摘要：主要介紹由AI人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器、可編程序控制器（PLC）和變頻器構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)在社區(qū)供水中的應(yīng)用。講述恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和控制原理。
關(guān)鍵詞：恒壓供水；AI人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器；變頻器；可編程序控制器（PLC）
1、 引言：
恒壓供水系統(tǒng)具備結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、性能指標(biāo)高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在工業(yè)和居民用水的供水系統(tǒng)中。
*初設(shè)計(jì)時(shí)考慮使用傳統(tǒng)PID控制，但由于供水系統(tǒng)壓力變化較大，具有不確定性，采用傳統(tǒng)PID算法控制壓力動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)很難達(dá)到理想效果。經(jīng)過幾個(gè)現(xiàn)場的勘察，發(fā)現(xiàn)模糊控制算法較傳統(tǒng)PID算法有明顯的優(yōu)勢，效果更為理想。*終選擇了采用模糊控制算法的AI-808人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器作為主控制器，結(jié)合可編程序控制器（PLC），變頻器，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)社區(qū)的居民供水。
2、 社區(qū)供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
社區(qū)的供水系統(tǒng)有別于工業(yè)供水系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)上的考慮點(diǎn)也不一樣。工業(yè)用水在水的使用上沒有明顯的時(shí)間特征，而居民用水則不然，白天和晚上，周末和正常上班時(shí)間都有明顯的差異。所以在居民用水的設(shè)計(jì)上要充分考慮系統(tǒng)的時(shí)間特性。為保證恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能和穩(wěn)定性，在供水系統(tǒng)中設(shè)計(jì)三個(gè)供水泵，分別為小功率水壓維持泵，常用大功率泵和備用泵。在用水高峰期時(shí)，啟動(dòng)大功率泵在公頻狀態(tài)下工作，再附加小功率泵維持水壓；在正常使用情況下啟動(dòng)正常的供水泵就可以維持而且很好的保證水壓；而用水量小的時(shí)候，只需使用小功率維持泵，即可讓水壓恒定。另外，在深夜無人使用水的情況下：通過可編程序控制器（PLC）的時(shí)鐘繼電器，在深夜的某個(gè)時(shí)候停止水泵，在這個(gè)時(shí)間內(nèi)只有出現(xiàn)下限報(bào)警的時(shí)候才能使水泵啟動(dòng)。電氣部分的設(shè)計(jì)上還需選用接觸器控制啟動(dòng)、停止，空氣開關(guān)、熱繼電器作為過流或超載保護(hù)。
3、工作原理
下圖為恒壓供水的原理框圖：
系統(tǒng)由調(diào)節(jié)器、可編程序控制器、變頻器、供水泵、閥門和壓力變送器構(gòu)成；為了節(jié)約成本由一臺(tái)變頻器帶三臺(tái)供水泵完成，用水高峰期如果大功率供水泵無法滿足要求，在可編程序控制器里設(shè)定將大功率供水泵切換為公頻狀態(tài)工作，由壓力維持泵調(diào)節(jié)壓力，在正常的工作情況下為了防止泵的堵塞，還要不定時(shí)的讓供水泵切換運(yùn)行下，這個(gè)都可以在可編程序控制器里完成。備用泵在大功率泵故障或檢修的時(shí)候使用。
管道的壓力經(jīng)壓力變送器傳送至調(diào)節(jié)器，經(jīng)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)運(yùn)算后，將控制輸出信號(hào)（一般為4-20MA）送到變頻器控制輸入端，通過調(diào)節(jié)供水泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速從而達(dá)到控制壓力的目的。
系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，變頻器只控制其中一臺(tái)泵，即使是50HZ的情況下不能滿足要求，可編程序控制器將會(huì)把其中一臺(tái)切換都公頻狀態(tài)工作。
4、設(shè)備的選取
1）調(diào)節(jié)器
在經(jīng)過大量的實(shí)地考察和實(shí)驗(yàn)測試，*終選擇了廈門宇電自動(dòng)化科技有限公司生產(chǎn)的AI-808型人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器作為主調(diào)節(jié)器使用。整體型號(hào)為：AI-808AI4X3L5L5；其AI-808型調(diào)節(jié)器的主要技術(shù)特征；0.2級(jí)精度，帶手/自動(dòng)控制功能，模糊控制算法，多分度輸入，多種控制輸出（在此選擇4-20mA輸出）和多種報(bào)警輸出。更重要的是廈門宇電自動(dòng)化科技有限公司還提供5年的免費(fèi)維修。
2）可編程序控制器（PLC）
選用歐姆龍公司CP1H系列可編程序控制器，輸入，輸出均為開關(guān)量信號(hào)，由于可編程序控制器只完成水泵的自動(dòng)切換等邏輯功能，所以不選擇模擬輸入/輸出模塊，從而節(jié)省一部分成本，系統(tǒng)的壓力由AI-808型人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器完成，其算法遠(yuǎn)優(yōu)于可編程序控制器的PID算法，在控制過程中如果出現(xiàn)壓力超低限或超高限報(bào)警可以利用可編程序控制器（PLC）的邏輯關(guān)系對(duì)水泵進(jìn)行強(qiáng)制切換啟動(dòng)或強(qiáng)制停止。
