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浅谈模糊控制器参与变频恒压供水方面的应用

2012-03-23王宏仕

城市建设理论研究 2012年4期
关键词:变频器

王宏仕

摘要:本文针对变频恒压供水系统具有非线性和时滞性的特点,利用糊控制器参与控制的方式来实现对供水系统的调节,系统硬件采用模糊控制器参与控制变频器实现恒压供水,通过安装在供水管道出口的压力变送器将管网压力转换成电信号,通过模糊控制器来调节变频器的输出频率,进而调节水泵转速实现恒压供水,当模糊控制器接收到变频器的频率超限信号,可适时进行交频泵逻辑切换。较传统的供水方式相比,该系统具有明显的节能效果和稳定特性,具有广阔的应用前景。

关键词:变频器、恒压供水;模糊控制器

Abstract: this article in view of the variable frequency constant pressure water supply system with nonlinear and delay sexual characteristics, the use of paste involved in controlling way controller realize to the adjustment of the water supply system, the system adopts the fuzzy controller hardware involved in controlling frequency converter realize constant pressure water supply, water supply conduit through installed in the export of pressure transmitter will pipe pressure into electrical signal, through the fuzzy controller to adjust the output of the inverter frequency, adjust then realize the constant pressure water supply pump rotation speed, when fuzzy controller to receive the frequency of the signal frequency converter overrun, timely/frequency switching logic pump. A traditional water supply way in, this system has obvious effect in energy saving and stable characteristics, has wide application prospects.

Keywords: inverter, constant pressure water supply; Fuzzy controller

中圖分类号: TN77文献标识码:A 文章编号

一、前 言

随着社会经济的迅速发展,水对人们生活与工业生产的影响越来越重要,尤其是近几年,随着居民生活水平的显著提高和城市化进程的加快,居民生活用水和工业用水增长幅度加大,原有的供水系统已经不能满足人们的要求。为了解决城市生活及工业用水需求,只能依靠现有工程设施超标准运行、挤占农业用水和减少生态环境用水来维持,可见,由供水不足产生的后果是相当严重的。与此同时,人们对供水的质量和供水系统可靠性要求却不断提高,居民日常的生活用水量随季节、昼夜等时间段的不同而产生的差异逐渐扩大,因而传统的供水系统会经常出现供水和用水不平衡现象,尤其在用水高峰期无法保证供水质量,因此,把先进的自动化技术、控制技术、通讯及网络技术等应用到供水领域,对传统供水方式进行改造是十分必要的。

二、变频调速的特点及分析

用户用水量一般是动态的,因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上,即用水多而供水少,则压力低;用水少而供水多,则压力大。保持供水压力的恒定,可使供水和用水之间保持平衡,即用水多时供水也多,用水少时供水也少,从而提高了供水的质量。

随着电力技术的发展,变频调速技术的日臻完善,以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备,起动平稳,起动电流可限制在额定电流以内,从而避免了起动时对电网的冲击;由于泵的平均转速降低了,从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命;可以消除起动和停机时的水锤效应。其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能,将使供水实现节水、节电、节省人力,最终达到高效率的运行目的。

三、恒压供水的变频应用方式

通常在同一路供水系统中,设置多台常用泵,供水量大时多台泵全开,供水量小时开一台或两台。在采用变频调速进行恒压供水时,就用两种方式,其一是所有水泵配用一台变频器;其二是每台水泵配用一台变频器。后种方法根据压力反馈信号,通过PID运算自动调整变频器输出频率,改变电动机转速,最终达到管网恒压的目的,就一个闭环回路,较简单,但成本高。前种方法成本低,性能不比后种差,但控制程序较复杂,是未来的发展方向,加入模糊控制器就可实现一变频器控制任意数马达的功能。

四、模糊控制器的工作原理

模糊控制器主体部分是由计算机或单片机构成,多采用二维模糊控制结构,其控制过程大致为:计算机采集被测参数的精确值,并将该值与给定值作比较,得出误差e 以及误差变化率ec作为模糊控制器的输入语言变量,将e 和ec 经模糊化得到模糊量E 和EC,再由E 、EC 和模糊控制规则,根据推理的合成规则得到模糊控制量U ,U 经模糊决策、清晰化得到精确控制量u 。一个模糊控制系统得性能优劣,主要取决于模糊控制器的结构、所采用的模糊规则、合成推理算法,以及模糊决策的方法等因素。系统输出的观测量y(t)和给定值r(t)比较,经过采样和A/D 转换得到一个确定的数字量,操作人员根据获得的信息和自己已有的操作经验进行比较分析、模糊推理,从而判定应该对被控对象作什么样的调整,因此在模糊自动控制中必须将操作人员的经验总结成若干条用自然语言描述的控制规则,利用模糊数学这一工具进行处理,构成一个模糊关系矩阵R 存放在计算机的存储中,这些规则称为模糊控制规则。仿照人脑的模糊推理过程,在模糊自动控制中,应该确定推理法则,做出模糊决策,模糊决策后经过模糊化处理,以便得到一个确切。

五、模糊控制器与变频PID控制结合的控制方法

根据反馈原理:要想维持一个物理量不变或基本不变,就应该引这个物理量与恒值比较,形成闭环系统。我们要想保持水压的恒定,因此就必须引入水压反馈值与给定值比较,从而形成闭环系统。但被控制的系统特点是非线性、大惯性的系统,要想维持供水网的压力不变,根据反馈定理在管网系统的管理上安装了压力变送器作为反馈元件,由于供水系统管道长、管径大,管网的充压都较慢,故系统是一个大滞后系统,不易直接采用变频PID调节器进行控制,而需采用模糊控制器参与控制的方式来实现对供水系统调节:模糊控制器和变频PID相结合的方法,在压力波动较大时使用模糊控制,以加快响应速度;在压力范围较小时采用PID来保持静态精度。通过模糊控制器加智能仪表可实现该算法,同时对模糊控制器的设定来时现泵的工频与变频之间的切换。实践证明,使用这种方法是可行的,而且造价也不高。

六、变频恒压供水系统的优点

1、节电:优化的节能控制软件,使水泵实现最大限度地节能运行;

2、节水:根据实际用水情况设定管网压力,自动控制水泵出水量,减少了水的跑、漏现象;

3、运行可靠:由变频器实现泵的软起动,使水泵实现由工频到变频的无冲击切换,防止管网冲击、避免管网压力超限,管道破裂。

4、联网功能:采用全中文工控组态软件,实时监控各个站点,如电机的电压、电流、工作频率、管网压力及流量等。并且能够累积每个站点的用电量,累积每台泵的出水量,同时提供各种形式的打印报表,以便分析统计。

5、控制灵活:分段供水,定时供水,手动选择工作方式。

6、自我保护功能完善:如某台泵出现故障,主动向上位机发出报警信息,同时启动备用泵,以维持供水平衡。万一自控系统出现故障,用户可以直接操作手动系统,以保护供水。

结论

变频恒压供水系统对于用户是非常重要的。在生产生活供水时,若自来水供水因故压力不足或短时断水,可能影响生活质量,严重时会影响生存安全,如发生火灾时,若供水压力不足或或无水供应,不能迅速灭火,可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以,用水区域采用恒压供水系统,能产生较大的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]朱玉堂.变频恒压供水系统的研究开发及应用.浙江大学.2005

[2]郭立君.泵与风机.北京:中国电力出版社.1997

[3]陈少雄.变频器在水泵应用中的研究.南京:南京工业大学.2004

[4]张曾科编著.模糊数学在自动化技术中的应用.北京:清华大学出版社.1997

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