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*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相結合的雙模控制算法，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為雙模控制算法e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*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。