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      人工智能溫控儀在供水系統中的實際應用
      點擊次數:1158 發布時間:2017-04-18
         人工智能溫控儀在很多場合都有應用,今天宇電自動化介紹下人工智能溫控儀在供水系統中的實際應用。

        恒壓供水在工業和民用供水系統中已普遍使用,由于系統的負荷變化的不確定性,采用傳統的PID算法實現壓力控制的動態特性指標很難收到理想的效果。在恒壓供水自動化控制系統的設計初期曾采用多種進口的調節器,系統的動態特性指標總是不穩定,通過實際應用中的對比發現,應用模糊控制理論形成的控制方案在恒壓系統中有較好的效果。

        在實施過程中選用了AI-808人工智能溫控儀作為主控制器,結合FX1N PLC邏輯控制功能很好地實現了水廠的全自動化恒壓供水。對于單獨采用PLC實現壓力和邏輯控制方案,由于PLC的運算能力不足編寫一個完善的模糊控制算法比較困難,而且參數的調整也比較麻煩,所以所提出的方案具有較高的性價比。

        工作原理

        系統主要由AI-808人工智能溫控儀、變頻器、控制接觸器組、水泵、閥門、壓力變送器等組成。由于水泵功率較大,為節約成本,只用1臺變頻器,3臺水泵 的其中2臺可以采用變頻調速,這樣在某1臺故障或維護時可以切換到另1臺進行變頻控制。圖1為供水系統的原理框圖。

        壓力傳感器檢測出水總管壓力,經變送器送至AI-808儀表,與設定值比較得到壓力誤差和誤差變化率,經AI-808特有的模糊、PID相結合的控制算法運算后,將輸出控制信號(4~20mA)送到變頻器控制端。通過調節頻率從而使出水管壓達到要求指標。當用戶和水量增加時,在一臺水泵變頻達到50Hz仍不能滿足供水壓力要求,PLC將檢測到AI-808調節器的壓力低信號,按其邏輯及工藝要求,加入另1臺水泵工頻運行;同樣,在用戶用水量下降,PLC通過收到AI-808調節器的水壓高信號后,將其中1臺工頻水泵退出運行。

        系統運行時,變頻器是固定控制某一臺水泵,不實施多臺水泵切換的方法。這樣可以避免頻繁切換對系統及變頻器造成的沖擊,并具有較高的可靠性。同時也考慮到靈 活性及檢修等方面,系統可采用手動方式選擇2臺水泵中的1臺變頻運行,也可以減少某1臺水泵長期低頻運行所造成的損耗。

        

       

        控制算法

        工業過程中常用的PID控制器適用于線性定常系統,而供水系統的對象時常含有非線性、時變環節,而且有些參數未知式緩慢變化,因此單獨采用PID控制較難達到理想的控制效果,AI人工智能調節器采用模糊控制和改進PID相結合的雙??刂扑惴?,入圖2所示

        

       

        當控制開始時,誤差e=Y-s較大,即偏差| e |≥EM時(EM為雙??刂扑惴╡的邊界值),系統采用模糊控制算法,具有較好的動態性能。在誤差逐漸減小,即偏差| e |將誤差e和誤差變化率c整量化及模糊化后,采用帶修正因子的模糊控制規則:

        P=[αe+(1+α)c]

        式中:P為控制量U的整量化值;α為修正因子,介于0,1之間的數。

        改變α的值可以改變雙模算法的模糊控制規則,從而改變系統的動態品質。AI調節器在調節過程中具有自學習、自調整功能。

        改進型PID算法采用抗積分飽和及不完全微分方式。其傳函形式為:

        

       

        式中:KD為微分增益,在階躍作用下,PD輸出初始值和zui終值之比;為限制微分突變作用太強,KD取值不宜過大,一般取5~10。

        AI-808人工智能溫控儀具有模糊邏輯PID調節及參數自整定功能的先進控制算法。在誤差大時,運用模糊法進行調節,以消除PID飽和積分現象;當誤差 減小時,采用改進后的PID算法進行調節,并能在調節中自動學習和記憶被控對象的部分特征以使效果*化。其具有無超調、高精度、參數確定簡單,對復雜對 象也能獲得較好控制效果等特點。其整體調節效果比一般的PID算法更明顯。這一點在系統調試中得到驗證,起初選用日本生產的單純PID調節器,在用水量變化和水泵投退過程中,其超調量和穩定時間均不理想,在改用AI-808智能儀表后,其動態、靜態指標均滿足了要求。

        系統采用AI-808人工智能溫控儀和FX1N PLC相結合的變頻調速恒壓供水方案已在現場運行多年,情況表明:

        (1)用AI人工智能調節器,采用模糊控制和PID結合的控制方案,發揮了2種控制器的優點,達到較好的動態和穩態指標,對系統壓力調節具有恢復時間快、超調小等優點。其自整定功能為用戶提供了一種方便快捷的參數設置方法,系統穩定誤差在 ±0.01Mpa。

        (2)電機功率為180kW,采用單臺變頻切換的方式有利于降低系統造價。變頻調速系統使水泵電機在軟起動下運行,無沖擊電流、使用壽命長,同時具有良好的節能效果。

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