在城市供水、楼宇增压、工厂循环水系统中，恒压供水几乎是最常见的自动控制场合之一。
相比风机恒压控制，多泵系统除了PID控制外，还要考虑多台泵的切换逻辑、节能睡眠、防水锤保护等问题。
本讲通过典型应用，讲解“多泵恒压供水”的核心思路与参数配置方法。

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一、系统应用背景

多泵恒压供水系统的目标是：

保持管网压力稳定，自动调节运行泵的数量和频率，实现节能、安全、连续供水。

常见工况包括：

• 城市二次加压供水站
• 楼宇循环水 / 冷却水系统
• 工业生产线冷却、清洗、喷淋系统
• 农业灌溉与厂区生活水系统

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二、系统组成与信号流程

1. 系统拓扑

压力传感器 → 变频器（主泵） → 电机（变频运行）
                             ↓
                      多台工频泵（辅助运行）
                             ↓
                         管网用户端

通常采用“一用一备”或“多用一备”模式。
主泵由变频器控制调速，其余泵通过接触器工频运行；当负载增加时，系统自动投入更多泵运行。

2. 信号分布

设备	主要功能	信号类型
变频器	调节主泵转速，PID恒压控制	AI（反馈），DI/DO（泵启停），485通讯
压力传感器	实时检测出水管压力	4–20 mA 模拟信号
工频泵接触器	辅助泵投切	DO 输出 → 线圈；DI 反馈 → 状态
PLC / 逻辑模块	实现轮换、定时、互锁	数字量输入输出 + Modbus 通讯

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三、控制原理与运行逻辑

1. 恒压控制核心（PID回路）

压力设定值：Pset
反馈值：Pfb
偏差：e = Pset – Pfb
PID 输出频率：f = Kp×e + Ki×∫e dt + Kd×de/dt
变频器输出频率控制主泵转速，使压力维持稳定。

2. 多泵联动逻辑

• 单泵运行区：用水量小，仅变频泵工作。
• 双泵运行区：PID 输出频率超过设定上限（如 50 Hz）持续一段时间后，投入第二台工频泵。
• 三泵运行区：若压力仍达不到设定值，则再投入第三台。
• 负载下降：当频率低于某下限（如 35 Hz）并持续一定时间，则按逆序退出一台泵。

3. 主备轮换策略

为了均衡各泵寿命，可采用以下策略：

• 时间轮换：每运行 N 小时自动切换下一台作为主泵；
• 启停次数轮换：累计启停次数相差过大时自动交换角色；
• 故障切换：主泵故障自动退出，由下一台接替。

4. 睡眠 / 唤醒逻辑

当系统用水量很低时，若压力持续高于设定值，可让变频泵“睡眠”以节能。

• 睡眠条件：PID 输出频率低于设定值（如 25 Hz）且持续时间 > t1。
• 唤醒条件：压力下降到设定值以下（如 Pset – ΔP）持续 > t2。
• 变频器在睡眠状态下自动停止输出，仅保留压力监测。

5. 防水锤保护逻辑

水锤是由于阀门或泵启停过快导致水流惯性冲击的现象。防水锤措施包括：

• 启动加速时间 ≥ 5 s；停止减速时间 ≥ 10 s；
• 工频泵投切前延时（0.5–1 s）以避免瞬时压力冲击；
• 关闭顺序：先停变频泵降压，再停工频泵；
• 关键点加装气囊式稳压罐、缓闭阀或旁通管。

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四、参数设定与示例（以汇川 / 台达变频器为例）

功能	参数编号	示例值
PID 反馈通道	P13.00	AI1
PID 设定值	P13.01	0.35 MPa
比例增益 P	P13.03	1.2
积分时间 I	P13.04	1.5 s
PID 输出范围	P13.07	20 Hz–50 Hz
工频泵切入频率	P15.10	≥ 50 Hz（延时 10 s）
工频泵退出频率	P15.11	≤ 35 Hz（延时 15 s）
睡眠频率	P16.00	25 Hz
睡眠延时	P16.01	30 s
唤醒压力	P16.02	Pset – 0.03 MPa

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五、调试与优化步骤

1. 单泵模式调试：先只接主泵，调试 PID，使压力稳定。
2. 多泵切换：观察变频频率上限动作逻辑，检查工频泵投入延时。
3. 压力稳定性：微调 P、I 参数，防止波动与震荡。
4. 睡眠节能：测试低负载下睡眠与唤醒，确保切换平滑。
5. 防水锤验证：记录启停瞬间压力变化，必要时调整加减速时间。

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六、常见问题与解决

• 压力波动或超调：PID 参数过大；压力采样位置离泵太远。
• 频繁切泵：切换上下限差太小；延时设定太短。
• 泵间寿命不均：缺少定时轮换；需PLC或网关控制实现轮值。
• 启动时冲击大：减速时间太短或未做缓启动逻辑。
• 系统长时间空转：睡眠条件未启用或压力设定偏高。

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七、扩展功能与案例

• 远程监控：通过Modbus/Profinet连接PLC或上位机监控压力曲线、泵状态、能耗。
• 物联网接入：搭配边缘网关上传压力、运行时间、启停次数，用于预测性维护。
• 多泵集群：多变频协调控制（主变频 + 副变频），可实现全变频恒压。
• 供水安全：可接入流量开关、干运行保护、低水位联锁等。

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八、小结

多泵恒压供水系统，是风机恒压控制的自然延伸，也是自动化工程师最常接触的典型案例。
核心思路包括：

1. 一台变频泵调节压力，多台工频泵协同；
2. PID 控制 + 投切逻辑 = 恒压 + 节能；
3. 主备轮换 + 睡眠 + 防水锤 = 稳定 + 寿命延长。

掌握这些逻辑后，可以轻松扩展到冷却循环泵、消防稳压泵、喷淋供水系统等领域。

下一讲预告：《第03讲：恒流控制——变频器 + 流量闭环的应用与调试》