CN112000143B - Pid控制中的运算反馈信号控制供水压力的方法 - Google Patents

Pid控制中的运算反馈信号控制供水压力的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了PID控制中的运算反馈信号控制供水压力的方法，属于远程自动供水领域，控制系统包括PID控制器、远程压力表、远程设置终端，方法包括：首先在PID控制器内设定一个固定的给定值，远程压力表对管网压力进行测量得到管网水压的实际值，远程设置终端用于输入要达到的管网压力的目标值，远程设置终端将目标值、给定值、实际值进行计算后得到一个运算反馈值给与PID控制器的反馈侧，PID控制器根据运算反馈值与给定值的比较结果对水泵进行控制。本发明在不改变现有供水站供水设备的基础上可有效实现远程自动设置供水压力。

Description

PID控制中的运算反馈信号控制供水压力的方法
技术领域
本发明涉及远程自动供水领域，尤其是一种PID控制中的运算反馈信号控制供水压力的方法。
背景技术
恒压供水控制原理：通过PID控制器（变频器/供水控制器/PLC控制器）来实现恒压供水。PID控制器一般有给定值、反馈值、控制水泵转速输出组成，通过调整水泵的转速来调节供水压力（反馈值），最终将反馈值达到预先设置好的给定值目标。给定值的设置一般有：屏幕按键设置、模拟量设置、触摸屏设置等。
在进行远程控制改造时，需要针对现场不同设备，进行不同的改造，例如，如果现场设备是通过模拟量设置压力时，直接加装模拟量输出设备，通过模拟量远程设置供水压力，如图1、图2所示；如果现场设备是通过按键/触摸屏设置的压力时，此时需要查询PID控制器是否具有RS485通讯接口，是否可以通过通讯设置供水压力，有通讯接口时，需要根据设备的不同，编写不同的通讯协议，来满足不同的现场需要，如图3、图4所示；无通讯接口时，解决方式如图5、图6所示。
但是现有技术存在以下缺点：①通用性差，需要根据现场不同的设备，采用不用的方法；②现场的PID控制器如果有通讯接口，还需要二次开发，修改通讯协议；③如果现场PID控制器没有通讯接口，需要更换PID控制器。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种PID控制中的运算反馈信号控制供水压力的方法，在不改变现有供水站供水设备的基础上可有效实现远程自动设置供水压力。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
PID控制中的运算反馈信号控制供水压力的方法，控制系统包括PID控制器、远程压力表、远程设置终端，方法包括：首先在PID控制器内设定一个固定的给定值，远程压力表对管网压力进行测量得到管网水压的实际值，远程设置终端用于输入要达到的管网压力的目标值，远程设置终端将目标值、给定值、实际值进行计算后得到一个运算反馈值给与PID控制器的反馈侧，PID控制器根据运算反馈值与给定值的比较结果对水泵进行控制。
本发明技术方案的进一步改进在于：远程设置终端包括单片机、无线通信电路、数据存储器、数模转换电路、键盘电路以及显示电路。
本发明技术方案的进一步改进在于：当控制需求为远程参数设定或者远程控制时，单片机通过无线通信电路进行远程通信，接收远程参数设定或者控制参数，单片机运算后输出至数模转换电路转换为反馈信号并输出至PID控制器；当控制需求为分段参数设定时，通过键盘电路输入需要设定的参数，经单片机运算后分别输出至显示电路显示，输出至数据存储器进行存储，输出至数模转换电路转换为反馈信号并输出至PID控制器。
本发明技术方案的进一步改进在于：远程设置终端的计算方法包括如下步骤：
步骤a，计算远传压力表的压力
采集远传压力表信号（0-10V/4-20mA），通过两点标定的方法，标定出压力信号与压力值对应的曲线特性：
曲线公式：y=ax+b
其中，x代表横轴：远传压力表信号（0-10V/4-20mA）；y代表纵轴：压力表实际的压力值；
通过任意选择的两组点（x,y），计算出a和b，找到该远传压力表压力信号与实际的压力值对应关系；通过该曲线，实时采集远传压力表信号，经曲线特性，实时计算出当前远传压力表的压力值；
