（4）

这里要在不同的流量时测取多点压力，分别通过式（1）计算管阻系数S，再对多组S取平均值。实际控制时，还须测试配水端点的压力P_ok，根据结果对S值进行修正。表1列出四个检测点，再流量为高、低和一般值的760、1080和1340（km³/h）时检测的各点压力，据此算出管阻系数A·S分别为：33.32、34.48、35.78，取平均数为34.5。

3 硬件设计

为便于参数采集、实时计算和控制，采用89C52单片机为主控制器，图3所示为控制系统原理框图，全部程序存放在内部Flash存储器中，RAM数据存储器采用电池作为断电保护。采用5时带灯液晶显示屏，显示流量、时间、累计运行时间、累计运行时间、给定和实际压力等参数和曲线。键盘有6个键，分别为选行加、选位、数字加、退出、翻页和电源开关，不观测时，切断显示电源，防液晶老化。I/O信号为开关量输入输出，开关量输入为变频器故障、热继电器和接触器动作确认、水位和电机极限温度、阀门端点位置等检测信号，开关量输出通过继电器和接触器控制阀门和水泵电机、警告、报警等。通过RS－232口，将数据输送到上层管理计算机，以便数据管理存储和打印报表^[4>。

图3 控制系统原理框图

远传压力表、电磁流量计和变频器给定信号等采用4~20mA模拟量信号，以减少线路和干扰对系统的影响。非接触式的电磁流量计，可靠性和精度较高，其输出信号代表流速，根据管道直径可方便得到流量。

单片机编程方便、速度快，但要加强抗干扰措施，提高可靠性。这里的外部干扰主要通过电源和接口进入系统，对前者采用宽稳压（100~265V）开关电源、电源滤波器和合理接地及其它措施，MAX690A电源监控电路作为看门狗、后备电源切换和复位电路，当程序跑飞或死机时，便对单片机复位。开关量输入输出和A/D及D/A模拟量等信号均采用光电隔离电路。对所采集的远传压力表参数设置数字滤波，以消除干扰和信号波动^[5>。

4 软件设计

所用控制算法含两部分，一是压力给定不变时的PID控制算法，可由变频器程序完成。另一是当流量变化时，给定压力跟随流量变化而变化，必须兼顾给定配水点的压力，适当选取 参数，一般配水点要求静水压300~350kPa[3>。表1中压力波动在306~355kPa之间，可取平均值325kPa，根据系统控制策略可得出离散算法

（5）

式中：P(k)为当前需要控制的压力(kPa)；Q（k－1）为当前三次采用流量均值（m³/s）。

压力计算与给定遵循以下原则：采用计算周期取5~10s之间，不需变化太快：P(k)>Q_min时，保持P_max并输出警告；当Q(k－1)min时，不对P(k)计算，保持原值。另外用水量与上下班期面、生产季节、汽温和节假日等因素都有关，在计算式（5）中的P(k)时，可适当调整P₀和S值，以保证相应供水配水点的平均输出压力的恒定控制。

图4所示为系统控制软件主程序流程框图，刚开机时，先设较小的给定值（200kPa），且打开排气阀（10分钟后定时关断），以避免对管道的冲击。为避免对电机、水泵和电路的冲击，变频器采用延时启动，启动完后再打开出水阀，再经过几分钟，再采用初始给定值，这个给定值是根据时间不同而分别设定的。当检测压力、流量正常，运行5分钟后，再采用式（5）计算，给出计算的第一次压力给定值，并由变频器对压力进行PID控制，其中I值宜取大一些。

图4控制主程序流程框图

5 结束语

采用流量跟踪稳压控制，输出水压控制在430~330kPa间，保证网络优质稳定供水。用水高峰时开多台280kW电机，一台变频，低谷时只需一台变频，电流调整范围400A~80A，通常晚上为100A以下，节电效果明显，对比采用流量跟踪前，可多节电10％。该系统已运行一年多，系统可靠，性能良好，网络管道维修时间大大减少，给定压力自动跟随流量改变，使用和监控非常方便。