基于虚拟仪器的模糊控制恒压供水系统.docx

电子测试
2008年5月 第5期
May.2008
No.5
ELECTRONIC TEST

基于虚拟仪器的模糊控制恒压供水系统
孙立军\李铁龙2
(1大庆久隆房地产开发股份有限公司大庆163714;2北京遥感研究所北京100854)
摘要：本文介绍了应用虚拟仪器模糊控制方法实现全自动恒压供水。在整个控制过程中通过Labview8.2编 程实现了供水系统的自调整,达到恒压、节能的效果,同时将压力数据绘成图表,并保存压力数据，通过分析每天 的数据图表，来优化控制系统，此套系统可以完成实时测量及动态水压信号的分析、处理、在线监测等功能，并且 减少了系统硬件设备，缩短了开发周期。经一年的实际运行,本套系统取得了较好的效果。
关键词：虚拟仪器；模糊控制；恒压供水；Labview 中图分类号：TP212.1 文献标识码：A
Fuzzy control system of constant pressure feed water based on virtual instrument
Sun Lijun1，Li Tielong2
(1 Daqing JiuLong real estate Ltd.，Daqing 163714，China;
2 Beijing Institute of Remote Sensing，Beijing 100854，China)
Abstract： In the dissertation, a virtual instrument fuzzy controller has realized full-auto constant pressure water supply to feed water system. Using Labview8* 2 programme, the feed water system controller can adjust itself to get a constant pressure as well as saving energy. At the same time all data about the water pressure were graphed and saved, so we can optimize the controller based on the analysis of these charts day by day. The system can realize the real-time measurement and analyze, process, on-line monitor the dynamic data of water pressure. More important, equipment is reduced and the time for exploration is saved The method has got a good result during the operation of one year.
Keywords： virtual instrument; fuzzy control； constant pressure feed water； Labview

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o引 言
2008.5 Virtual Instrument Technology j
城市供水，历来是一个城市发展过程中的一大 问题，目前城市能源的短缺已经越来越限制了城市 整体的发展，传统的泵组供水系统不但使水压高低 不稳，而且还浪费大量的能源，使工厂的用电量急 剧上升，节能环保已经成为了这个时代的主题。为 了达到能源利用最大化，工程师们针对供水系统设 计出了各种各样的控制方法，但大都需要大量的设 备投入和复杂编程，而且无法实现控制方式的自优 化。本文在传统的控制方法基础上，应用虚拟仪器模糊控制技术来实现恒压供水，该方法编程设计简 单，操作界面美观大方，控制可靠，即保证了供水压 力的稳定性，节约了能源，同时也为将来城市供水 网络化管理提供了接口。
1虚拟仪器控制简介
1.1虚拟仪器
所谓虚拟仪器，就是在以通用计算机为核心的 硬件平台上，由用户设计定义虚拟面板，测控功能由 软件实现的一种计算机仪器系统。使用者用鼠标或 键盘操作虚拟面板，就如同使用一台专用的测控仪 器。虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功 能来模拟传统的控制面板，以多种形式表达输出结 果，利用计算机强大的软件功能实现数据的运算、分 析、处理和保存，利用1/◦接口设备完成信号采集、 测量与控制。一台计算机就是一台测控系统。
1.2虚拟仪器模糊控制器
虚拟仪器的模糊逻辑工具箱用于设计基于规 则的模糊控制器，主要应用领域为工业过程控制及 专家系统。它有4个子VI组成：
(1) 模糊逻辑控制器设计VI。它提供了友好 的人机交互界面，由模糊隶属函数编辑器、模糊规 则库编辑器和输人输出性能测试三部分组成。
(2) 加载模糊控制器VI。通过它将存于扩展 名为FC的文件中的所有模糊控制器参数加载到模 糊控制器VI中。
(3) 模糊控制器VI。它可以将设计好的模糊 控制器作为一个功能模块添加到Labview的框图 程序中。
(4) 测试模糊控制器VI。用来测试模糊控制 器的基本性能。模糊化单元的作用在于将实数论 域上的精确量转化成模糊逻辑系统所能处理的模 糊量，亦即隶属度。使用Labview的模糊逻辑工具 箱，不但可以在友好的图形化界面下设计模糊控制 器，而且还可以利用Labview各种函数库，尤其是 与数据采集设备等硬件相连接，迅速构建所需的控 制系统，进行模糊控制器的实际仿真和应用。
2城市供水模糊控制原理
2.1城市供水原理
整个控制系统由4台泵组成，由一台变频器切 换控制泵的启、停、调速。通过编程使水泵按照一 定的工艺要求来工作，在工作过程中，4台水泵依照 水压的变化而依次启动，遵循的原则是先启,先停， 如图1所示。

压力检测
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图1控制系统简图 2.2恒压供水控制原理
当系统开始工作时，首先在设定水压值，之后 启动系统。系统首先启动Ml水茱，Ml水泵的转 速开始增加，水管水压逐渐增大，压力检测仪检测 水管压力，实时传给计算机，计算机通过实时计算 来判断用户用水量大小，如果在经过T时间达不到 设定值系统此时判断用水量大，于是将Ml泵由变 频控制转为普通的工频控制，实现全功率启动，再 将M2水泵变频启动，水栗的转速增加，水压进一 步加大，直到当前的水压值达到设定值，根据以上 原理，在用水量增多时，则依次开启水泵，反之，当 用水量减少，变频减小水泵的转速到下限值时，则 依开启的顺序关闭水泵，使压力稳定在设定值，实 现了恒压供水，整个控制过程是动态的，同时是自 调整的，不需人为控制。
3应用实例
3.1控制系统的硬件组成
基于虚拟仪器的模糊控制系统采用一台PXI 总线计算机，PXI6259模拟采集卡，信号调理，西门
2008.5
n虚拟仪器技术