步骤b，根据公式计算运算反馈输出值，计算公式如下：
Po=Pb-Ps+Pbset
目标压力Ps：用户计划在该时刻的供水管网的供水压力；变频原设定压力Pbset：PID控制器改造前设定的目标压力；当前管网的实际压力值Pb：当前远传压力表采集的压力值；运算反馈压力Po：经过远程设置终端运算后，输出的压力值。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述计算出Po为负值时，强制让Po输出0V/4mA。
本发明技术方案的进一步改进在于：对实际压力值Pb增加消抖处理。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本专利打破原有的方法，逆向思维，采用运算反馈的方法，通过采集远传压力表的压力，经过运算后，做为运算反馈信号，给PID控制器的反馈侧， 在不改变现有供水站供水设备的基础上可有效实现远程自动设置供水压力。
本发明增加对实际压力值Pb的消抖处理，由于远传压力表安装在加压泵输出测的供水管道上，管道震动大，同时，远传压力表防震动性差，指针会出现抖动，导致采集的压力值也跟着抖动，严重影响数据采集，本发明的消抖处理能解决压力值抖动的问题。
由于远程设置压力采用从反馈侧经过计算来实现，在运行过程中，Po会出现负值，本发明进行特殊处理，在Po出现负值时，强制让Po输出0V/4mA，避免出现计算输出值大，水泵无法启动，影响供水的问题。
附图说明
图1是现有技术中通过模拟量现场设置压力的原理图；
图2是现有技术中通过模拟量远程设置压力的原理图；
图3是现有技术中有通讯接口时通过内部设定设置压力的原理图；
图4是现有技术中有通讯接口时通过内部设定远程通讯设置压力的原理图；
图5是现有技术中无通讯接口时通过内部设定设置压力的原理图；
图6是现有技术中无通讯接口时通过内部设定远程通讯设置压力的原理图；
图7是本发明通过运算反馈给PID模块的反馈侧远程设置压力的原理图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
PID控制中的运算反馈信号控制供水压力的方法，如图7所示，控制系统包括PID控制器、远程压力表、远程设置终端，方法包括：首先在PID控制器内设定一个固定的给定值，远程压力表对管网压力进行测量得到管网水压的实际值，远程设置终端用于输入要达到的管网压力的目标值，远程设置终端将目标值、给定值、实际值进行计算后得到一个运算反馈值给与PID控制器的反馈侧，，PID控制器根据运算反馈值与给定值的比较结果对水泵进行控制。
其中，远程设置终端包括单片机、无线通信电路、数据存储器、数模转换电路、键盘电路以及显示电路。当控制需求为远程参数设定或者远程控制时，单片机通过无线通信电路进行远程通信，接收远程参数设定或者控制参数，单片机运算后输出至数模转换电路转换为反馈信号并输出至PID控制器；当控制需求为分段参数设定时，通过键盘电路输入需要设定的参数，经单片机运算后分别输出至显示电路显示，输出至数据存储器进行存储，输出至数模转换电路转换为反馈信号并输出至PID控制器。
远程设置终端的计算方法包括如下步骤：
步骤a，计算远传压力表的压力
采集远传压力表信号（0-10V/4-20mA），通过两点标定的方法，标定出压力信号与压力值对应的曲线特性：
曲线公式：y=ax+b
其中，x代表横轴：远传压力表信号（0-10V/4-20mA）；
y代表纵轴：压力表实际的压力值；
通过任意选择的两组点（x,y），计算出a和b，找到该远传压力表压力信号与实际的压力值对应关系；通过该曲线，实时采集远传压力表信号，经曲线特性，实时计算出当前远传压力表的压力值；
步骤b，根据公式计算运算反馈输出值，计算公式如下：
Po=Pb-Ps+Pbset
目标压力Ps：用户计划在该时刻的供水管网的供水压力；变频原设定压力Pbset：PID控制器改造前设定的目标压力（内部给定、模拟量给定值等），设置到PID控制器内，不变的值；当前管网的实际压力值Pb：当前远传压力表采集的压力值；运算反馈压力Po：经过远程设置终端运算后，输出的压力值。
