杨江华

（珠海水务集团有限公司斗门供水分公司,广东珠海,519100）

随着我国经济的快速发展，用水量不断增多，这对供水厂提出了新的服务要求。在传统的水泵管理过程中采取单一的水泵控制，水泵不能进行功能切换，局限性很大，而且水泵在工作的过程中出现的故障率较高。根据新的服务要求，在PID模糊控制理论的指导下，加强自来水公司水泵的智能控制，可实现自来水水厂控制的科学化以及合理化，减少水泵的故障率。

1 实行自来水厂水泵的智能化控制的重要意义

1.1 适应社会发展的需要

水泵在水厂的工作中发挥着十分重要的作用，对水厂本身的建设以及为用户提供服务的过程中占有十分中国要的地位。传统自来水厂的人工控制水泵的做法，一方面浪费了大量的人力资源，另一方面也存在着水箱等基础设施的重复建设，导致了人力物力的极大消耗。传统的管理方法，落后的管理理念和管理方式已经不再适合社会发展对水厂服务的要求。加强说泵管理的智能化建设，可以增强水厂适应经济社会发展和人民生活要求能力。

1.2 促进自来水厂可持续发展的需要

近年来不论是工业发展用水的需求以及满足人们生活的用户需求都在不断的剧增。这对自来水厂的服务能力提出了更高的要求。为了满足经济发展和居民生活的用水需求，自来水厂在发展的过程中要加强现代技术的应用。模糊PID技术应用到自来水厂的管理得过程中，可以提高自来水厂对水泵的控制能力和管理水平，切实提高自来水厂的实际服务水平和服务质量。

2 PID模糊控制

2.1 模糊控制系统

从本质上而言模糊控制系 统是一种计算即数字控制系统。模糊控制系统的是以计算机控制系统的为基础，并在此基础之上发展起来的。

模糊控制系统由模糊控制器，输入、输出接口，执行机构，被控制对象以及传感性构成。真个系统中模糊控制器时主导部分，模糊控制器的控制规则是由计算机系统决定的。在整个系统工作中，计算机对被控制对象进行精确至采集，通过精确至与给定值之间的比较，得出差异信号e，差异信号e使系统的输入量，同时也要把误差信号e的精确量转化为模糊量，误差信号而得模糊化语言表示可以产生出一个模糊信号e语言集的一个子系统E，通过E和模糊控制规则R根据系统逻辑推理形成规则进行决策，得到模糊控制量U=ER，式中U为一个模糊量。在这过程中，要实现对被控制对象的精确化控制，还需要将模糊量U转化为精确量u。

2.2 PID控制器结构

目前比较通用的控制规律是在模糊控制系统中控制规律是PlD控制。PID控制器主要是由比例P单元、I积分单元以及D微分单元构成的。通过PID控制器中的Kp、Ki和Kd三个参数的设定。

图1 变压调速供水原理图

3 变压调速供水原理

变压调速供水原理如图1所示。

从图1我们可以清晰的看出，自来水水厂的流量从Q。减为Q1时，如果在这个过程中采用传统的恒速泵如扬程升至HB，那么这个过程中段的扬程则是完全不必要的；如果在这个过程中所采用的是恒压变频调速泵以维持恒压H，那么在这个的过程中段的扬程则是无用功，但从以上的分析我们就可以发现，恒压调速比恒速供水实现了节能。

4 系统设计

4.1 水泵自动控制系统硬件设计

PLC处于智能水泵智能恒压公说系统中的主导地位。系统内部的传感器在工作的过程中可以将系统管道所承受的压力以信号的反射反馈回系统。在PLC模拟量输入模块中，通过对系统给定的压力值与传感系统反馈的精确值以及起变化吕作为模糊控制器输入，经PLC查询模糊控制表得出相应的输出控制量，输出控制量会通过模拟量输出给变频器，从而实现对变频器的输出频率以及水泵的工作台数进行有效的控制。在这个过程中PLC对蓄水池的水位检测是通过超声波水位计实现的，并且可以通过对电动阀的控制以确保蓄水池有足够的水量。

