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PID技术在泵站自控系统中的应用 　　摘要：随着变频节能技术的成熟与发展，越来越多的污水泵站采用变频器来控制泵站泵机的日常运转，绍兴市排水管理有限公司在泵站自控系统建设中，将变频调频与PID自动控制技术相结合，使得泵站集水池保持恒液位运行，不仅减少了泵机的启停次数，延长了泵机的使用寿命，而且取得了明显的节能效果。 　　关键词：PLC；PID控制；自控系统；液位 　　1 引言 　　随着国民经济的高速发展，城市化工业进程的不断增快，城市排水问题日益突出：一方面要求将各企业生产、居民生活产生的废水安全排放出去而不能污染周边环境；另一方面要求在生产过程中尽量节约能源，最大限度地控制排水企业的污水输送成本。由于各工业污水及生活污水排放具有不规律性，泵站瞬时流量变化较大，从而导致各污水泵站出现泵机启、停频繁等不合理控制工况，造成生产效率低下、生产电耗偏高等问题。传统的控制方法已不再适应污水泵站日常的运行需求。 　　随着变频调速技术的成熟与发展，近年来，变频器已在国内工业生产中得到了广泛的应用。目前低压电动机变频调速产品应用已非常成熟和普及。变频技术就是通过改变交流电频率的方式实现交流电控制的技术，其核心元件是变频器。绍兴市排水管理有限公司自1997开始对泵机控制系统实施变频改造，取得明显的节能效果，并逐步在各排水泵站进行了推广应用。泵机安装变频器控制后，由于污水泵站时流量变化较大，值班员需时常对泵机控制频率进行手动调节、这使得值班员的日常操作工作量大增。 　　为进一步提高排水系统运行的安全性、经济性，排水公司按照“统一规划、分批建设、逐步实施”的原则组建了具有“集中管理、分散控制”现代控制和管理理念的排水泵站广域网络优化调度管理系统。该系统建成后，排水泵站的泵机控制模式从原先的人工手动工、变频控制转变为PLC自动工、变频控制。针对泵机变频控制系统，该系统通过对泵站集水池液位的数据采集、对比，将变频调频与PLC的PID控制相结合，使得泵站集水池保持恒液位运行。 　　2 PID控制技术的原理及算法 　　2.1 PID控制技术原理 　　在工业生??过程当中，常常需要用闭环控制方式来控制温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的模拟量。目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。其积分控制可以消除系统的静差，提高系统控制精度和抗外界干扰能力；微分控制改善系统的动态响应速度，用于克服系统的惯性滞后，提高系统的稳定性；比例、积分、微分控制结合具有较强的灵活性和适应性。 　　典型的基于数字PID的闭环控制系统如图1所示： 　　 　　系统采样后，将液位实际值与设定液位值进行比较，得出偏差值ΔL(t)。当ΔL(t)＞0时，电动机的输入频率增大，直至最大频率，使得液位呈下降趋势，向设定液位靠拢，最终保持恒水位运行。当ΔL(t)＜0时，，电动机的输入频率减小，直至最小频率，使液位呈上升趋势，最终达到恒水位。 　　2.2 PID算法 　　PLC的PID控制器的设计是以连续系统的PID控制规律为基础，将其数字化写成离散形式的PID控制方程，再根据离散方程进行控制程序设计。在连续系统中，典型的PID控制器的输入输出关系如下： 　　 (1) 　　式中:L(t)为控制器的输出量，M0为输出的初始值；e(t)为给定值与被控变量的误差信号；Kp为比例系数；Ti积分时间常数；Td微分时间常数。 　　假设采样周期为T ,系统开始运行时刻为t = 0 ,将(1)式离散化后得到第k次采样时控制器的输出为: 　　(2) 　　其中： Ki=KpT/Ti为积分系数， Kd=KpTd/T为微分系数，k为采样序号，k=1,2,3……，e( k) 和e( k - 1) 分别为第k时刻和第( k - 1) 时刻所得的偏差信号。 　　3 PID控制器PLC的实现方法 　　3.1 泵机全自动控制流程 　　以一台泵机，在全自动控制方式下来讲述泵机的控制流程： 　　 　　工作过程：当水位高于启泵液位时，PLC控制一台泵运行，泵机运行后PID控制器开始开工作，通过对实际液位值和设定液位值的对比来控制泵站运行频率，如实际液位值大于设定液位值时，增大泵机运行频率，如实际液位值小于设定液位值时，减少泵机运行频率，通过频率的上下调节，最后使得实际液位达到设定液位，保持恒液位运行。如进水流量发生了变化，实际液位有所升高，PID控制器再次对泵机运行频率进行调整，最终达到恒液位控制。 　　3.2 PID的程序实现 　　我公司采用的PLC主要为GE的90-30系统PL