基于PID控制的恒压供水监控系统设计优化

变频调速恒压供水设备是20世纪80年代发展起来的一种新型的机电一体化供水设备，具有高效节能、压力恒定、运行安全可靠、管理简单等特点，可以直接取代水塔或者高水位水箱，有效地解决了高层楼宇用水及夏天水压过低的问题。

某小区的变频调速恒压供水系统有三个贮水池，三台水泵（两台主水泵和一台小水泵），采用部分流量调节方法，即三台水泵中，只有一台水泵在变频接触器的控制下作变速运行，其余的水泵作恒速运行。当设备起动后，PLC首先接通变频接触器KM0，给变频器供电对小水泵电机M0作软起动及调速运行。当用户用水量大于小水泵的最大供水量时，PLC切断接触器KM0，接通接触器KM1，在变频器的输出端将小水泵电机M0切断，而接通主水泵电机M1，使其软起动并调速运行。当用户用水量大于主水泵M1的最大供水量时，PLC切换接触器KM1到KM2，使M1运行在工频下，然后将变频器的输出端通过接触器KM2接通另一台主水泵电机M2，使M2软起动并调速运行。系统的组成示意图如图10-15所示。

1）通过安装在水泵出水管上的压力传感器SP，把供水管网的压力信号变成电信号，经过信号处理，送到PLC的A-D模块，变换为VP，与PLC的设定压力信号VS比较后进行数字PID运算，如果运算结果ΔV=（VS-VP）>0，经过PLC的D-A模块，产生控制信号Vf送到变频器，控制变频器的输出频率，进而控制水泵电机的转数，使供水管网的压力与设定压力一致。

2）若每台主泵在工频下的流量为Q_k，在调频时的流量为Q_f，最低调频流量为Q_t，则有Q_k>Q_f>Q_t。当用户的用水量Q_u增大时，每当Q_f=Q_k，PLC发出开泵信号Sk，将当前运行的水泵由变频状态切换到工频状态，使新起动的水泵通过变频器工作在变频状态下。反之，当用户用水量减少时，每当Q_f=Q_t，PLC发出停泵信号St，使先起动的运行在工频状态下的水泵停止工作，依次类推，循环控制。在自动运行过程中，主水泵始终是软起动，先起动先停止，使每台水泵的平均工作时间相同。

3）为保证系统的安全可靠运行，防止水泵倒转时损坏变频器，当PLC发出停泵信号的同时，也将对应水泵出口的电磁阀关闭，起动水泵时再把对应的电磁阀打开。

4）自动完成主水泵和小水泵供水系统的切换。当小流量供水时，PLC起动小水泵供水，自动切断主水泵供水；当大流量供水时，PLC起动主水泵供水，自动切断小水泵供水。(www.xing528.com)

图10-15 恒压供水系统示意图

5）完成贮水池供水及水位控制。当系统起动时，PLC先关闭所有贮水池的进水电磁阀及2#、3#贮水池的出水电磁阀，从1#贮水池开始，将1#贮水池的水位（由安装在水池上的浮球水位计检测）与设定的低水位值比较，如果检测到水位与低水位设定值相等，则关闭1#贮水池的出水电磁阀，发出1#贮水池的缺水报警信号，同时打开2#贮水池的出水电磁阀并对其水位进行监控。依次类推，循环控制3个贮水池对生活区的供水。

6）完成贮水池的定时灌水。每天的23时，在市政供水管网的低峰期，PLC依次读出每个贮水池的水位并与设定的高水位值比较，若低于设定的高水位值，则打开相应贮水池的进水电磁阀进行灌水，直到贮水位与设定的高水位值相等时，关闭进水电磁阀。