智能模糊多泵調(diào)壓供水控制系統(tǒng)

劉雪榮 張鋼

【摘要】設(shè)計(jì)一種智能型模糊控制多泵供水控制器，該控制器通過模糊控制技術(shù)和記憶庫省去了繁瑣的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定和組態(tài)方式設(shè)置，使得系統(tǒng)的操作和控制變得簡(jiǎn)潔、便利，使用方便，便于維護(hù)，可實(shí)現(xiàn)人性化的應(yīng)答式智能控制。

【關(guān)鍵詞】調(diào)壓供水；多泵；模糊；智能

引言

現(xiàn)有的多泵供水控制設(shè)備普遍具有低功耗節(jié)能性能，大多采用的是恒壓控制工作原理，各級(jí)泵站輸出流量的控制和各水池水位的設(shè)定和調(diào)節(jié)控制通過復(fù)雜的面板控制參數(shù)設(shè)定完成，對(duì)操作人員的專業(yè)性要求較高。針對(duì)以上問題，很多控制功能和控制優(yōu)勢(shì)因參數(shù)設(shè)置不合理或冗余而造成資源浪費(fèi)，當(dāng)參數(shù)設(shè)置混時(shí)，還需要恢復(fù)成廠家出廠默認(rèn)參數(shù)，造成目前的多泵供水控制設(shè)備的性能不能充分發(fā)揮，不具備控制需求的靈活性。

1.系統(tǒng)要求

控制器在工作時(shí)，狀態(tài)分兩種情況：

（1）當(dāng)小型負(fù)載工作時(shí)，電源接口端子5接入5V直流電源；負(fù)載控制端子4分別接入水泵或變頻器（默認(rèn)5臺(tái)）與壓力傳感器或壓力表（默認(rèn)3路）；按下啟動(dòng)按鈕2后，剩下工作交給后臺(tái)芯片中的專家系統(tǒng)進(jìn)行管理。

（2）當(dāng)大型負(fù)載工作時(shí)（最多可接63臺(tái)水泵），在DeviceNet電路接口7接入DeviceNet網(wǎng)線，電源接口端子5接入5V直流電源；把負(fù)載按水泵與壓力采樣器件掛接在DeviceNet網(wǎng)線13上；然后按下啟動(dòng)按鈕2，剩下工作交給后臺(tái)芯片中的專家系統(tǒng)管理進(jìn)行處理。

當(dāng)在以上兩種工作狀態(tài)使用時(shí)，在線控制狀態(tài)信息可以通過液晶顯示窗，將電源、小型系統(tǒng)、大型系統(tǒng)、RS485、ISP下載的狀態(tài)，通過LED狀態(tài)指示燈給出提示。

在線ISP接口和RS485總線接口，用作在線編程與通訊方式控制。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài)

智能型模糊控制多泵供水控制器結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，它主要由控制箱、中央電路板、負(fù)載控制端子、電源接口端子、顯示指示裝置、ISP接口、DeviceNet電路接口幾個(gè)主要部分組成，在控制箱的上端設(shè)置有負(fù)載控制端子，在控制箱的中部設(shè)置有液晶顯示窗，在液晶顯示窗的下端設(shè)置有狀態(tài)指示燈，在狀態(tài)指示燈的下端設(shè)置有啟動(dòng)按鈕；在控制箱的左端上部設(shè)置有電源接口端子，在控制箱左端的中部設(shè)置有ISP接口，在控制箱左端的下部設(shè)置有電路接口，在控制箱的內(nèi)部設(shè)置有電路板，DeviceNet網(wǎng)線通過電路接口與殼體內(nèi)部的電路板相連接。

