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摘要：为了解决实际供水系统中出现的问题，本人经过仔细考察，认真研究。从安装、接线、调试完成了整个恒压供水系统。
关键词：恒压供水 变频器 PID控制
中图分类号：ＴＨ３ 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2011)12(c)-0000-00
现状、问题
某职业学院三层培训供水系统，原采用自然管网供水。当入住用户较多时，由于压力不足引起三楼用户水量较小或无法用水。为解决问题，买了一台2. 2KW的加压泵，水泵工作时可以完全满足三层全部用户的正常用水。使用一段时间后，发现有供水管道漏水，后来知道管道设计工程压力不能超过2.8Kg/cm2。原因是实际压力（>3Kg/cm2）过高引起，造成管道破裂。
分析原因
该培训楼用户一楼为餐厅、洗衣间、烧饭间及服务人员房间。二层、三层为留宿人员，由于住宿人员流动性强，有时入住人多，有时人少，甚至没人注。加压泵长时间工作，可能导致压力过高，引起管道漏水。
解决问题
根据上述原因，我决定采用变频器恒压供水。根据加压泵的容量，买了一台富士变频器，型号FRN2.2G11S-4CX（2.2KW，400V，4.71A）。用变频器配和远程压力表组成一套PID恒压闭环控制系统，见图1示。
远程压力表采用指针带动滑动电位器来检测压力，即电位器的电阻值随压力的变化而变化。而变频器的反馈信号可为电压或电流信号。为了消除因线路压降引起的误差，采用电流信号做为反馈信号。如图将变频器的13端子（+10V）与11端子地端接远程压力表电位器的固定端，滑动电位器的输出端变频器的电流反馈端C1。
有关参数选择：F01为0，做为目标信号（给定压力值）设定，即通过面板直接设定。F02为0，运行方式为键盘面板操作方式。H20参数是PID控制方式选择，为1时即正动作，变频器的频率随PID输出增加而增加。H21参数是PID反馈选择，H21为3，即反动作。因为随压力升高此时电阻值增大反馈电流下降，为保证负反馈故采用反动作。
调试
变频器送电后， 通过LCD监视器观察相关的参数值，发现PID反馈量为36.8，即水泵不转管网产生的供水压力反馈量。因此，人为设定的目标值或命令值（给定压力值）应大于36.8，通过反复试车最后确定PID的命令值为38。人为设好命令值后，起动变频器频率逐渐增加至某一频率（如28HZ），当用水量增加时，输出频率也增加，当用水量减小时，输出频率也减小，同时观察压力表压力稳定在2.2Kg/cm2。可以满足三层楼正常用水的要求。
在特殊情况下，当需要提高供水压力，可以重新设定PID命令值，比如命令值为39，经试验，此时压力可达到2.4Kg/cm2。
PID控制参数调试：调试过程是通过观察系统的响应，根据P、I、D参数对系统性能的影响，调节PID参数，直至出现满意的响应。从而确定 PID控制参数。PID控制参数整定方法很多，最常用的是工程整定方法，通过工程实际进行调整和修改。
首先整定比例增益 P：比例增益 P 越大，调节灵敏度越高，但由于系统和控制电路都有惯性，调节结果达到最佳值时不能立即停止，导致“超调”，然后反过来调整，再次超调，形成振荡。将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。 通过调试后，选择本供水系统的比例增益 P等于7。
然后整定积分时间：为消除稳态误差，需加入积分控制。 引入积分环节 I ，其效果是使经过比例增益 P 放大后的差值信号在积分时间内逐渐增大 ( 或减小 ) ，从而减缓其变化速度，防止振荡。I 的取值与拖动系统的时间常数有关：拖动系统的时间常数较小时，积分时间应短些；拖动系统的时间常数较大时，积分时间应长些。 积分时间调试方法是：先选择的比例系数减小，再将积分时间置一个较大值，观测响应曲线。然后减小积分时间，加大积分作用，并相应调整比例系数，反复调试至得到较满意的响应，确定比例和积分的参数。通过调试后，,确定本供水系统的比例增益 P等于6，积分时间为0.6秒。
最后整定微分时间：PI 控制只能消除稳态误差，若动态过程不能令人满意，则应加入微分控制，构成PID 控制。先置微分时间等于0，然后逐渐加大，同时相应地改变比例系数和积分时间，三个参数反复调试至获得满意的控制效果和PID 控制参数。由于恒压供水系统对动态指标要求不高，通过调试后，选择本供水系统的微分时间为0.5秒。
结束语：
该恒压供水系统实践证明完全满足供水的要求。另外，变频器通过电动机调速实现调节水泵流量起到了节能的效果。该恒压供水系统可以在入住率较高时保证恒压供水的要求，另外也防止了压力过高损坏供水管路。同时，由于自然管网压力可以满足一层楼供水，当二、三层无人住宿时，还可以人为将变频器断电，仅采用自然管网供水，这样也可延长变频器的使用寿命。
参考文献：
[1] 陈伯时. 电力拖动自动控制系统.第三版.北京：机械工业出版社，2003
[2] 陶永华. 新型PID控制及其应用[M].机械工业出版社，1995.1.
[3] 王廷才，王伟．变频器原理及应用．北京：机械工业出版社，2005．
[4] 王建，徐洪亮. 富士变频器入门与典型应用 北京：中国电力出版社 2008.
