[0001] 本发明涉及供水控制领域，更具体地，涉及一种变频调速恒压供水控制系统。

[0002] 众所周知，水是生产生活中不可缺少的重要组成部分，在节水节能已经成为这个时代特征的标志的历史条件下，我们这个水资源和电能相对短缺的国家，长期以来在城市供水、小区供水、高楼供水等方面技术一直是比较落后的，自动化程度比较低。主要方面是由于受到落后的供水设备和输送管道的制约，使在用水高峰期，水的供给量常常低于需求量，出现水压降低，水供不应求的现象。传统的解决办法是采用高位水箱、水塔和各种气压罐进行蓄水加压，依赖挡板和阀门的阻力调节水流量。这种依靠水的势能或气压供水方式一般占地面积大、投资大、水泵电机启动频繁、耗电量大、管网水压不稳定、爆管现象频繁、水漏失非常严重等等缺点。同时生活用水也容易受到污染，而且水泵电机的频繁开动容易使设备经常出现故障、检修、维护也很困难。

[0003] 随着社会经济的飞速发展，城市建设规模的不断扩大，人口的增多以及人民生活水平的不断提高，对城市供水的数量、质量、经济、稳定性提出了越来越高的要求。据统计，从1990年到1998年，我国人均日生活用水量(包括城市公共设施等非生产用水)由175.7升增加到241.1升，增长了37.2％，与此同时我国城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。而另一方面，在全国的666个城市中有330个不同程度缺水，其中严重缺水的达108个，在32个百万人口以上的特大城市，有30个城市长期受缺水的困扰，特别是水资源短缺地区的城市水的供需矛盾尤为突出。由于供水不足，城市工业每年的经济损失达2300亿元，同时给城市居民生活造成许多困难和不便，成为城市社会中的一种隐患。

[0059] 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

[0060] 为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

[0061] 对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

[0062] 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

[0063] 实施例1

[0064] 本实施例提供一种变频调速恒压供水控制系统，如图1，包括工控机、PLC控制器、变频器、水泵阀门主电路、传感模块、第一水泵电机和第二水泵电机，其中：

[0065] 工控机与PLC控制器连接，PLC控制器分别与变频器、传感模块以及水泵阀门主电路连接，所述变频器通过水泵切换电路连接第一水泵电机和第二水泵电机；

[0066] 所述变频器将电机频率信号反馈至PLC控制器，传感模块采样管网压力信号反馈至PLC控制器，PLC控制器中的PID模块根据电机频率信号和管网压力信号进行计算，发出控制信号，控制第一水泵电机和第二水泵电机的运行状态。

[0067] 所述第一水泵电机为160KW水泵电机，第二水泵电机为220KW水泵电机。

[0068] 所述控制第一水泵电机和第二水泵电机的运行状态如图2，包括：

[0069] (1)切换过程一

[0070] 第一水泵电机变频起动，频率达到50HZ，第一水泵电机工频运行，第二水泵电机变频运行；

[0071] (2)切换过程二

[0072] 由第一水泵电机工频运行和第二水泵电机变频运行转变为第二水泵电机单独变频运行状态；

[0073] (3)切换过程三

[0074] 由第二水泵电机变频运行转变为第二水泵电机变频停止和第一水泵电机变频运行状态。

[0075] 还包括真空泵，所述真空泵与第一水泵电机和第二水泵电机连接，对处于工作状态的水泵进行抽取真空。

[0076] 所述传感模块为压力传感器和液位传感器，所述压力传感器获取管网压力信号至PLC控制器中，液位传感器获取水泵水位信号PLC控制器中。

[0077] 如图3，还包括三个接触器，其中第一电机通过两个接触器分别与工频电源和变频器输出电源连接，第二电机通过一个接触器与变频器输出电源连接。

[0078] 水泵阀门主电路包括两个交流接触器，所述第一电机通过一个交流接触器控制电机的正反转，所述第二电机通过另一个交流接触器控制电机的正反转。

[0079] 所述PLC控制器为S7-200型PLC，包括CPU226主模块、EM235模拟量扩展模块，所述PLC控制器通过中间继电器与水泵阀门主电路连接。

[0080] PLC控制器中的PID模块根据电机频率信号和管网压力信号进行计算，具体为：

[0081]

[0082] 式中U(t)为PID模块的输出，Kc为PID回路的增益，e为PID回路的偏差，即给定值与过程变量之差，Uintiial为PID回路输出的初始值；

[0083] 对上式进行离散化，即对误差进行周期性的采样并计算输出值，离散式方程如下式：

[0084]

[0085] 式中UN为采样时刻n计算出的PID回路输出值，Kc为PID回路增益，en为采样时刻n的偏差值，en-1为采样时刻n-1的偏差值，即偏差前项，K1为积分项的比例系数，Uinitial为PID回路输出的初始值，KD为微分项的比例系数；

[0086] 上式简化为CPU实际使用的递推形式：

[0087] Un＝Kcen+K1en+UX+KD(en-en-1)

[0088] 上式中，UX为采样时刻n-1的积分项；CPU将上述形式再进一步的组合、简化，可得如下式所示方程：

[0089] Un＝UPn+UIn+UDn

[0090] 其中，Un为第n采样时刻的计算值，UPn为第n采样时刻的比例项值，UIn为第n采样时刻的积分项值，UDn为第n采样时刻的微分项值。

[0091] 比例项值UPn是增益Kc和偏差e的乘积，其中Kc决定系统输出对偏差的灵敏度，偏差e是给定值易与过程变量PVn之差，CPU采用的计算比例项值的方程如下：

[0092] UPn＝Kc(SPn-PVn)

[0093] UPn为第n采样时刻比例项的值，Kc为增益，SPn为采样时刻n的给定值，PVn PVn为采样时刻n的过程变量值；

[0094] 积分项值UIn与偏差的累积和成正比，CPU采用的计算积分项的方程如下：

[0095]

[0096] 其中UIn为第n采样时刻的积分项值，Kc为增益，TS为采样周期，T1为积分时间常数，SPn为采样时刻n的给定值，PVn采样时刻n的过程变量值，UX为采样时刻n-1的积分项，即积分项前值；

[0097] 微分项值UDn与偏差的变化成正比，其方程如下：

[0098]

[0099] 为了实现在给定值改变时控制输出的无扰动切换，假定给定值为常，SPn＝SPn-1，可以将上式化为计算过程变量的变化，如下：

[0100]

[0101] 其中，UDn为第n采样时刻的微分项值，KC为回路增益，TS为回路采样周期，TD为微分时间常数，PVn为采样时刻n的过程变量，PVn-1为采样时刻n-1的过程变量。

[0102] 故障检测是保证系统安全、可靠运行的一个重要环节，如图4，本文中的检测量主要有变频器故障、水泵故障。电动机依据热继电器动作进行设计的，当电动机过热时，热继电器常开触点闭合，作为PLC的输入条件；而变频器故障时产生高电压信号作为PLC的输入条件。直接接蜂鸣器报警输出。对于电动机的热继电器输入，报警指示输出既需要四个端口显示哪一台电机故障，也需要一个输出端子进行蜂鸣器报警输出。

[0103] 相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

[0104] 附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

[0105] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。