電路板部分是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件核心。中央處理器芯片選用80C32，通過電阻與LED串聯(lián)組成中斷方式故障報(bào)警，除保障芯片正常工作的基本系統(tǒng)晶振電路和上電復(fù)位和異常手動(dòng)復(fù)位電路外，排電阻與6個(gè)內(nèi)置可編程開關(guān)為模糊規(guī)則對(duì)應(yīng)的組合編碼設(shè)計(jì)控制接口，芯片80C32為模糊控制與知識(shí)庫專家系統(tǒng)控制核心。接口設(shè)備包括字符型顯示液晶模塊，以及232RXD、232TXD、485RXD、485TXD組成的可編程選擇的ISP在線編程與RS485通訊控制借口，232RXD、232TXD為ISP在線編程外引端子，PIN21為外擴(kuò)端子。LED1～LED6對(duì)應(yīng)可編程編碼控制鍵KEY1～KEY6為模糊規(guī)則路基組合編碼狀態(tài)指示，LED7～LED16為DeviceNet接口電路工作狀態(tài)指示（LED7～LED16被分裝在殼體內(nèi)僅供設(shè)計(jì)者調(diào)試電路時(shí)使用）。

2.2 模糊控制與知識(shí)庫專家規(guī)則系統(tǒng)

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中復(fù)雜的面板控制參數(shù)的設(shè)定和選擇組態(tài)對(duì)于操作人員的專業(yè)性要求較高，為解決該問題，本設(shè)計(jì)通過后臺(tái)控制的模糊控制箱和控制箱內(nèi)的知識(shí)數(shù)據(jù)庫與專家控制規(guī)則實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵參數(shù)的設(shè)定與控制。采用模糊控制邏輯技術(shù)模擬人工控制的推理過程省去許多繁瑣的參數(shù)設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)潔人性化的應(yīng)答控制功能。圖2為主要的模糊控制與知識(shí)庫專家規(guī)則系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)實(shí)際采樣多種供水系統(tǒng)的控制參數(shù)和提取運(yùn)行時(shí)實(shí)際控制效果的反饋控制參數(shù)制作知識(shí)庫存入主控芯片的帶掉電保護(hù)的E2ROM中，把實(shí)時(shí)的控制措施優(yōu)化并只作為專家控制規(guī)則。

3.系統(tǒng)測(cè)試

通過整機(jī)焊接、系統(tǒng)組裝與測(cè)試，智能模糊多泵調(diào)壓供水控制系統(tǒng)完成以下主要功能：

（1）采用可編程的選擇多種泵工作方式，默認(rèn)方式可控制5臺(tái)水泵，通過CAN總線方式和DeviceNetwork協(xié)議控制接口最多可控制63臺(tái)從機(jī)；參數(shù)調(diào)整和設(shè)定采用模糊控制邏輯技術(shù)模擬人工控制的推理過程實(shí)現(xiàn)以下控制功能：自動(dòng)根據(jù)介入控制對(duì)象切換控制方式。（接無源遠(yuǎn)傳壓力表、有源電壓及電流型壓力變送器等無需特別設(shè)定）；

（2）具有壓力測(cè)量值防抖動(dòng)補(bǔ)償控制功能；具有壓力傳感器零點(diǎn)和滿度補(bǔ)償功能；

（3）D/A輸出控制頻率電壓為多段可自動(dòng)選擇方式，實(shí)現(xiàn)無級(jí)整定和控制功能；

（4）具有定時(shí)自動(dòng)倒泵功能；具有小流量水泵睡眠控制功能和應(yīng)答式隨機(jī)喚醒功能；

（5）具有缺水自動(dòng)檢測(cè)保護(hù)功能和外部輸入停機(jī)保護(hù)功能；系統(tǒng)補(bǔ)水控制時(shí)，具有超壓自動(dòng)泄水控制功能；具有負(fù)載配置情況巡檢方式啟用或停止供水附屬小泵控制功能；

（6）內(nèi)帶看門狗電路，采用數(shù)字濾波及多項(xiàng)抗干擾措施，防止軟件跑飛；

（7）具有GSM據(jù)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳控制功能；

4.結(jié)束語

該控制器通過模糊控制技術(shù)和記憶庫省去了繁瑣的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定和組態(tài)方式設(shè)置，使得系統(tǒng)的操作和控制變得簡(jiǎn)潔、便利，使用方便，便于維護(hù)，可實(shí)現(xiàn)人性化的應(yīng)答式智能控制。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：劉雪榮（1976—），女，吉林吉林人，助工，主要研究方向：系統(tǒng)自動(dòng)化，工程報(bào)價(jià)。