[5] FRENIC 5000G11S/P11S 操作说明书 富士电机机器制御株式会社
[6] 王树. 变频调速系统与应用 机械工业出版社，2005.3
关键词：恒压供水 变频器 PID控制
中图分类号：ＴＨ３ 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2011)12(c)-0000-00
现状、问题
某职业学院三层培训供水系统，原采用自然管网供水。当入住用户较多时，由于压力不足引起三楼用户水量较小或无法用水。为解决问题，买了一台2. 2KW的加压泵，水泵工作时可以完全满足三层全部用户的正常用水。使用一段时间后，发现有供水管道漏水，后来知道管道设计工程压力不能超过2.8Kg/cm2。原因是实际压力（>3Kg/cm2）过高引起，造成管道破裂。
分析原因
该培训楼用户一楼为餐厅、洗衣间、烧饭间及服务人员房间。二层、三层为留宿人员，由于住宿人员流动性强，有时入住人多，有时人少，甚至没人注。加压泵长时间工作，可能导致压力过高，引起管道漏水。
解决问题
根据上述原因，我决定采用变频器恒压供水。根据加压泵的容量，买了一台富士变频器，型号FRN2.2G11S-4CX（2.2KW，400V，4.71A）。用变频器配和远程压力表组成一套PID恒压闭环控制系统，见图1示。
远程压力表采用指针带动滑动电位器来检测压力，即电位器的电阻值随压力的变化而变化。而变频器的反馈信号可为电压或电流信号。为了消除因线路压降引起的误差，采用电流信号做为反馈信号。如图将变频器的13端子（+10V）与11端子地端接远程压力表电位器的固定端，滑动电位器的输出端变频器的电流反馈端C1。
有关参数选择：F01为0，做为目标信号（给定压力值）设定，即通过面板直接设定。F02为0，运行方式为键盘面板操作方式。H20参数是PID控制方式选择，为1时即正动作，变频器的频率随PID输出增加而增加。H21参数是PID反馈选择，H21为3，即反动作。因为随压力升高此时电阻值增大反馈电流下降，为保证负反馈故采用反动作。
调试
变频器送电后， 通过LCD监视器观察相关的参数值，发现PID反馈量为36.8，即水泵不转管网产生的供水压力反馈量。因此，人为设定的目标值或命令值（给定压力值）应大于36.8，通过反复试车最后确定PID的命令值为38。人为设好命令值后，起动变频器频率逐渐增加至某一频率（如28HZ），当用水量增加时，输出频率也增加，当用水量减小时，输出频率也减小，同时观察压力表压力稳定在2.2Kg/cm2。可以满足三层楼正常用水的要求。
在特殊情况下，当需要提高供水压力，可以重新设定PID命令值，比如命令值为39，经试验，此时压力可达到2.4Kg/cm2。
PID控制参数调试：调试过程是通过观察系统的响应，根据P、I、D参数对系统性能的影响，调节PID参数，直至出现满意的响应。从而确定 PID控制参数。PID控制参数整定方法很多，最常用的是工程整定方法，通过工程实际进行调整和修改。
首先整定比例增益 P：比例增益 P 越大，调节灵敏度越高，但由于系统和控制电路都有惯性，调节结果达到最佳值时不能立即停止，导致“超调”，然后反过来调整，再次超调，形成振荡。将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。 通过调试后，选择本供水系统的比例增益 P等于7。
然后整定积分时间：为消除稳态误差，需加入积分控制。 引入积分环节 I ，其效果是使经过比例增益 P 放大后的差值信号在积分时间内逐渐增大 ( 或减小 ) ，从而减缓其变化速度，防止振荡。I 的取值与拖动系统的时间常数有关：拖动系统的时间常数较小时，积分时间应短些；拖动系统的时间常数较大时，积分时间应长些。 积分时间调试方法是：先选择的比例系数减小，再将积分时间置一个较大值，观测响应曲线。然后减小积分时间，加大积分作用，并相应调整比例系数，反复调试至得到较满意的响应，确定比例和积分的参数。通过调试后，,确定本供水系统的比例增益 P等于6，积分时间为0.6秒。
最后整定微分时间：PI 控制只能消除稳态误差，若动态过程不能令人满意，则应加入微分控制，构成PID 控制。先置微分时间等于0，然后逐渐加大，同时相应地改变比例系数和积分时间，三个参数反复调试至获得满意的控制效果和PID 控制参数。由于恒压供水系统对动态指标要求不高，通过调试后，选择本供水系统的微分时间为0.5秒。
结束语：
该恒压供水系统实践证明完全满足供水的要求。另外，变频器通过电动机调速实现调节水泵流量起到了节能的效果。该恒压供水系统可以在入住率较高时保证恒压供水的要求，另外也防止了压力过高损坏供水管路。同时，由于自然管网压力可以满足一层楼供水，当二、三层无人住宿时，还可以人为将变频器断电，仅采用自然管网供水，这样也可延长变频器的使用寿命。
参考文献：
[1] 陈伯时. 电力拖动自动控制系统.第三版.北京：机械工业出版社，2003
[2] 陶永华. 新型PID控制及其应用[M].机械工业出版社，1995.1.
[3] 王廷才，王伟．变频器原理及应用．北京：机械工业出版社，2005．
[4] 王建，徐洪亮. 富士变频器入门与典型应用 北京：中国电力出版社 2008.
[5] FRENIC 5000G11S/P11S 操作说明书 富士电机机器制御株式会社
[6] 王树. 变频调速系统与应用 机械工业出版社，2005.3