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。
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
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 |
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。
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 |
五、调试与优化步骤
- 单泵模式调试：先只接主泵，调试 PID，使压力稳定。
- 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。
- 压力稳定性：微调 P、I 参数，防止波动与震荡。
- 睡眠节能：测试低负载下睡眠与唤醒，确保切换平滑。
- 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。
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。
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。
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：
- 一台变频泵调节压力，多台工频泵协同；
- PID 控制 + 投切逻辑 = 恒压 + 节能；
- 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》