锁相环同步切换及 FNN 智能变频恒压供水系统 【技术领域】
本发明涉及供水技术领域， 尤其涉及一种智能的变频调速恒压供水系统。背景技术 在供水技术领域， 当供水的需求量有较大变化时， 必须保证水管管网内水压力的 恒定。为了满足此技术需求， 在中大容量的供水系统中， 一般采用在变频器外部提供压力 闭环调节的技术方案 ； 同时， 还可以对多台水泵的循环控制提供外部的逻辑控制 ； 在变频 与工频电源的切换时采用主电路串接软启动器降压启动的技术手段 ； 通过综合采用上述方 法， 实现变频恒压供水的技术目的。
但长期以来， 市政供水、 高层建筑供水、 工业生产循环供水等在技术方面存在着很 多问题， 已经不能满足当前社会的发展和需求。
日本 Samco 公司推出了一种恒压供水基板， 备有 “变频泵固定方式” 、 “变频泵循环 方式” 两种可选模式。它将 PID 调节器和 PLC 可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板 上， 通过设置指令代码实现 PLC 和 PID 等电控系统的功能。因此， 基于该装置， 只要搭载配 套的恒压供水单元， 便可直接控制多个内置的电磁接触器工作， 可构成最多 7 台电机 ( 泵 ) 的供水系统。
该装置的应用简化了变频恒压供水系统的电路结构， 提高了变频恒压供水系统的 可靠性， 降低了设备成本。但是， 该装置输出接口的扩展功能缺乏灵活性， 并且限制了带负 载的容量， 因此适用范围受到限制， 难以全面推广应用。
目前国内的变频恒压供水工程中， 大多采用国外的变频器控制水泵的转速， 辅以 水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制， 实现变频恒压供水的技术目的 ； 也有的 采用可编程控制器 (PLC) 予以实现 ； 还有的采用单片机及相应的软件予以实现。
这几种控制方案， 从可靠性方面讲， PLC 优于单片机， 从经济性方面看， 单片机优于 PLC。
在变频与工频电源的切换技术上， 多数工程采用前面提及的主电路串接软起动器 的方法进行降压起动， 也有少数工程采用切换时封锁变频器的控制脉冲， 使变频器输出为 零， 切换到工频电源上。
这两种技术方案， 前者容易实现， 软起动器一般为成品部件， 但设备投资较大 ； 后 者设备投资少， 但频率波动大， 易引起水管管网压力不稳定。
目前国内也推出了恒压供水专用变频器 (5.5KW-45KW)， 无需外接 PLC 和 PID 调节 器， 可完成最多 4 台水泵的循环切换、 定时起停和定时循环。该变频器将压力闭环调节与循 环逻辑控制功能集成在变频器内部实现， 其输出接口限制了带负载的容量， 因此只适用于 中小容量的系统。
目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究中， 对中大容量恒压供水系统中 存在的水压闭环控制和变频电源与工频电源的无扰动平稳切换问题， 还没有良好的解决方 案。
因此， 本领域的技术人员致力于开发一种智能变频恒压供水系统， 以改善变频恒 压供水系统的性能并且降低中大容量系统的投资成本。 发明内容 有鉴于现有技术的上述缺陷， 本发明所要解决的技术问题是提供一种改善变频恒 压供水系统的性能并且降低投资成本的智能变频恒压供水系统。
为实现上述目的， 本发明提供了一种锁相环同步切换及 FNN 智能变频恒压供水系 统， 至少包括 ： 由 N 个水泵组成的水泵组， 各所述水泵分别配置有异步电机 ； 至少一主供水 管道， 连接供水源与用户端， 所述主供水管道上设置有水压获取装置 ； 一控制器， 所述控制 器至少包括一自调整模糊神经网络模块及一神经网络自整定模块 ； 所述主供水管道供水 时， 所述锁相环同步切换及 FNN 智能变频恒压供水系统的工作步骤为 ：
步骤一， 所述控制器获得所述水压获取装置的实际水压值 ；
步骤二， 所述控制器将所述步骤一获得的实际水压值与系统设定水压值进行比 较；
步骤三， 当所述步骤二中的比较出现差值时， 通过所述自调整模糊神经网络模块 和所述神经网络自整定模块控制各所述异步电机的转速。
在本发明的具体实施中， 还包括步骤四， 当所述实际水压值大于所述系统设定水 压值时， 所述控制器控制所述异步电机减速 ； 或， 当所述实际水压值小于所述系统设定水压 值时， 所述控制器控制所述异步电机增速。
在本发明的其他具体实施中， 还包括步骤五， 所述控制器一次或多次重复所述步 骤一与所述步骤二的操作， 直至所述实际水压值与所述系统设定水压值大致相同。
在本发明的其他具体实施中， 所述步骤三中， 利用锁相环同步切换技术对各所述 异步电机进行变频控制， 实现切换前后电源同频同相。
