0 引 言
城市供水,，歷來是一個(gè)城市發(fā)展過程中的一大問題，目前城市能源的短缺已經(jīng)越來越限制了城市整體的發(fā)展,，傳統(tǒng)的泵組供水系統(tǒng)不但使水壓高低不穩(wěn),，而且還浪費(fèi)大量的能源，使工廠的用電量急劇上升,，節(jié)能環(huán)保已經(jīng)成為了這個(gè)時(shí)代的主題,。為了達(dá)到能源利用最大化，工程師們針對(duì)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)出了各種各樣的控制方法,，但大都需要大量的設(shè)備投入和復(fù)雜編程,，而且無法實(shí)現(xiàn)控制方式的自優(yōu)化。本文在傳統(tǒng)的控制方法基礎(chǔ)上,，應(yīng)用虛擬儀器模糊控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)恒壓供水,，該方法編程設(shè)計(jì)簡單，操作界面美觀大方,，控制可靠,，即保證了供水壓力的穩(wěn)定性，節(jié)約了能源,，同時(shí)也為將來城市供水網(wǎng)絡(luò)化管理提供了接口,。
1虛擬儀器控制簡介
1.1虛擬儀器
所謂虛擬儀器，就是在以通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上,，由用戶設(shè)計(jì)定義虛擬面板,，測控功能由軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。使用者用鼠標(biāo)或鍵盤操作虛擬面板,，就如同使用一臺(tái)專用的測控儀器,。虛擬儀器的實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)的控制面板，以多種形式表達(dá)輸出結(jié)果,，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的運(yùn)算,、分析、處理和保存，利用I／O接口設(shè)備完成信號(hào)采集,、測量與控制,。一臺(tái)計(jì)算機(jī)就是一臺(tái)測控系統(tǒng)。
1.2虛擬儀器模糊控制器
虛擬儀器的模糊邏輯工具箱用于設(shè)計(jì)基于規(guī)則的模糊控制器,，主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楣I(yè)過程控制及專家系統(tǒng),。它有4個(gè)子VI組成：
(1)模糊邏輯控制器設(shè)計(jì)VI。它提供了友好的人機(jī)交互界面,，由模糊隸屬函數(shù)編輯器,、模糊規(guī)則庫編輯器和輸入輸出性能測試三部分組成。
(2)加載模糊控制器VI,。通過它將存于擴(kuò)展名為FC的文件中的所有模糊控制器參數(shù)加載到模糊控制器VI中,。
(3)模糊控制器VI。它可以將設(shè)計(jì)好的模糊控制器作為一個(gè)功能模塊添加到Labview的框圖程序中,。
(4)測試模糊控制器VI,。用來測試模糊控制器的基本性能,。模糊化單元的作用在于將實(shí)數(shù)論域上的精確量轉(zhuǎn)化成模糊邏輯系統(tǒng)所能處理的模糊量,，亦即隸屬度。使用Labview的模糊邏輯工具箱,，不但可以在友好的圖形化界面下設(shè)計(jì)模糊控制器,，而且還可以利用Labview各種函數(shù)庫，尤其是與數(shù)據(jù)采集設(shè)備等硬件相連接,，迅速構(gòu)建所需的控制系統(tǒng),，進(jìn)行模糊控制器的實(shí)際仿真和應(yīng)用。
2城市供水模糊控制原理
2.1城市供水原理
整個(gè)控制系統(tǒng)由4臺(tái)泵組成,，由一臺(tái)變頻器切換控制泵的啟,、停、調(diào)速,。通過編程使水泵按照一定的工藝要求來工作,，在工作過程中，4臺(tái)水泵依照水壓的變化而依次啟動(dòng),，遵循的原則是先啟,，先停，如圖1所示,。
2.2恒壓供水控制原理
當(dāng)系統(tǒng)開始工作時(shí),，首先在設(shè)定水壓值，之后啟動(dòng)系統(tǒng),。系統(tǒng)首先啟動(dòng)M1水泵,，M1水泵的轉(zhuǎn)速開始增加，水管水壓逐漸增大,，壓力檢測儀檢測水管壓力,，實(shí)時(shí)傳給計(jì)算機(jī),，計(jì)算機(jī)通過實(shí)時(shí)計(jì)算來判斷用戶用水量大小，如果在經(jīng)過T時(shí)間達(dá)不到設(shè)定值系統(tǒng)此時(shí)判斷用水量大,，于是將M1泵由變頻控制轉(zhuǎn)為普通的工頻控制,，實(shí)現(xiàn)全功率啟動(dòng)，再將M2水泵變頻啟動(dòng),，水泵的轉(zhuǎn)速增加,，水壓進(jìn)一步加大，直到當(dāng)前的水壓值達(dá)到設(shè)定值,，根據(jù)以上原理,，在用水量增多時(shí)，則依次開啟水泵,，反之,，當(dāng)用水量減少，變頻減小水泵的轉(zhuǎn)速到下限值時(shí),，則依開啟的順序關(guān)閉水泵,，使壓力穩(wěn)定在設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)了恒壓供水,，整個(gè)控制過程是動(dòng)態(tài)的,，同時(shí)是自調(diào)整的，不需人為控制,。
