专利名称：一种嵌入式智能型的水泵节能控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及水泵系统技术领域，具体的来说涉及一种水泵系统的节能控制系 统。
背景技术：
水泵系统通常由一定数量的泵、管道系统、调节装置(如阀门)和控制装置等组 成。长期以来，水泵系统的优化节能工作主要集中在两个方面一是在已知管网用水 量的前提下，决定泵站最佳的出水流量和压力，目前在这方面的研究主要集中在用水量预 测和管网优化设计方面，二是根据水量预测和管网优化的结果，决定泵站机组的最佳运行 组合方案及各泵的最佳转速或最佳叶片角度，使水泵机组耗能最少，运行费用最低。在这一 领域，也提出了不少优化模型和优化方法，如最小流量偏差平方模型、总轴功率最小模型等 优化模型，以及功率微增率法、混沌算法、模型协调法、遗传算法、动态规划法等优化方法。但是，作为一切优化的物理基础，迄今为止的水泵系统的能量转换与传递特性还 主要依据水力学经验公式来确定。研究表明，水泵和与水泵配合的管道是一个有关联的系统。与水泵配合的管道不 仅造成水力损失，而且影响水泵的运行工况，可使水泵在偏离设计工况的条件下运行，造成 水泵运行效率的下降。因此，到目前为止所采用的水泵运行调节方式(如变频调速技术)， 尽管比以往的阀门调节等方式显著节能，但由于无法准确判断水泵运行的实际性能，尚有 很大的节能空间。如果我们找到一种方式，在保证能量需求的前提下，使水泵与进出水管道协调，减 少进出水管道的损失，使各种不同的过流部件的水力损失降到最低，同时又使系统中运行 的每一台水泵都处于高效运行工况，这样就能提高水泵系统的运行效率，达到节能的目的。 为此需要对水泵与进出水管道的相互影响关系进行研究，提出合适的管道形式，或根据系 统的实际运行情况，在保证浪费能源最小的情况下，对系统进行有效的调节，使水泵系统的 运行效率大大提高。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种嵌 入式智能型的水泵节能控制系统。为了解决上述问题本实用新型的技术方案是这样的一种嵌入式智能型的水泵节能控制系统，包括水泵，与水泵连接的水系统管网，其 特征在于，还有包括一用于采集各系统部件工作状态的控制柜，控制柜连接一智能型控制 器，智能型控制器与水泵连接。本实用新型所述的系统，能从采集到的有限的系统状态信号，预测整个系统对流 量和能量的需求；能根据管道特性的变化，及时地调整系统控制策略，以适应新的系统特性。有益效果，本实用新型所述的系统智能控制系统经过在典型的水泵系统上进行示 范应用，与原有非智能系统相比，普遍提高水泵系统效率3 10%。
以下结合附图和具体实施方式
来详细说明本实用新型；
图1为本实用新型所述的一种嵌入式智能型的水泵节能控制系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下 面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。本实施例中，主要为基于ARM Cortex-M3内核的STM32微处理器适用于水泵系统 控制的嵌入式智能型节能控制器。主要技术内容包括(1)以流体力学和流体机械理论为基础，系统地分析水泵系统中能量转换和损失 的机理，应用神经元网络理论，建立水泵系统流量和能量需求的数学模型，通过相应的遗传 算法给出系统节能的优化控制目标，使得控制器能迅速确定水泵的工作点。该算法能针对 不同规模的系统，依据有限的系统状态信号，迅速准确地确定整个系统对流量和能量的需 求。(2)深入研究水泵系统控制对象的特点，设计模糊PID控制功能、协调模糊控制和 PID控制的配合。实现神经元网络算法、专家控制系统和模糊PID控制功能的衔接，使系统 具有很好的快速性，稳定性和鲁棒性。(3)由于运行一段时间后，水泵的性能和系统管路特性可能会发生变化，而对系统 的稳定运行和能量消耗产生影响。需研究在系统变化情况下的模型修正理论和方法，建立 专家控制系统，使得控制器能预测和评估水泵性能和系统管路特性变化对系统的影响。当 水泵的性能和系统管路特性发生变化时，专家控制系统将能及时地对控制策略进行调整， 以实现系统长效的节能运行。本项目将设计的专家控制系统算法化，并要求软件编程方便， 系统最终满足实时性和抗干扰性能的要求。(4)开发智能型节能控制器的网络通信功能，通过网络接口完成下位机和上位机 通信，实现上位监控计算机的管理监控功能。为系统的网络化提供技术支持。ARM Cortex-M3内核的STM32微处理器，该高性能处理器集成度高、功耗低、易于 开发，还具有竞争力的价格优势。近几年来，ARM技术趋于成熟，其处理速度可达数百MHz， 并且已在国内得到一定的应用，作为32位的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占 据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM 微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。本系统拟采用 ARM核的微控制器芯片，构建水泵节能运行系统的智能实时控制和网络通信处理单元，系统 结构简单，布线方便，成本大大降低，安装和维护也大大简化。上述的智能型节能控制器，能从采集到的有限的系统状态信号，预测整个系统对 流量和能量的需求；能根据管道特性的变化，及时地调整系统控制策略，以适应新的系统特 性。[0022]本实施例所述的智能控制系统经过在典型的水泵系统上进行示范应用，与原有非智能系统相比，普遍提高水泵系统效率3 10%。参看
图1一种嵌入式智能型的水泵节能控制系统，包括水泵1，水泵1的出口连接的用水的 系统管网2，水泵1的进口连接水源3，本系统还有包括一用于采集各系统部件工作状态的 控制柜4，控制柜4通过信号线连接系统中各个部件，如连接系统管网，连接水源阀门等；所 述控制柜4还连接一智能型控制器5，智能型控制器5与水泵1连接。智能型控制器5根据 通过控制柜4采集到的系统状态信号，确定整个系统对流量和能量的需求。凡是有液体流动之处几乎都有水泵系统在运行。水泵在为国民经济服务的同时， 也消耗了大量的能源。据统计，水泵的耗电量约占全国总发电量的1/5以上，耗油量也相当 可观，可见，泵是当然的耗能大户。一个合理的水泵系统，除水泵产品本身的性能是最优的， 其运行效率也应是最高的。如果我们能够正确掌握水泵系统的能量传递与转换规律，使水 泵系统的能量损失降到最低，则蕴藏着巨大的节能潜力。据测算，如果我国水泵运转总效率 提高0.01倍，则全年可节电54. 8亿度，相当于三峡电厂一个月的发电量。可见，如果其运 行效率略有提高，节能效果就十分可观。因而，提高水泵的运行效率，对于节约能源具有极 其重要的意义。以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行 业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述 的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会 有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要 求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求一种嵌入式智能型的水泵节能控制系统，包括水泵，与水泵连接的水系统管网，其特征在于，还有包括一用于采集各系统部件工作状态的控制柜，控制柜连接一智能型控制器，智能型控制器与水泵连接。
专利摘要一种嵌入式智能型的水泵节能控制系统，包括水泵，与水泵连接的水系统管网，其特征在于，还有包括一用于采集各系统部件工作状态的控制柜，控制柜连接一智能型控制器，智能型控制器与水泵连接。本实用新型所述的系统，能从采集到的有限的系统状态信号，预测整个系统对流量和能量的需求；能根据管道特性的变化，及时地调整系统控制策略，以适应新的系统特性。
文档编号E03B5/00GK201615068SQ20092021312
公开日2010年10月27日 申请日期2009年12月15日 优先权日2009年12月15日
发明者吴永旭, 见文, 魏培茹 申请人:上海东方泵业(集团)有限公司