深水泵節(jié)能供水的智能控制
摘要：分析了水泵變壓調速供水的節(jié)能原理，提出了用智能控制實現節(jié)能的方法，介紹了用單片微機開發(fā)的控制裝置以及在實際工程中取得的節(jié)能效果。
關鍵詞：深水泵 變頻調速 智能控制
目前，廣泛應用的變頻調速恒壓供水方式較恒速供水節(jié)能效果明顯，但恒壓變頻調速供水的節(jié)能尚有潛力可挖，首先其供水壓力是按滿足最不利供水點的壓力要求來設定的，而實際的供水系統(tǒng)因遠離最不利點而導致壓頭損失很大；其次，恒壓供水不能保證水泵始終在高效區(qū)運行。為此，筆者提出了變壓調速的供水方式，并將其應用于深水泵供水系統(tǒng)(在遠離市政管網的情況下，其往往被采用)。
1、變壓調速供水原理
變壓調速供水的原理如圖1所示。
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由圖1可見，當流量從Q0減為Q1時，如采用恒速泵則揚程升至HB′，此時B′B″段的揚程是多余的；如采用恒壓變頻調速泵則其轉速將由原來的n0下降為n1以維持恒壓HA(對應的揚程為B點)，此時BB″段的揚程是多余的，但B′B″＞BB″，顯見恒壓調速比恒速供水節(jié)能。
為了進一步節(jié)能可根據需水量的變化來設定供水壓力，即當流量由Q0降至Q1時，若供水壓力設定為HB″則管道工作特性曲線與水泵工作特性曲線恰好相交于B″(其轉速降為n2)，此時水泵的揚程完全被利用，節(jié)能效果最好。由上述分析可知，通過智能壓力設定以使壓力隨所需供水流量變化就可獲得很好的節(jié)能效果。
2、智能壓力設定
水壓特性曲線是一個包絡管道特性曲線的階梯線，水壓的設定可由智能設定器實現。若已知管道特性曲線和供水流量便可取得設定壓力。對于一個確定的供水系統(tǒng)(特別是深水泵專用供水系統(tǒng))，管道的特性曲線是確定的且可獲得，流量也可根據用戶需求而得出。
智能設定器基于智能控制原理設計，其知識庫用產生知識來表示，由上下文、規(guī)則庫及推理機構成。
2.1 上下文
上下文為知識庫的事實知識即數據庫，其內容包括管道工作特性、用戶需水量、測取的水壓(H)和泵速(n)、由H和n預測的、按時間預給定的HY、修正后的水壓設定值HS及修正參數e=(HY-)等。其中，、HY由查表程序和相應的規(guī)則庫給出，智能水壓設定值HS=HY-Ke(K可調)。
2.2 規(guī)則庫
規(guī)則庫(為產生知識的元知識)存放設定策略，包括水壓預給定規(guī)則(R1)、由水壓H和泵速估計管道工作壓力規(guī)則(R2)、修正水壓設定規(guī)則(R3)。
2.3 推理機
當系統(tǒng)運行時智能設定器的推理機遍歷所有規(guī)則，如找到一條規(guī)則就立即對該規(guī)則進行測試，規(guī)則匹配就執(zhí)行，不匹配則測試下條規(guī)則。為防止規(guī)則沖突可將產生的規(guī)則排序，然后由上而下按順序依次進行。將智能壓力設定編一子程序，該子程序主要由查表和散轉功能指令構成。
3、控制裝置設計
深水泵的節(jié)能供水智能控制裝置同流行的變頻調速供水設備具有相同的構成，即由變頻器、壓力傳感器、控制器及配電柜等組成？刂破饔肕CS-51單片機開發(fā)，其軟件部分可實現節(jié)能壓力設定的功能。
3.1 硬件設計
為了滿足節(jié)能、優(yōu)質、供水可靠的要求，所設計的微電腦控制器應具有模擬量采集、狀態(tài)監(jiān)測、參數顯示、報警、節(jié)能控制、時鐘等功能。完成這些功能的微電腦控制器的硬件構成如圖2所示。
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其中，0809(為A/D轉換)用以采樣水泵出口壓力；0832(為D/A轉換)用于控制變頻器以調整水泵轉速，串口定為方式0，擴展為用來實現4位數碼管顯示；2764及6264為擴展的程序存儲器及數據存儲器，2764存放程序及智能壓力設定的有關表格。
3.2 軟件設計
用戶應用程序采用模塊化結構，由主程序、中斷服務程序和可調用的若干子程序構成，程序用MCS-51匯編語言編寫。
①主程序。主程序含設棧區(qū)、置初值、清緩沖區(qū)、初始化和參數工程量顯示等。
、谥袛喾⻊粘绦。為保證系統(tǒng)的實時性采用定時中斷采樣控制。定時器經初始化后，T1定時至中斷服務程序。中斷服務程序含A/D轉換、濾波、節(jié)能壓力設定、標度變換、報警、PID控制等子程序。
③節(jié)能壓力設定程序。該程序的功能主要是查表(事先固化在2764片內)。實時采樣水壓H和水泵轉速n，將H和n整量化后查表得對應的供水所需水壓設定值HS。
4、工程應用
某廠位于市郊，因市政供水不足而在廠區(qū)打深水井一口，其供水系統(tǒng)采用了深水泵節(jié)能供水智能控制裝置。生產運行表明，該系統(tǒng)工作可靠，能耗少［僅為0.65(kW·h)/m3］，可比恒速供水節(jié)能32%，比恒壓變頻供水方式節(jié)能12%。
參考文獻：
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