摘要：分析了水泵變壓調速供水的節能原理，提出了用智能控制實現節能的方法，介紹了用單片微機開發的控制裝置以及在實際工程中取得的節能效果。

        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能效果明顯，但恒壓變頻調速供水的節能尚有潛力可挖，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(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。

　　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能。

　　為了進一步節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(特別是深水泵專用供水系統)，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則庫給出，智能水壓設定值HS=HY-Ke(K可調)。

2.2　規則庫

　　規則庫(為產生知識的元知識)存放設定策略，包括水壓預給定規則(R1)、由水壓H和泵速估計管道工作壓力規則(R2)、修正水壓設定規則(R3)。

2.3　推理機

　　當系統運行時智能設定器的推理機遍歷所有規則，如找到一條規則就立即對該規則進行測試，規則匹配就執行，不匹配則測試下條規則。為防止規則沖突可將產生的規則排序，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。控制器用MCS-51單片機開發，其軟件部分可實現節能壓力設定的功能。

3.1　硬件設計

　　為了滿足節能、優質、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、狀態監測、參數顯示、報警、節能控制、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。
 

　　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、置初值、清緩沖區、初始化和參數工程量顯示等。

　　②中斷服務程序。為保證系統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、節能壓力設定、標度變換、報警、PID控制等子程序。

　　③節能壓力設定程序。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H_S。

4、工程應用

　　某廠位于市郊，因市政供水不足而在廠區打深水井一口，其供水系統采用了深水泵節能供水智能控制裝置。生產運行表明，該系統工作可靠，能耗少［僅為0.65(kW·h)/m3］，可比恒速供水節能32%，比恒壓變頻供水方式節能12%。

參考文獻：

　　［1］陸安定.電動機節能改造實用手冊［M］.上海：上海科技出版社，1995.

　　［2］舒迪前.智能控制系統及其應用［M］.北京：機械工業出版社，1995.

 　　［3］齊維貴,丁寶.單片微型機原理、接口、通信、控制［M］.哈爾濱：黑龍江科技出版社，1997.

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