3應(yīng)用實(shí)例
3.1控制系統(tǒng)的硬件組成
基于虛擬儀器的模糊控制系統(tǒng)采用一臺(tái)PXI總線計(jì)算機(jī),，PXI6259模擬采集卡，信號(hào)調(diào)理,，西門子變頻器和水泵組成,。整個(gè)控制都在計(jì)算機(jī)上通過Labview8.2編程實(shí)現(xiàn)。
3.2 Labview軟件控制界面設(shè)計(jì)
使用Labview編程語言開發(fā)控制系統(tǒng)過程可分成兩步：(1)開發(fā)儀器面板,、數(shù)據(jù)報(bào)表,、板卡驅(qū)動(dòng)程序、數(shù)據(jù)分析程序等,；(2)根據(jù)用戶需求生成具有儀器面板,，相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析管理功能的虛擬儀器?；谔摂M儀器的模糊控制系統(tǒng),，如圖2所示。
3.3基于Labview編程的模糊控制器設(shè)計(jì)
以水壓給定值SV和實(shí)際的水壓測量值PV的誤差e及e的變化率ec為控制器的輸入,，經(jīng)模糊化后轉(zhuǎn)為用模糊語言描述,，通過模糊控制法則來判斷控制量的真實(shí)值，之后此值通過PXI6259模板采集，來控制變頻器,，進(jìn)而控制水泵的轉(zhuǎn)速,。該系統(tǒng)取5個(gè)模糊集合來描述水壓的誤差e，誤差變化率ec和控制量u,，在域{-4,，4)上模糊集如下[NL，NB,，NM,，NS，0,，PS,，PM，PB,，PL],。
在Labview環(huán)境下運(yùn)行模糊邏輯控制器設(shè)計(jì)VI，通過隸屬函數(shù)編輯器設(shè)置輸入輸出變量語言值和相應(yīng)的隸屬函數(shù),，為了使模糊控制器在目標(biāo)范圍下快速反映,，同時(shí)也為了減小噪音的影響，增強(qiáng)控制器的魯棒性,，選取三角形隸屬函數(shù),。 在Labview環(huán)境下運(yùn)行FCT,，打開FuzzyLog-icControlDesign模塊,，并通過具有交互式界面的FuzzySetEditor設(shè)計(jì)輸入、輸出變量的論域范圍及各個(gè)語言變量的隸屬函數(shù)形狀等參數(shù),。3個(gè)變量e,、ec和u的隸屬函數(shù)為三角形，論域均離散為[-4,，-3,，-2-1，0,，1,，2，3,，4]9級(jí),，通過Labview模糊集合編輯器可以直觀方便地進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)計(jì)和修改。通過Labview及其模糊邏輯工具包提供的交互式的圖形編程環(huán)境,，可以方便高效地進(jìn)行基本模糊控制器的設(shè)計(jì),。
整個(gè)控制簡單、實(shí)用，界面簡捷,、直觀,，便于操作，將保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行定期分析,，來優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù),，達(dá)到能源使用最大化。整個(gè)設(shè)計(jì)能夠滿足實(shí)際城市供水系統(tǒng)的要求,，同時(shí)能夠達(dá)到節(jié)能最大化,。
4結(jié) 論
基于虛擬儀器模糊控制恒壓供水系統(tǒng)投入工作以后，經(jīng)過一年多的運(yùn)行,，其節(jié)能效果是明顯的,，在用水高峰時(shí)，投入1到2臺(tái)工頻和1臺(tái)變頻調(diào)速,；在用水低谷時(shí),，用1臺(tái)變頻即可滿足用戶的要求。同時(shí)不斷對(duì)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,、優(yōu)化,。此套控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，平均節(jié)電達(dá)到30％～35％,，大大提高了節(jié)電率,。