在本发明的其他具体实施中， 所述步骤三中， 所述神经网络自整定模块同时对多 个 PID 参数进行在线调整。
本发明的智能变频恒压供水系统由于将自调整模糊神经网络 (FNN) 控制引入到 锁相环同步切换及 FNN 智能变频恒压供水系统中， 很好地克服了恒压供水系统中非线性、 时变等因素的干扰影响， 增强了恒压供水系统的鲁棒性。
一般地， 模糊控制相当于 PD 控制， 有稳态精度低的缺点。在处理确定值与模糊量 变化时， 模糊化的量化因子与判断时的比例因子在整个过程中是固定不变的， 限制了控制 性能的提高。
本发明采用了神经网络自整定 PID 控制， 克服了传统 PID 控制参数整定困难的缺 点， 对多个 PID 参数进行在线调整， 消除了系统的稳态误差， 较好地解决了用户端水压不稳 定的问题。
在多台水泵循环变频控制时， 本发明还采用了锁相环同步切换技术， 保证切换前 后电源同频同相， 由此解决了转换前后相位不一致时产生过大电流的问题， 有效地减小了 切换电流， 保障了系统的可靠性、 稳定性。
以下对本发明的构思、 具体结构及产生的技术效果作进一步说明， 以充分地了解 本发明的目的、 特征和效果。
具体实施方式
本发明的锁相环同步切换及 FNN 智能变频恒压供水系统一具体实施例中， 由四台 水泵组成一水泵组， 水泵组中还包括四个异步电机， 分别配置于四台水泵。
一主供水管道， 连接供水源与用户端， 该主供水管道上设置有水压计算。
一控制器， 该控制器至少包括一自调整模糊神经网络模块及一神经网络自整定模 块。
当主供水管道供水时， 本发明的锁相环同步切换及 FNN 智能变频恒压供水系统的 工作步骤为 ：
步骤一， 控制器获得水压计的实际水压值 ；
步骤二， 控制器将获得的实际水压值与系统设定水压值进行比较 ；
步骤三， 当步骤二中的比较出现差值时， 通过控制器的自调整模糊神经网络模块 和神经网络自整定模块控制四个异步电机的转速。
具体地， 当实际水压值大于系统设定水压值时， 控制器控制四个异步电机减速 ；
当实际水压值小于系统设定水压值时， 控制器控制异步电机增速。
此后， 控制器继续读取水压值， 并可一次或多次重复步骤一与步骤二的操作， 直至 实际水压值与系统设定水压值大致相同。
在本发明的其他具体实施中， 上述步骤三中， 利用锁相环同步切换技术对各异步 电机进行变频控制， 实现切换前后电源同频同相。
在本发明的其他具体实施中， 上述步骤三中， 神经网络自整定模块可同时对三个 PID 参数进行在线调整。
在实测过程中， 与普通变频恒压系统相比较， 本发明的系统中， 四台水泵的额定 3 流量为 30m /h， 额定扬程 70m， 泵功率 11kw， 额定电压 380V， 转速 2900rpm， 设定供水压力 0.5Mpa。系统压力稳定后， 通过改变阀门开度， 流量突变后， 测试结果如下 ：
现有的变频恒压系统 ： 调节时间大于 80 秒， 水压超调量约为稳定压力的 14.6％ ； 异步电机在由变频供电向工频供电切换时， 滤波器显示即使在切换是时有 100ms 的延时， 系统仍然存在很大的过电压、 过电流冲击的情况。
本发明的智能变频恒压系统 ： 超调量约为 1.6％， 调节时间约为 40 秒， 超调量小， 上升时间短、 稳态精度高。
异步电机在由变频供电向工频供电切换时， 即使无延时切换， 两个电源在切换瞬 间保持了同频率相位， 流过工频电源的电流大体上等于电机的额定电流， 因此没有很强的 电流冲击， 也无转矩波动， 切换过程设备运行平稳， 实现了系统安全、 可靠、 无扰动平滑切 换。
本发明的智能变频恒压供水系统相对于现有的变频恒压供水系统而言具有以下 有益效果 ：
1、 本系统在水压调节过程中， 达到压力稳定， 调节时间减少 50％以上， 水压波动小 于 1.5％。
2、 在变频和工频切换时， 无延时切换电压、 电流波形， 两个电源保持了同频率相 位， 切换时电流约等于额定电流， 无电流冲击和转矩波动。因此， 本发明可以广泛应用在住宅及工厂供水、 灌溉系统、 水处理系统、 消防系统 等等领域。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解， 本领域的普通技术无需创 造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此， 凡本技术领域中技术人员 依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、 推理或者有限的实验可以得到的技术 方案， 皆应在本发明的权利要求保护范围内。6