天津科技大学2011届本科生毕业设计（论文）
第五章 恒压供水系统的 PID 调节
一、 PID 控制及其控制算法
PID控制器是一种线性控制器，它是对给定值和实际输出值之间的偏差[12][13]
e(t)=r(t-)y( t ) （5-1）
经比例（P）、积分（I）和微分（D）运算后通过线性组合构成控制量 ，对被控对象进行控制，故称PID控制器。
系统由拟PID控制器和被控对象组成，其控制系统原理框图如图5-1。
图5-1
图中 u（t）为PID调节器输出的调节量 PID控制规律为
1de(t)u(t)?K[e(t)??e(t)?T?] （5-2）
TdtPDI式（5-2）中，KP —比例系数； TI—积分时间常数； TD—微分时间常数。 相应地传递函数形式
G(s)=
U(s)1+TDs) （5-3） =KP(1+E(s)TsIPID控制器各环节的作用及调节规律如下:
（1）比例环节：比例环节反映了系统对当前变化的一种反映。比例环节不
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能彻底消除系统偏差，系统偏差随比例系数K的增大而减少。
比例系数过大将导致系统不稳定。
（2）积分环节：积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，易引起系统超调量加大，反之则越强，易引起系统振荡。
（3）微分环节：微分环节主要用来控制被调量的振荡，减小超调量，加快系统响应时间，改善系统的动态特性。但过大的TD 对于干扰信号的抑制能力却将减弱。
二、恒压供水 PID 调节过程分析
恒压供水的目的就是要保证供水能力QG适应用水QU需求变化。当供水能力
QG和用水需求QU之间不能平衡时，必然引起压力的变化。因此可根据压力的变化，来实现对供水流量的调节，维持供水能力QG和用水需求QU之间的乎衡。
实现恒压供水实现方法是，首先根据用户对水压的要求，给PID调节器预置一个目标压力值，管道中的实际水压，经压力变送器转换成4～20mA的模拟电流信号反馈给变频器内置的PID调节器，PID调节器根据目标压力值和实际压力值的偏差，给出调节量，自动调节变频器输出频率，调节电机转速，使供水量适应用水量的变化，取得动态平衡，维持水压不变。其具体调节过程如下[14]:
（1）稳态运行
当供水能力QG=用水需求QU,目标压力信号和压力反馈信号y相等,偏差e = y -r, PID 输出的控制增量Δu =0,变频器输出频率不变,水泵转速不变,处于稳态运行。
（2）用水量增加时
当用水量增加，用水需求QU>供水能力QG,水压下降，压力反馈信号y减少，偏差e = y- r<0,PID输出的控制增量Δu>0，变频器输出频率上升,水泵转速升高，增加供水能力，最后达到一个新的平衡状态，使压力回复，维持供需平衡。
（3）用水量减少时
当用水量减少，用水需求QU <供水能力QG ，水压上升，压力反馈信号 y增大，偏差e = y -r>0， PID 输出的控制增量 Δu >0，变频器输出频率下降，水泵转速降低，降低供水能力，最后达到一个新的平衡状态，使压力回复，维持供需平衡。
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结 论
本文对于城市供水要求，设计了一套由PLC、变频器、远传压力表、多台水泵机组、计算机等主要设备构成的变频恒压供水及其远程监控系统，克服了传统供水方式普遍存在的效率低、可靠性差、自动化程度不高等缺点，可实现高效节能、自动可靠、维护简单、管理方便的恒压供水。 本系统具有以下的特点：
l、采用了可靠性高、使用简单、编程灵活的工控设备PLC和内置PID调节模块的变频器作为主要控制设备，在全流量范围内利用变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合，确保恒压供水。
2、系统具有完备的故障处理能力，可通过自动工频运行、远程手动控制和现场手动控制等方式确保供水，具有故障实时的现场报警和远程电话自动报警功能，具有故障电机锁定功能。
3、系统采取变频调速方式实现恒压供水，节能效果明显。 4、采用了PID调节方式，水压波动小，响应快。
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附录A
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锚泵，主泵转换、主泵之间转换部分程序
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