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图2主程序框图及控制主界面 3.3基于Labview编程的模糊控制器设计
以水压给定值SV和实际的水压测量值PV的 误差e及e的变化率《:为控制器的输人，经模糊化 后转为用模糊语言描述，通过模糊控制法则来判断 控制量的真实值，之后此值通过PXI6259模板采 集，来控制变频器，进而控制水泵的转速〔8]。该系 统取5个模糊集合来描述水压的误差6误差变化 率《：和控制量仏在域{-4，4丨上模糊集如下[见， NB,NM,NS,0,PS,PM,PB,PL]o
在Labview环境下运行模糊逻辑控制器设计 VI，通过隶属函数编辑器设置输入输出变量语言值 和相应的隶属函数，为了使模糊控制器在目标范围 下快速反映，同时也为了减小噪音的影响，增强控 制器的鲁棒性，选取三角形隶属函数。
在Labview环境下运行FCT，打开FuzzyLog- icControlDesign模块，并通过具有交互式界面的 FuzzySetEditor设计输入、输出变量的论域范围及 各个语言变量的隶属函数形状等参数。3个变量 和《的隶属函数为三角形，论域均离散为 [_4，_3，一2_ 1，0，1，2，3，4]9 级，通过 Labview 模糊集合编辑器可以直观方便地进行各项参数的 设计和修改。通过Labview及其模糊逻辑工具包 提供的交互式的图形编程环境，可以方便高效地进 行基本模糊控制器的设计。
数据
子变频器和水泵组成。整个控制都在计算机上通 过Labview8. 2编程实现。
3.2 Labview软件控制界面设计
使用Labview编程语言开发控制系统过程可分 成两步:(1)开发仪器面板、数据报表、板卡驱动程 序、数据分析程序等;(2)根据用户需求生成具有仪 器面板，相应的数据分析管理功能的虚拟仪器。基 于虚拟仪器的模糊控制系统，如图2所示。
接拟仪器的 樽_控制fc程作
报警述示
参考文献
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中国铁道出版社，2004.
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7] 刘法治，赵明富.模糊控制技术在高楼恒压供水系统 中的应用[J].微计算机信息,2005,9:21-23.
8] 蒋勇英，高宏伟，韩耀鹏,等.模糊恒压供水系统的设 计[J].微计算机信息2004,20(2): 14-15.
作者简介
孙立军,大庆石化总厂久隆房地产 开发股份有限公司，助理工程师，主要从 事石化总厂小区电气控制系统设计，城 市供水系统研究。
地址:大庆石化总厂久隆房地产开发股 份有限公司，163714
整个控制简单、实用，界面简捷、直观，便于操 作，将保存的数据进行定期分析，来优化系统参数， 达到能源使用最大化。整个设计能够满足实际城 市供水系统的要求，同时能够达到节能最大化。
4结 论
基于虚拟仪器模糊控制恒压供水系统投入工 作以后，经过一年多的运行，其节能效果是明显的， 在用水高峰时，投入1到2台工频和1台变频调 速;在用水低谷时，用1台变频即可满足用户的要 求。同时不断对系统采集的数据进行分析、优化。 此套控制系统与传统控制系统相比，平均节电达到 30%〜35%，大大提高了节电率。
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基于虚拟仪器的模糊控制恒压供水系统
fANFANODATA文献链接
作者： 孙立军，李铁龙，Sun Lijun， Li Tielong
作者单位： 孙立军，Sun Lijun(大庆久隆房地产开发股份有限公司，大庆，163714)，李铁龙，Li
Tielong(北京遥感研究所，北京，100854)
刊名： 电子测试
英文刊名： ELECTRONIC TEST
年，卷（期）： 2008(5)
I参考文献(8条)
1. 雷振山Labview7Express实用技术教程2004
2. 汪红基于组件的虚拟仪器软件系统设计[期刊论文]-微计算机信息2001 (01)
3. 杨乐平;李海涛Labview高级程序设计2003
4. 胡文彪;马伟明基于Labview的电机数据采集系统[期刊论文]-海军工程大学学报2005(03)
5. 裴锋;杨万生Labview中模糊控制器的设计及应用[期刊论文]-化工自动化及仪表2004(01)
6. 陈杰;薛彬模糊控制的研究现状与展望[期刊论文]-自动化与仪器仪表2006(06)
7. 刘法治;赵明富模糊控制技术在高楼恒压供水系统中的应用[期刊论文]-微计算机信息2005(09)
8. 蒋勇英;高宏伟;韩耀鹏模糊恒压供水系统的设计[期刊论文]-微计算机信息2004(02)
I本文读者也读过(2条)
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2. 李晨晖模糊控制技术现状与展望[期刊论文]-青海大学学报（自然科学版)2001，19(1)
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