AI人工智能调节器在恒压供水中的应用

AI人工智能调节器在恒压供水中的应用

恒压供水在工业和民用供水系统中已普遍使用，由于系统的负荷变化的不确定性，采用传统的PID算法实现压力控制的动态特性指标很难收到理想的效果。在恒压供水自动化控制系统的设计初期曾采用多种进口的调节器，系统的动态特性指标总是不稳定，通过实际应用中的对比发现，应用模糊控制理论形成的控制方案在恒压系统中有较好的效果。在实施过程中选用了AI-808人工智能调节器作为主控制器，结合FX1N PLC逻辑控制功能很好地实现了水厂的全自动化恒压供水。对于单独采用PLC实现压力和逻辑控制方案，由于PLC的运算能力不足编写一个完善的模糊控制算法比较困难，而且参数的调整也比较麻烦，所以所提出的方案具有较高的性价比。

系统主要由AI-808人工智能调节器、变频器、控制接触器组、水泵、阀门、压力变送器等组成。由于水泵功率较大，为节约成本，只用1台变频器，3台水泵的其中2台可以采用变频调速，这样在某1台故障或维护时可以切换到另1台进行变频控制。图1为供水系统的原理框图。

压力传感器检测出水总管压力，经变送器送至AI-808仪表，与设定值比较得到压力误差和误差变化率，经AI-808特有的模糊、PID相结合的控制算法运算后，将输出控制信号（4~20mA）送到变频器控制端。通过调节频率从而使出水管压达到要求指标。当用户和水量增加时，在一台水泵变频达到50Hz仍不能满足供水压力要求，PLC将检测到AI-808调节器的压力低信号，按其逻辑及工艺要求，加入另1台水泵工频运行；同样，在用户用水量下降，PLC通过收到AI-808调节器的水压高信号后，将其中1台工频水泵退出运行。
系统运行时，变频器是固定控制某一台水泵，不实施多台水泵切换的方法。这样可以避免频繁切换对系统及变频器造成的冲击，并具有较高的可靠性。同时也考虑到灵活性及检修等方面，系统可采用手动方式选择2台水泵中的1台变频运行，也可以减少某1台水泵长期低频运行所造成的损耗。

工业过程中常用的PID控制器适用于线性定常系统，而供水系统的对象时常含有非线性、时变环节，而且有些参数未知式缓慢变化，因此单独采用PID控制较难达到理想的控制效果，AI人工智能调节器采用模糊控制和改进PID相结合的双模控制算法，入图2所示

　　　　　　　　
当控制开始时，误差e=Y-s较大，即偏差 e ≥EM时（EM为双模控制算法e的边界值），系统采用模糊控制算法，具有较好的动态性能。在误差逐渐减小，即偏差 e 将误差e和误差变化率c整量化及模糊化后，采用带修正因子的模糊控制规则：
P=[αe+(1+α)c]
式中：P为控制量U的整量化值；α为修正因子，介于0，1之间的数。
改变α的值可以改变双模算法的模糊控制规则，从而改变系统的动态品质。AI调节器在调节过程中具有自学习、自调整功能。
改进型PID算法采用抗积分饱和及不完全微分方式。其传函形式为：时，采用改进pid控制算法，消除积分饱和现象，使系统静态性能达到*佳。

　　　
式中：KD为微分增益，在阶跃作用下，PD输出初始值和*终值之比；为限制微分突变作用太强，KD取值不宜过大，一般取5～10。
在调试过程中，在定值变化时控制系统调节过程中如图3。在通过调节阀门反映负荷变化时其调节过程如图4所示。

系统采用AI-808人工智能调节器和FX1N PLC相结合的变频调速恒压供水方案已在现场运行多年，情况表明：
(1)用AI人工智能调节器，采用模糊控制和PID结合的控制方案，发挥了2种控制器的优点，达到较好的动态和稳态指标，对系统压力调节具有恢复时间快、超调小等优点。其自整定功能为用户提供了一种方便快捷的参数设置方法，系统稳定误差在 ±0.01Mpa。
(2)电机功率为180kW，采用单台变频切换的方式有利于降低系统造价。
(3)变频调速系统使水泵电机在软起动下运行，无冲击电流、使用寿命长，同时具有良好的节能效果。