系统可以通过压力传感器对水泵的压力数据进行采样，得到的数据为真实的水压值，PLC将传感器传回的压力数据与系统设计指定的压力值进行对比，重耳确认压力偏差，再通过PLC算法除控制信号，通过变频器的中介作用，来调整系统中异步电机的转动速度，从而实现对水泵的实际控制，水泵的出1：3压力改变，再经过压力传感器反馈给PLC，从而达到水压P的在线调整。

4.2 水泵自动控制系统软件设计

被控系统具有非线性、时变性、时滞性，且由于噪声、负载扰动等因数的干扰。因此，难以对被控系统建立起十分精确的数学模型或引起对象数学模型的改变，这样使得在精度上很难达到要求。采用模糊控制PID算法，可以对这些问题进行有效的解决，它可以避开精确的数学模式的建立，也能达到对被控制对象快速、有效的控制。在系统的设计的过程中为了提高控制的精度，加强系统的响应能力，水压控制闭环采用模糊控制PID控制策略，根据模糊推理和模糊逻辑运算规则去修改各种控制参数。具体实现如下：根据水压检测值和实际值的偏差，包括正偏差和负偏差，根据水压偏差的大小化分为负大(NB)、负中(NM)、负小(NS)、负零(NO)、正零(PO)、正小(PS)、正中(PM)、正大(PB)8个模糊子集。同样根据水压偏差变化大小将其分为负大(NB)、负中(NM)、负小(NS)、零(ZO)、正小(PS)、正中(PM)、正大(PB)7个模糊子集。

经过分析我们可以得出以下结论。当系统水压出现负偏差，并且负偏差比较大时，而且水压偏差的辩护方向仍然是负，在这种情况下水压偏差会朝着变大的方向发展，为了对出现的负大水压进行控制，使水查偏压不再继续加大，控制量的变化取正大。当出现水压的偏差时负偏差，但是,水压变化呈现正变化时，系统自身对水压进行调解，会对水压偏差进行减少，在这个过程中为了调节水压，应该取较小的控制了量。当出现负中的水压偏差时，控制量的变化与出现水压偏差为负大时一样。水压出现负小的偏差时，系统在总体上处于稳定状态，因此，在这时控制量应该选择为正中。当水压正小偏差时，系统本身会自动调节为正小。总之，以上所分析的水压调节是以维护系统的稳定性作为主要目的的。

4.3 系统的特点

(1)系统在设计的过程中使用PLC作为整个系统的控制核心，提升了系统的稳定性。

(2)与传统的水泵管理相比该系统在运行的过程中比较平稳，减少了不必要的摩擦，提高了水泵的使用年限。

(3)该系统采用了恒压供水方法，减少了水厂在建设的过程中在水箱和水塔等基础设施的建设，实现了资本的节约，也有利于提高水厂的效益。

(4)变频恒压供水保护功能齐全，运行可靠，具有故障自诊断等保护功能。

图2 水压控制闭环图

(5)系统可以通过一台变频器对多台水泵进行管理，可以根据用户的需求，进行合理的调整，满足用户的多样需求。

(6)利用PID系统进行控制，电能的输出可以根据水量进行调解，实现了能源实用的有效控制。

(7)系统通过计算机进行控制，不需要人力干预，实现了远程控制。

5 结语

本文对自来水的智能控制进行研究，通过上述分析我们可以得出，实现自来水厂水泵控制的智能化，一方面满足了社会发展需要对供水的实际需求，提高了自来水厂的实际服务能力，另一方面水厂水泵控制智能化实现了自来水厂自身的发展。自来水厂智能控制一般包括单击控制策略以及多机模糊控制策略，本文分析的重点为多机模糊控制策略。在这种策略的指导下，可以降低水泵在使用过程中的能耗，符合可持续发发展理念要求，也提高了自来水厂的经营效益，创造了社会效益。

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