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基于模糊控制的變頻恒壓供水系統(tǒng)

時間:2015-02-02 15:57:11來源:王猛

導語:?隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的不斷發(fā)展和人們對生活品質要求的不斷提高,多層建筑小區(qū)及高程建筑不斷出現(xiàn),能夠提供經(jīng)濟,環(huán)保,節(jié)能和高品質的用水也成為當下的問題之一。

摘要:本文以采用變頻器和PLC組合構成系統(tǒng)的方式,以某居民小區(qū)水泵電動機控制系統(tǒng)為對象,實現(xiàn)水壓恒定供水。設備選用了在生產中應用最為廣泛的西門子公司生產的S7-200系列(CPU222)的PLC和MM430泵類專用的變頻器,達到小投入,大回報效果。并運用模糊控制對其進行控制,實驗效果理想,達到所控要求。

關鍵詞:變頻器,PLC,模糊控制,恒壓

1.引言

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的不斷發(fā)展和人們對生活品質要求的不斷提高,多層建筑小區(qū)及高程建筑不斷出現(xiàn),能夠提供經(jīng)濟,環(huán)保,節(jié)能和高品質的用水也成為當下的問題之一。變頻恒壓供水的調速系統(tǒng)可以實現(xiàn)水泵電機無級調速,依據(jù)用水量的變化自動調節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù),在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求,是當今最先進、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。目前變頻恒壓供水系統(tǒng)正向著高可靠性、全數(shù)字化微機控制、多品種系列化的方向發(fā)展。追求高度智能化、系列化、標準化,是未來供水設備適應城鎮(zhèn)建設中成片開發(fā)、智能樓宇、網(wǎng)絡供水調度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢。

此次設計研究的對象是一棟樓房的供水系統(tǒng)。這棟樓有12層,由于高層樓對水壓的要求高,在水壓低時,高層用戶將無法正常用水甚至出現(xiàn)無水的情況,水壓高時將造成能源的浪費。自來水廠送來的水先儲存的水池中再通過水泵加壓送給用戶。通過水泵加壓后,必須恒壓供給每一個用戶。

2.設備選擇

系統(tǒng)設計本著高品質,小投入,大回報的要求,選用選用S7-200系列的PLC(CPU222),變頻器選用西門子泵類專用的變頻器MM430。在控制過程中,電控系統(tǒng)由S7-200完成,模糊PID控制由變頻器完成。最后,對變頻恒壓供水系統(tǒng)進行調試,對該系統(tǒng)在供水中所取得的節(jié)約電耗、恒定壓力、保護管網(wǎng)等進行了測試,并運用模糊控制對其進行仿真測試,得到滿意結果。

3.模糊控制分析

在一個本系統(tǒng)中,模糊控制器是其核心,其包含了所要使用的模糊算法和解決所相關模糊性的必要成分。它由下列四個基本單元構成:模糊器,模糊規(guī)則,模糊推理,去模糊化。其結構示意圖如下:

圖2模糊過程

在這個模糊控制器輸入量u即壓力傳感器的輸入量包含兩個變量:誤差率e和誤差變化率r。模糊控制器的建立主要包括以下幾個方面:

一.通過隸屬度函數(shù)將輸入量u轉換成一個二值的或具有一定隸屬度的確切變量的模糊集,常用的隸屬度函數(shù)有:

1.B樣條隸屬函數(shù),其形式如下

B樣條隸屬函數(shù)是一個簡單地分段多項式函數(shù),它被廣泛用于曲線擬合。

k階B樣條基函數(shù)可以對一個明確的表達(k=1)建模,若應用于3階或4階B樣條基函數(shù)時,則能生成更平滑的2階或3階映射,如圖所示。

2.高斯隸屬函數(shù)

高斯隸屬函數(shù)定義如下:

其中,高斯函數(shù)的中心構成初始化的參數(shù)集合。適當?shù)恼{整中心和寬度,可以得到理想的高斯函數(shù)。

一.輸出與輸入量的模糊集設定和模糊規(guī)則

定義e和r以及V的模糊集為{bn,mn,sn,o,sp,mp,pb}。其中bn,mn,sn,o,sp,mp,pb分別代表負大,負中,負小,零,正小,正中,正大模糊語言變量。分別代表壓力誤差率e,誤差變化率r及變頻器的輸出值的變化率V。其模糊規(guī)則見下表:

表1模糊規(guī)則

4.實驗仿真及結論

本仿真中所用PID控制規(guī)律為:

式中:Kp為比例系數(shù);Ti為積分時間常數(shù);Td為微分時間常數(shù)。相應的傳遞函數(shù)形式:

通過matlab仿真得到如下圖所示,圖中虛線為純PID控制,為實線加入模糊控制器的PID控制。通過分析,其純PID控制過程相對于后者有明顯的滯后,且反應時間及調整時間都較長。

在本次設計中,模糊控制在變頻控制中起了不小的作用。由于在供水系統(tǒng)中,樓層用戶數(shù)量及用水量不易確定,致使系統(tǒng)模型不能夠準確確定,而針對這一問題模糊控制可有效控制并達到理想結果。

圖3仿真對比圖

參考文獻:

[1]張國良,曾靜等.模糊控制及其MATLAB應用[M]西安:西安交通大學出版社,2002

[2]陸秀令,楊小文.PLC控制的恒壓變頻供水系統(tǒng)[J].《自動化儀表》第25卷第4期.2004:10—21

[3]陸建勤.PLC及變頻器在恒壓變量供水系統(tǒng)中的應用[J].機床電器2005.4:105—111

[4]陸靜逸,楊風,郭名君,李鵬.基于PLC的模糊變頻無級調速系統(tǒng)[J].2012.02:50—55

作者簡介

姓名:王猛出生年月:1987年2月性別:男學歷:研究生

所屬單位:青島科技大學職務職稱:學生當前研究課題:OFDM技術應用

研究方向:無線通信應用

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