关于建筑施工场所恒压供水技术的应用.docx

系统自投入运行至今已有1年多时间，系统运行稳定，可靠性高，没有出现故障，维护少。无论是在用水的高峰期还是低谷期，水管压力的波动小，用户用水压力稳定，另外系统能够节省能源，节约电能大约是常规供水的20%。
在大多数的恒压供水电气系统的设计中，pid控制算法是设计人员常常采用的恒压控制算法。常见的pid控制器控制形式主要有3种:(1)硬件型，通用pid温控器;(2)软件型，使用离散形式的pid控制算法在可编程序控制器上做pid控制器;(3)使用变频器内置pid控制功能，相对前两者来说，这种叫内置型。这3种控制器形式各具特点，但采用什么形式的pid控制器对
控制性能和生产成本具有一定的影响，这值得设计人员考虑的。本文将与大家探讨3种控制器形式的应用、优劣以及调试过程中的要点。
2 pid温控器
图1 pid温控器控制系统框图
现在的pid温控器多为数字型控制器，具有位控方式、数字pid控制方式以及模糊控制方式，有的还具有自整定功能，如富士pwx系列温控器、欧陆800系列温控器就属此类型。此类温控器的输入输出类型都可通过设置参数来改变，考虑到抗干扰性，一般将输入输出类型都设定为4~20ma电流类型。图1为以pid温控器调节器构成的闭环压力调节系统，压力的给定值由pid温控器的面板设定，压力传感器将实际的压力变换为4~20ma的压力反馈信号，并送入pid温控器的输入端;pid温控器将输入的模拟电流信号经数字滤波、a/d转换后变为数字信号，一方面作为实际压力值显示在面板上，另一方面与给定值作差值运算;偏差值经数字pid运算器运算后输出一个数字结果，其结果又经d/a转换后，在pid温控器的输出端输出4~20ma的电流信号去调节变频器的频率，变频器再驱动水泵电机，使压力上升。当给定值大于实际压力值时，pid温控器输出最大值20ma，压力迅速上升，当给定值刚小于实际压力值时，pid温控器输出开始退出饱和状态，输出值减小，压力超调后也逐渐下降，最后压力稳定在设定值处，变频器频率也稳定在某个频率附近。
这种pid控制形式的主要优点有:操作简单、功能强大、动态调节性能好，适用于选用的变频器性能不是很高的应用场合，同时控制器还具有传感器断线和故障自动检测功能。缺点是:pid调节过于频繁，稳态性能稍差，布线工作量多。调试注意要点:p参数值不宜太大，~1;i参数和d参数的比值大约为4，i参数的值一般为6s~16s;由于pid温控器的响应快，为了防止调整过程中压力波动过大，变频器的上升和下降时间应调大些，推荐30s~80s;设定pid温控器的显示标尺斜率，校正压力显示值;设定适当的数字滤波时间，抑制干扰信号的输入。
3 软件型pid
喜欢使用plc指令编程的设计者通常自己动手编写pid算法程序，这样可以充分利用plc的功能。在连续控制系统中，模拟pid的控制规律形式为
(1)
式中 e(t)—偏差输入函数；
u(t)—调节器输出函数；
kp—比例系数;
t1—积分时间常数;
td—微分时间常数。
由于式(1)为模拟量表达式，而plc程序只能处理离散数字量，为此，必须将连续形式的微分方程化成离散形式的差分方程。式(1)经离散化后的差分方程为
(2)
式中 t—采样周期;
k—采样序号，k=0，1，2… i，… k;
u(k)—采样时刻k时的输出值;
e(k)—采样时刻k时的偏差值;
e(k-1)—采样时刻k-1时的偏差值;
为了减小计算量和节省内存开销，将式(2)化为递推关系式形式:
(3)
式中 sv—调节器设定值;
f(k)—采样时刻k时的反馈值;
f(k-1)—采样时刻k-1时的反馈值;
f(k-2)—采样时刻k-2时的反馈值;
至此式(3)已可以用作编程算法使用了，如图2所示，建议采用1s的时间定时中断程序来做pid程序。式(3)中的常数项可在参数输入后调用一个子程序来计算，这样可以避免每个扫描周期都计算一次常数项。
图2 软件型pid控制系统框图
可采用与plc直接连接的文本显示器或触摸面板输入参数和显示参数，如西门子的td200、tp7等。
使用式(3)编写pid程序，需4次乘法、两次加法、两次减法计算以及多个mov指令，因此显得很烦琐。实际应用中，取消p、d控制，保留i控制，也能很好满足实际要求，所以控制关系式可写成:
u(k)=u(k-1)+△u (4)
式中 △u—积分增量。
显然式(4)简单得多，积分增量可根据实际需要来确定。当压力未到达设定值，增量为正;当压力超调后，增量为负。采用式(4)来控制压力，也存在一些问题，△u设置过大，则稳态时压力误差大，△u设置太小，则调整时间太长。如果结合模糊控制的思想，就能较好地改良控制