上进行的程序控制。来改变吸气扇转速，控制 进风量，可减少吸气扇电机的能耗，同时还可以 减轻输入暖气时锅炉的热负载和输入冷气时制冷
图3.5 通用变频器内 置PID的控制校准过程
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3.2.2中央空调变频风机的几种控制方式
• 1、变频风机的静压PID控制方式 • 2、变频风机的恒温PID控制方式 • 3、变频风机的多段速变风量控制方式
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机的热负载。
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图3.8 变频风机的多段速控制
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3.2.3温度传感器及其相关仪表的与选型
• 1、热电偶 • 2、热电阻 • 3、温度传感器相关仪表
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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（2）反馈量，它是通过现 场传感器测量的与被控物 理量的实际值对应的信号。图3.4 通用变频器
PID控制原理图
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项目6
恒压供水变频PID控制
PID调节功能是将根 据两者的差值，利用 比例P、积分I、微分 D的手段对被控物理 量进行调整，直至反 馈量和给定量基本相 等，达到预定的控制 目标为止。
图3.9 热讲解电：偶X原X 理
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2.热电阻
热电阻是温度检测中使用的另外一种测温元件。 热电阻利用物质在温度变化时本身电阻也随着发 生变化的特性来测量温度的。热电阻的受热部分 （感温元件）是用细金属丝均匀的缠绕在绝缘材 料制成的骨架上，当被测介质中有温度梯度存在 时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质层 中的平均温度。它的主要特点是测量精度高，性 能稳定。其中铂热电阻的测量精确度最高。
如果两种不同成分的均质导体形成回路，直接测温 端叫测量端，接线端子端叫参比端，当两端存在温 差时，就会在回路中产生热电流，那么两端之间就 会存在Seebeck热电势，即塞贝克效应。热电势随 着测量端温度升高而增加，热电势的大小只和热电 偶导体材质以及两端温差有关，和热电偶导体材质 的长度、直径无关
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《变频器》 项目6 恒压供水变频PID控制
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3.1 项目背景及要求 3.2 知识讲座（PID控制与变频器） 3.3 技能训练一（A700变频器PID线路设计） 3.4 项目设计方案
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图3.10 热电阻原理
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3.温度传感器相关仪表
由于热点偶或热电阻都不能输出变频器所能接受 的0~10V或4~20mA信号，而且本项目要求能够 显示实时温度数据，因此，必须再增加一个温度 传感器的相关仪表。
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1.热电偶
热电偶传感器在环境温度检测中使用极为广泛。 其主要优点是测温精度高；热电动势与温度在小 范围内基本上呈单值、线性关系；稳定性和复现 性较好，响应时间较快；测温范围宽。常用热电 偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。
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图3.6 中央空调送风机的静压控制
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2.变频风机的恒温PID控制方式
利用了变频器内置的PID算法进行温度控制，当 通过传感器采集的被测温度偏离所希望的给定值 时，PID程序可根据测量信号与给定值的偏差进 行比例（P）、积分（I）、微分（D）运算，从 而输出某个适当的控制信号给执行机构（即变频 器），提高或降低转速，促使测量值室温恢复到 给定值，达到自动控制的效果 。恒温控制中必须 要注意PID的正作用和反作用，所以，必须在控 制系统增设夏季/冬季切换开关以保证控制的准确 性。
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图3.3 变频器内置PID控制原理
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要使变频器内置PID闭环正 常运行，必须首先选择PID 闭环选择功能有效，同时 至少有两种控制信号：（1） 给定量，它是与被控物理 量的控制目标对应的信号。
1.变频风机的静压PID控制方式
送风机的空气处理装置是采用冷热水来调节空气 温度的热交换器，冷、热水是通过冷、热源装置 对水进行加温或冷却而得到的。控制管道静压的 好处是有利于系统稳定运行并排除各末端装置在 调节过程中的相互影响。在静压PID控制算法中， 通常采用两种方式，即定静压控制法和变静压控 制法。
3.2 PID控制与变频器
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3.2.1变频器内置PID原理
PID调节是过程控制中应用得十分普遍的一种控 制方式，它是使控制系统的被控物理量能够迅速 而准确地无限接近于控制目标的基本手段，在温 度控制中也是如此。正由于PID功能用途广泛、 使用灵活，使得现在变频器的功能大都集成了 PID，简称“内置PID”，使用中只需设定6个参数 （Kp， Ti和Td）即可。但并不一定需要全部，可 以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必 不可少的。
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图3.11 国产XMZ60X系列智能仪表
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表3.1 国产XMZ60X系列智能仪表输入信号
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