优选的，本申请还对Po输出进行了特殊处理，同时对实际压力值Pb增加消抖处理，消抖处理可选用现有技术中任何一种消抖处理的方法，具体如下：
由于远程设置压力采用从反馈侧经过计算来实现，在运行过程中，Po会出现负值，此时，需要程序做特殊处理，若不做处理，会导致计算输出值大，水泵无法启动，影响供水。导致运算出现负值的原因是，因为根据供水需要，用户需要提高供水压力（即：加大Ps），计算出Po为负值。此时，在程序中做如下处理：在Po出现负值时，强制让Po输出0V/4mA。
远传压力表安装在加压泵输出测的供水管道上，管道震动大，同时，远传压力表防震动性差，指针会出现抖动，导致采集的压力值也跟着抖动，影响采集，所以，增加消抖处理，能解决该类问题。
具体实施例一
设定Pbset=0.2Mpa，目标压力Ps=0.2Mpa，如果此时管网的实际压力值Pb为0.1 Mpa，此时，Po=Pb-Ps+Pbset=0.1-0.2+0.2=0.1 Mpa；
由于Po＜Pbset， 所以，PID控制器控制水泵提速，来提高供水压力。
当管网压力Pb= Ps时，此时Po=0.2 Mpa-0.2 Mpa+0.2 Mpa=0.2Mpa，此时，Po=Pbset=0.2Mpa，水泵稳定运行，即达到恒压运行。
具体实施例二
设定Pbset=0.2Mpa，此时由于现场需要，需要把目标压力调整到0.25 Mpa；此时，Po=Pb-Ps+Pbset=0.2-0.25+0.2=0.15 Mpa；
由于Po＜Pbset，所以，PID控制器控制水泵提速，来提高供水压力。
当管网压力Pb= Ps时，此时Po=0.2 5Mpa-0.25 Mpa+0.2 Mpa=0.2Mpa；
此时，Po=Pbset=0.2Mpa，水泵稳定运行，即达到恒压运行。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.PID控制中的运算反馈信号控制供水压力的方法，其特征在于：控制系统包括PID控制器、远程压力表、远程设置终端，方法包括：首先在PID控制器内设定一个固定的给定值，远程压力表对管网压力进行测量得到管网水压的实际值，远程设置终端用于输入要达到的管网压力的目标值，远程设置终端将目标值、给定值、实际值进行计算后得到一个运算反馈值给与PID控制器的反馈侧，PID控制器根据运算反馈值与给定值的比较结果对水泵进行控制；
远程设置终端包括单片机、无线通信电路、数据存储器、数模转换电路、键盘电路以及显示电路；
远程设置终端的计算方法包括如下步骤：
步骤a，计算远传压力表的压力
采集远传压力表信号(0-10V/4-20mA)，通过两点标定的方法，标定出压力信号与压力值对应的曲线特性：
曲线公式：y＝ax+b
其中，x代表横轴：远传压力表信号(0-10V/4-20mA)；y代表纵轴：压力表实际的压力值；
通过任意选择的两组点(x,y)，计算出a和b，找到该远传压力表压力信号与实际的压力值对应关系；通过该曲线，实时采集远传压力表信号，经曲线特性，实时计算出当前远传压力表的压力值；
步骤b，根据公式计算运算反馈输出值，计算公式如下：
Po＝Pb-Ps+Pbset
目标压力Ps：用户计划在该时刻的供水管网的供水压力；变频原设定压力Pbset：PID控制器改造前设定的目标压力；当前管网的实际压力值Pb：当前远传压力表采集的压力值；运算反馈压力Po：经过远程设置终端运算后，输出的压力值；
所述计算出Po为负值时，强制让Po输出0V/4mA。
2.根据权利要求1所述的PID控制中的运算反馈信号控制供水压力的方法，其特征在于：当控制需求为远程参数设定或者远程控制时，单片机通过无线通信电路进行远程通信，接收远程参数设定或者控制参数，单片机运算后输出至数模转换电路转换为反馈信号并输出至PID控制器；当控制需求为分段参数设定时，通过键盘电路输入需要设定的参数，经单片机运算后分别输出至显示电路显示，输出至数据存储器进行存储，输出至数模转换电路转换为反馈信号并输出至PID控制器。
3.根据权利要求1所述的PID控制中的运算反馈信号控制供水压力的方法，其特征在于：对实际压力值Pb增加消抖处理。
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