基于专家系统的井群优化调度设计

摘要

水资源对于社会的发展和人民生活水平的提高具有重要的意义。随着现代工业自动控制技术和通信技术的发展，自来水厂自动控制系统为供水过程提供了有力保障。取水系统处于整个供水系统的第一个环节，是自来水厂的重要组成部分，其主要功能是从天然水源或人工水源中取得供水厂处理或居民直接使用的原始水源，在这一过程中取水泵的电能消耗占据了取水成本很大一部分，所以取水系统是否能够合理、高效、经济的运行对于保证水厂供水质量和水厂良好运营具有重要意义。在当前供水自动控制系统的取水环节中存在着不尽合理的一些控制方法，具体包括以下几方面：首先，由于地下水位的变化每台水泵的出水情况不是恒定不变的，所以采取按照水源地蓄水池液位的变化范围来固定使用某些水泵的方法有可能会导致总出水量不能满足要求需要人工参与水泵调度的情况发生，系统运行的自动化程度有待提高：其次，由于每台水泵的瞬时出水量和所消耗的电能之比处于动态变化中，所以就出现了在一定时期内某些水泵出水效率高、某些水泵出水效率低的情况，因此如何聚集并动态计算出水泵的出水效率从而采取合理的水泵使用策略成为设计者需要考虑的问题；最后，由于用电分时计费政策的影响，在不同用电时段应该采用不同的水泵使用策略以进一步降低自来水厂的取水用电成本。
　　 本研究采用专家系统的控制方法对水泵的调度实现智能控制。专家系统是人工智能领域的一个重要应用分支，区别于传统的控制方法，专家系统不是建立在具有被控对象精确数学模型的基础上进行控制的，而是根据该领域中专家的经验和被控对象的特点来实现的，专家控制主要应用在很难建立数学模型的过程控制领域，其具有描述模型多样化、实时在线处理、控制策略灵活等特点。在本系统中根据实时采集的水泵瞬时流量和用电量信息计算各个水泵效率并进行排序，根据当前所在时间区间决定水泵调度优化方向，达到节省电费和节省用电量的目的，同时根据现场的运行特点设定水泵效率变化死区，保证整个取水系统工作平稳可靠，防止频繁切换水泵的情况出现。由于水源地各个水井和值班室分布较为分散，距离二水厂中控室较远，所处地理环境恶劣，所以通过数传电台建立了无线RS-485通信网络，利用RTU实时采集相关信息和控制水泵运行。通过上位机组态王集成设计开发环境，本设计实现了二水厂中央控制室的水源地监控画面设计，完成了对水泵瞬时出水量、用电量、蓄水池出口流量和液位等信息的实时采集和阀门、水泵等设备的远程无线控制，利用组态王的开放外部程序接口DDE通信功能实现了调用Visual Basic程序实时处理水源地数据的功能，同时建立变量历史数据变化曲线功能，方便查看井群的参数变化特点为完善专家知识库提供参考和依据。该取水系统已经在山阴自来水公司运行一年多时间，相比原来的水泵控制方法提高了自动控制水平，节约了电能消耗和降低了运行成本，为县城供水提供了保障。

目录

第一章绪论

第二章控制系统设计

第三章数据通信设计

第四章专家系统和控制算法

第五章上位机软件设计和程序实现

第六章总结与展望

参考文献

致谢

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