深水泵节能供水的智能控制

齐维贵，朱学莉，丁宝
( 哈尔滨工业大学电器工程与自动化学院，黑龙江哈尔滨 150006)

　　摘　要：分析了水泵变压调速供水的节能原理，提出了用智能控制实现节能的方法，介绍了用单片微机开发的控制装置以及在实际工程中取得的节能效果。
　　关键词：深水泵；变频调速；智能控制
　　中图分类号：TU991.1
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)12-0073-02

　　目前，广泛应用的变频调速恒压供水方式较恒速供水节能效果明显，但恒压变频调速供水的节能尚有潜力可挖，首先其供水压力是按满足最不利供水点的压力要求来设定的，而实际的供水系统因远离最不利点而导致压头损失很大；其次，恒压供水不能保证水泵始终在高效区运行。为此，笔者提出了变压调速的供水方式，并将其应用于深水泵供水系统(在远离市政管网的情况下，其往往被采用)。?

1　变压调速供水原理

　　变压调速供水的原理如图1所示。

　　由图1可见，当流量从Q₀减为Q₁时，如采用恒速泵则扬程升至H_B′，此时B′B″段的扬程是多余的；如采用恒压变频调速泵则其转速将由原来的n₀下降为n₁以维持恒压HA(对应的扬程为B点)，此时BB″段的扬程是多余的，但B′B″＞BB″，显见恒压调速比恒速供水节能。
　　为了进一步节能可根据需水量的变化来设定供水压力，即当流量由Q₀降至Q₁时，若供水压力设定为HB″则管道工作特性曲线与水泵工作特性曲线恰好相交于B″(其转速降为n₂)，此时水泵的扬程完全被利用，节能效果最好。由上述分析可知，通过智能压力设定以使压力随所需供水流量变化就可获得很好的节能效果。?

2　智能压力设定?

　　水压特性曲线是一个包络管道特性曲线的阶梯线，水压的设定可由智能设定器实现。若已知管道特性曲线和供水流量便可取得设定压力。对于一个确定的供水系统(特别是深水泵专用供水系统)，管道的特性曲线是确定的且可获得，流量也可根据用户需求而得出。
　　智能设定器基于智能控制原理设计，其知识库用产生知识来表示，由上下文、规则库及推理机构成。
2.1　上下文
　　上下文为知识库的事实知识即数据库，其内容包括管道工作特性、用户需水量、测取的水压(H)和泵速(n)、由H和n预测的、按时间预给定的HY、修正后的水压设定值HS及修正参数e=(HY-)等。其中，、HY由查表程序和相应的规则库给出，智能水压设定值H_S=H_Y-K_e(K可调)。
2.2　规则库
　　规则库(为产生知识的元知识)存放设定策略，包括水压预给定规则(R₁)、由水压H和泵速估计管道工作压力规则(R₂)、修正水压设定规则(R₃)。
2.3　推理机
　　当系统运行时智能设定器的推理机遍历所有规则，如找到一条规则就立即对该规则进行测试，规则匹配就执行，不匹配则测试下条规则。为防止规则冲突可将产生的规则排序，然后由上而下按顺序依次进行。将智能压力设定编一子程序，该子程序主要由查表和散转功能指令构成。

3　控制装置设计

　　深水泵的节能供水智能控制装置同流行的变频调速供水设备具有相同的构成，即由变频器、压力传感器、控制器及配电柜等组成。控制器用MCS-51单片机开发，其软件部分可实现节能压力设定的功能。
3.1　硬件设计
　　为了满足节能、优质、供水可靠的要求，所设计的微电脑控制器应具有模拟量采集、状态监测、参数显示、报警、节能控制、时钟等功能。完成这些功能的微电脑控制器的硬件构成如图2所示。?

　　其中，0809(为A/D转换)用以采样水泵出口压力；0832(为D/A转换)用于控制变频器以调整水泵转速，串口定为方式0，扩展为用来实现4位数码管显示；2764及6264为扩展的程序存储器及数据存储器，2764存放程序及智能压力设定的有关表格。?
3.2　软件设计
　　用户应用程序采用模块化结构，由主程序、中断服务程序和可调用的若干子程序构成，程序用MCS-51汇编语言编写。
　　①主程序。主程序含设栈区、置初值、清缓冲区、初始化和参数工程量显示等。
　　②中断服务程序。为保证系统的实时性采用定时中断采样控制。定时器经初始化后，T₁定时至中断服务程序。中断服务程序含A/D转换、滤波、节能压力设定、标度变换、报警、PID控制等子程序。
　　③节能压力设定程序。该程序的功能主要是查表(事先固化在2764片内)。实时采样水压H和水泵转速n，将H和n整量化后查表得对应的供水所需水压设定值H_S。?

4　工程应用

　　某厂位于市郊，因市政供水不足而在厂区打深水井一口，其供水系统采用了深水泵节能供水智能控制装置。生产运行表明，该系统工作可靠，能耗少［仅为0.65(kW·h)/m³］，可比恒速供水节能32%，比恒压变频供水方式节能12%。

参考文献：

　　［1］陆安定.电动机节能改造实用手册［M］.上海：上海科技出版社，1995.
　　［2］舒迪前.智能控制系统及其应用［M］.北京：机械工业出版社，1995.
　　［3］齐维贵,丁宝.单片微型机原理、接口、通信、控制［M］.哈尔滨：黑龙江科技出版社，1997.

　　电　　话：(0451)6282339
　　收稿日期：2002-05-09