基于S7－300 PLC的商場恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者：付 婷 貴州師范大學(xué)

一般而言空調(diào)自動控制系統(tǒng)只對溫度、濕度進(jìn)行有效的控制，但自動控制的范圍并非只限于此。文中設(shè)計(jì)的商場恒溫控制系統(tǒng)包含轉(zhuǎn)換控制、補(bǔ)償控制、連鎖控制、狀態(tài)監(jiān)測、容量調(diào)節(jié)等全自動化的控制系統(tǒng)，能及時(shí)監(jiān)測負(fù)荷的變化，使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)效果。

1 總體控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一個(gè)自動化水平較高的系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)可靠運(yùn)行的同時(shí)，還必須考慮管理和維護(hù)。采用德國Siemens公司的可編程控制器S7-300實(shí)現(xiàn)控制功能，采用監(jiān)控主機(jī)通過Profibus與可編程控制器連接，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況的檢測與控制，并記錄系統(tǒng)運(yùn)行的各參數(shù)和故障信息。控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)如下功能：本機(jī)操作；監(jiān)控室遙控操作；壓縮機(jī)保護(hù)功能；冷凝風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)連鎖保護(hù)功能；送風(fēng)風(fēng)機(jī)與電加熱元件連鎖保護(hù)功能；過載和短路保護(hù)功能；防雷保障功能；通訊功能，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。



監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)恒溫控制的主界面，人機(jī)交互友好。由一臺主機(jī)與打印機(jī)組成。主機(jī)對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行管理，通過主機(jī)可以了解恒溫控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以及運(yùn)行歷史的所有相關(guān)參數(shù)；管理人員在主計(jì)算機(jī)上可以控制整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行。可調(diào)看歷史溫度、操作和故障記錄等關(guān)鍵信息。

2 模糊PID算法

2．1 模糊PID控制結(jié)構(gòu)

模糊PID控制系統(tǒng)原理如圖2所示，是由可控式參數(shù)PID系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。可控式參數(shù)PID控制器可以直接對系統(tǒng)控制，模糊控制器對PID的控制參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)整。



2．2 PID參數(shù)調(diào)整規(guī)則

模糊PID控制器用式(1)表示

式中，E(k)是系統(tǒng)誤差；EC(k)是系統(tǒng)誤差變化量；KP是比例系數(shù)，決定了系統(tǒng)響應(yīng)速度與精度；K1為積分系數(shù)，決定了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度；KD為微分系數(shù)，決定系統(tǒng)動態(tài)特性。模糊PID控制器是通過模糊推理，根據(jù)E和EC的變化，實(shí)時(shí)調(diào)整PID的系數(shù)，確定模糊控制規(guī)律。

恒溫空調(diào)控制系統(tǒng)的溫度控制，是通過控制空調(diào)機(jī)組的開啟和停止實(shí)現(xiàn)?？照{(diào)機(jī)組的分布在商場各個(gè)區(qū)域，空調(diào)機(jī)組相互之間的區(qū)域也有一定程度的影響，因此難以用確定的數(shù)學(xué)模型來描述它們之間的關(guān)系。所以系統(tǒng)是設(shè)計(jì)一個(gè)多輸入、多輸出的控制器來對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。在實(shí)際的工程應(yīng)用當(dāng)中，是需要考慮可行性和工程成本以及控制效果，因此在模型設(shè)計(jì)時(shí)需要簡化。系統(tǒng)的各個(gè)組件都存不確定的影響因素，在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，需要將這些影響用溫度誤差的加權(quán)平均值來表現(xiàn)，對每機(jī)組采用各自相應(yīng)的模糊控制器實(shí)現(xiàn)控制。對單個(gè)機(jī)組采用多輸入單輸出的方式以達(dá)到簡化控制的效果。