3）變頻器
變頻器選擇施耐德專門為控制泵和風(fēng)機(jī)開發(fā)的ATV61系列節(jié)能型變頻器；內(nèi)置多泵可編程卡，適合一個(gè)變頻器帶多個(gè)水泵使用。可通過AI-808儀表調(diào)節(jié)輸出信號(hào)或外置手動(dòng)電位器（儀表本身含有手動(dòng)功能，外加電位器只是防止儀表在故障狀態(tài)下也能保證水壓控制）對(duì)變頻器的頻率進(jìn)行控制。
4）控制盤面
系統(tǒng)的控制盤面（控制臺(tái)）設(shè)計(jì)需要兼顧手動(dòng)/自動(dòng)兩種控制模式，當(dāng)主控儀表AI-808故障或系統(tǒng)需要手動(dòng)控制的時(shí)候，可以將控制盤面切換到手動(dòng)控制模式，在手動(dòng)控制模式下；每臺(tái)水泵或閥門都可以獨(dú)立開啟或關(guān)閉，變頻器也可以通過盤面的電位器手動(dòng)調(diào)節(jié)頻率的大小。在自動(dòng)控制模式下；通過操作面板啟動(dòng)開關(guān)后，所有控制由AI-808儀表和可編程序控制器合作完成。另外，考慮到檢修或水泵故障，盤面還有水泵啟動(dòng)選擇開關(guān)。盤面布置除了可編程序控制器、AI-808調(diào)節(jié)器、液位監(jiān)測儀表，網(wǎng)管壓力監(jiān)測儀表和頻率顯示儀表。
5、主控參數(shù)設(shè)置和可編程序控制器的程序設(shè)置
1） 主控儀表AI-808的參數(shù)設(shè)置
在恒壓供水系統(tǒng)中，除了水壓的穩(wěn)定控制之外，設(shè)置報(bào)警也是很重要的；因?yàn)橄到y(tǒng)出故障后都是通過水壓來反應(yīng)出來的，其參數(shù)設(shè)置如下：
HIAL：上限報(bào)警；當(dāng)實(shí)際測量壓力超過上限報(bào)警值以后，儀表輸出開關(guān)量給可編程序控制器（PLC）。
LOAL：下限報(bào)警；當(dāng)實(shí)際測量壓力低于下限報(bào)警值以后，儀表輸出開關(guān)量給可編程序控制器（PLC）。
dHAL：正偏差報(bào)警；系統(tǒng)可以根據(jù)此報(bào)警進(jìn)行水泵的切換；
dLAL：副偏差報(bào)警；系統(tǒng)可以根據(jù)此報(bào)警進(jìn)行水泵的切換；
DF：回差；用于避免因測量值波動(dòng)而引起的繼電器頻繁動(dòng)作，
CTRL：控制方式，社區(qū)恒壓供水經(jīng)驗(yàn)參數(shù)：4
M5：保持參數(shù)；社區(qū)恒壓供水經(jīng)驗(yàn)參數(shù)：5
P：速率參數(shù)；社區(qū)恒壓供水經(jīng)驗(yàn)參數(shù)：4
T：滯后時(shí)間；社區(qū)恒壓供水經(jīng)驗(yàn)參數(shù)：1
CTL：輸出周期，模擬量輸出一般設(shè)置為：1
Sn：輸入規(guī)格，確定輸入信號(hào)的種類，由于現(xiàn)場使用的是二線制壓力變送器，設(shè)置Sn=15；
DIP：小數(shù)點(diǎn)選擇：在此系統(tǒng)中，反應(yīng)壓力以Mpa計(jì)算所以DIP=3；
DIL：輸入下限顯示值；規(guī)定4-20mA輸入信號(hào)4mA輸入時(shí)對(duì)應(yīng)的顯示值；
DIH：輸入上限顯示值；規(guī)定4-20mA輸入信號(hào)20mA輸入時(shí)對(duì)應(yīng)的顯示值；
CF：系統(tǒng)功能選擇，用于確定調(diào)節(jié)的正反作用等等，此處設(shè)置為0；
2） 可編程序控制器（PLC）的程序設(shè)定
在整個(gè)控制過程中，可編程序控制器（PLC）主要用于報(bào)警處理和定時(shí)對(duì)水泵的切換，所以程序的編寫也很簡單，主要是一些開關(guān)量的處理；編程的時(shí)候，當(dāng)控制儀表輸出報(bào)警信號(hào)的時(shí)候可編程序控制器輸出繼電器信號(hào)將變頻器切換的固定頻率輸出，這個(gè)固定頻率可以是現(xiàn)場的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，可以維持供水的頻率；當(dāng)可編程序控制器（PLC）接收偏差報(bào)警的信號(hào)，進(jìn)行水泵之間的切換；當(dāng)接收到電路中熱繼電器給出的信號(hào)，則發(fā)出警報(bào)信號(hào)提醒值班人員對(duì)水泵進(jìn)行檢測。
6 結(jié)論
采用廈門宇電自動(dòng)化科技有限公司生產(chǎn)的AI-808型智能人工調(diào)節(jié)器結(jié)合歐姆龍公司的CP1H可編程序控制器構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)，已經(jīng)在多個(gè)社區(qū)使用，經(jīng)過長時(shí)間的使用情況表明：
1） 采用AI人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器的模糊控制結(jié)合可編程序控制器，達(dá)到了較好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)指標(biāo)，對(duì)系統(tǒng)壓力的調(diào)節(jié)具有恢復(fù)時(shí)間快、超調(diào)小，系統(tǒng)穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，
2） 采用單臺(tái)變頻器對(duì)多臺(tái)水泵切換使用降低了系統(tǒng)造價(jià)；
3） 變頻器的使用由于具備了軟啟動(dòng)等功能，對(duì)電網(wǎng)的沖擊減小，增加了水泵的使用壽命，同時(shí)具備了良好的節(jié)能效果；
公安機(jī)關(guān)備案號(hào)：
