智能变频调压装置的制作方法

本实用新型属于供水调压设备，尤其涉及一套应用PLC控制技术的智能变频调压装置，适合连接于家庭供水管网。

背景技术：

增压泵是用来给家用自来水管网增压的泵，主要用于在用水高峰期家庭管网水压不够、高楼低水压、高层公寓上层水压不足等情况下的加压。现有的增压泵一般直接连接在自来水管道上，利用水压来控制，泵体内水压下降时自动增加一定压力值，但这致使有时压力值过大而造成机器损害，同时也浪费较多电能。

技术实现要素：

本实用新型提供一种智能变频调压装置，解决现有增压泵压力控制精度不够的问题，以达到无误差的恒压控制。

本实用新型所提供的一种智能变频调压装置，包括第一压力传感器、第一蝶阀、水泵、止回阀、第二蝶阀、电磁式减压阀、第二压力传感器、可编程控制器、变频器和PID调节器，其特征在于：

所述第一压力传感器、第一蝶阀、水泵、止回阀、第二蝶阀、电磁式减压阀、第二压力传感器在进水管和出水管之间通过水管依次相连；

所述第一压力传感器、第二压力传感器分别检测进水水压和出水水压，将它们送给可编程控制器；

所述可编程控制器判断所述进水水压是否小于给定最小压力，是则向变频器发送启动控制信号，否则向变频器发送关闭控制信号；同时可编程控制器判断所述出水水压是否大于给定最大压力，是则向所述电磁减压阀发送启动控制信号，否则向所述电磁减压阀发送关闭控制信号；

所述变频器接收来自可编程控制器的控制指令和所述第二压力传感器7的出水水压信号；

所述PID(比例积分微分)调节器提取变频器接收的出水水压信号，计算出水水压和预设压力值之间的压力差，经过比例环节放大，同时引入积分环节有效消除静态误差，通过微分环节减小响应时间后，所得到的结果作为偏差值，将其转换为电压信号，输出给变频器，确定变频器的输出频率，当电压信号大时，变频器对应输出较大频率，当电压信号小时，变频器对应输出较小频率；变频器输出至水泵的电机，以改变其转速，使水压稳定在预设水压。

所述PID调节器根据下式计算偏差值输出信号u(t)：

u(t)＝KP(e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD×de(t)/dt)，

式中，压力差信号e(t)，积分的上下限分别是0和t，t为时间，比例系数KP为0.0～240.0，积分时间常数TI为0.0～3000.0秒，0.0代表没有积分作用，微分时间常数TD为0.0～3000.0秒，0.0代表没有微分作用。(参数的取值应根据实际情况作出适当调整)

所述可编程控制器具有LED显示屏，可编程控制器将第二压力传感器的出水水压转换为数字信号后在其LED显示屏上显示实时压力值；同时可编程控制器读取变频器的频率，将其转换为数字信号后在其LED显示屏上实时显示。

工作中由第一压力传感器检测实际的入水口水管压力，第一压力传感器将检测到的压力信号变成模拟信号(本装置采用电压信号)，并将该信号送给PLC，当此时入水口水压较低时，PLC发送启动变频器的控制信号，变频器接收来自PLC的控制指令和第二水压传感器的出水水压信号，用闭环误差来控制变频器的输出：当误差增大时，加大输出频率；误差减小时，减小输出频率，通过动态调节使水压稳定在某一定值。当出水口的第二水压传感器的压力信号稳定在某一定值时，PLC结合此时入水口的第一水压传感器的压力信号，若是压力在合适范围内波动，则PLC发送关闭变频器的控制信号，则变频器控制水泵电机停止运行，实现节能。当此时入水口水压较高时，PLC发送启动电磁减压阀的控制信号，将其打开实现减压，并根据此时压差控制电磁减压阀的开度，达到减小设备由于水压过大受到的冲击。若是减压过程中，由第一、第二水压传感器传到PLC的水压信号均到达合适范围，则PLC发送关闭电磁减压阀的控制信号。

本实用新型中，可编程控制器(PLC)是整个设备控制的枢纽；第二压力传感器、变频器、PID调节器、水泵电机构成闭环控制系统，由于采用PID调节器对电机实现连续调速，水泵电机不会出现反复停启的现象，提高供水系统的恒压控制精度，降低误差。由于采用变频器和PID调节器相结合的方式，对电机实时进行优化调速，与传统开环控制效果相比较，节能效果上有较大提高。将电磁减压阀与可编程控制器(PLC)相连，当管内水压过大时，PLC启动电磁减压阀，减少水压对管道的冲击，增加设备的寿命。可编程控制器上的LED显示屏可实现数字化方式显示实时水压值和电机转速。

本实用新型基于比例积分微分(PID)调节器闭环变频控制，能达到无误差的恒压控制，同时利用可编程控制器(PLC)、LED显示屏、电磁减压阀等的有机组合，可以实现节能环保。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2是PID闭环变频调速恒压供水原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

如图1所示，本实用新型包括第一压力传感器1、第一蝶阀2、水泵3、止回阀4、第二蝶阀5、电磁式减压阀6、第二压力传感器7、可编程控制器8、变频器9和PID调节器10；

所述第一压力传感器1、第一蝶阀2、水泵3、止回阀4、第二蝶阀5、电磁式减压阀6、第二压力传感器7在进水管和出水管之间通过水管依次相连；

所述第一压力传感器1、第二压力传感器7分别检测进水水压和出水水压，将它们送给可编程控制器8；

所述可编程控制器8判断所述进水水压是否小于给定最小压力，是则向变频器9发送启动控制信号，否则向变频器9发送关闭控制信号；同时可编程控制器8判断所述出水水压是否大于给定最大压力，是则向所述电磁减压阀6发送启动控制信号，否则向所述电磁减压阀6发送关闭控制信号；

所述变频器9接收来自可编程控制器8的控制指令和所述第二压力传感器7的出水水压信号；

所述PID(比例积分微分)调节器10提取变频器9接收的出水水压信号，计算出水水压和预设压力值之间的压力差，经过比例环节放大，同时引入积分环节有效消除静态误差，通过微分环节减小响应时间后，所得到的结果作为偏差值，将其转换为电压信号，输出给变频器9，确定变频器9的输出频率，当电压信号大时，变频器9对应输出较大频率，当电压信号小时，变频器9对应输出较小频率；变频器9输出至水泵3的电机，以改变其转速，使水压稳定在预设水压。

如图2所示，本实用新型PID闭环控制环节包括：PID调节器10，水泵3的电机，变频器9，第二压力传感器7。变频器9接受可编程控制器8的控制信号，确定启动还是关闭；第二压力传感器7检测出水口水压，并将其转变为PID调节器10可接受的信号作为反馈信号；PID调节器10综合预设压力信号与反馈信号，经PID调节后确定变频器9的输出频率，从而调节水泵3的电机运行速度，实现恒压控制。水泵3的电机既是闭环输出单元，同时也是供水的执行单元。

作为一个实施例，第一压力传感器1、第二压力传感器7采用中国广东省中山市广仪电子仪器有限公司的PTG500系列压力传感器；可编程控制器8采用三菱电机(中国)自动化有限公司的FX2N-48MR型PLC；变频器9采用ABB公司的ACS600系列变频器(内置PID调节器)；水泵采用中国深圳市德洛环保电器有限公司型号为EC-103-50的三角洲增压水泵；电磁式减压阀采用宁波久大液压有限公司的MBRV-03P系列的电磁式减压阀；第一、第二蝶阀采用中国上海标日泵阀制造有限公司的D671X气动蝶阀；止回阀采用中国上海京蝶公司的H41H止回阀。