摘要：將通訊技術(shù)應(yīng)用在模塊化空調(diào)上，應(yīng)用模糊控制，提高水溫控制精度，在實際應(yīng)用中達到良好的控制效果。
      關(guān)鍵詞：PLC網(wǎng)絡(luò) 模糊控制 模塊化風(fēng)冷熱泵 水溫控制

      1.    引言
      隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展越來越快，工業(yè)中對中央空調(diào)控制精度的要求也越來越高，現(xiàn)在很多工業(yè)生產(chǎn)過程都對溫度有較高要求，但是中央空調(diào)系統(tǒng)是一個參數(shù)時變、純滯后、大慣性的非線性系統(tǒng)，其控制過程與環(huán)境條件及空調(diào)系統(tǒng)本身的諸多因素密切相關(guān)，許多參數(shù)是難以計算和測量的，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型。模塊化空調(diào)機組是由多臺空調(diào)組合而成的并聯(lián)中央空調(diào)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用多臺PLC通訊聯(lián)網(wǎng)處理。當(dāng)實際環(huán)境多變時，傳統(tǒng)控制方式對水溫的控制效果并不理想。

      近來提出的模糊控制可不必精確了解對象情況，且具有動態(tài)響應(yīng)好，上升時間快，超調(diào)小的優(yōu)點，隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，各PLC廠家推出了適于各類過程控制的智能專用模塊，應(yīng)用模糊控制技術(shù)合理調(diào)節(jié)模塊化空調(diào)的能量，達到良好的溫度控制效果和響應(yīng)速度。

      2.組建PLC網(wǎng)絡(luò)

      現(xiàn)有三臺風(fēng)冷熱泵螺桿機組，編號分別為機組A、機組B和機組C，還有4臺水泵，其中3用1備，每臺機組對應(yīng)一臺水泵，如果在運行過程中任意一臺水泵發(fā)生故障，備用水泵自動投入工作。

       本PLC網(wǎng)絡(luò)采用4個CO-TRUST公司的可編程控制器，其中1＃PLC、2＃PLC、3＃PLC均為CPU226L，4＃PLC為CPU224+。1＃PLC、2＃PLC和3＃PLC分別控制機組A、機組B和機組C，4＃PLC控制4臺水泵。4個PLC相互串接到一條總線上，構(gòu)成線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，見下圖。

PLC網(wǎng)絡(luò)連接示意圖

      三臺風(fēng)冷熱泵機組的進水口和出水口分別并聯(lián)在兩條總管路上，構(gòu)成總進水口和總出水口，在總出水口處各放三個溫度傳感器，三個溫度傳感器信號分別送至1＃PLC、2＃PLC、3＃PLC的溫度采集模塊。

      3.模糊控制實現(xiàn)
      模糊控制原理如下圖：

      針對機組只有一個控制量即機組出水溫度，系統(tǒng)采用二維模糊控制。設(shè)模糊變量為：E(溫差)，EC(溫差變化率)，U(輸出增量)。輸入輸出變量語言可以表達為：負(fù)大(NB)，負(fù)中(NM)，負(fù)小(NS)，零(ZO)，正小(PS)，正中(PM)，正大(PB)。系統(tǒng)中溫差基本論域為E其范圍為[-3，+3]，溫差變化率EC其范圍為[-0.5，+0.5]，輸出增量U其范圍定為[-3，+3]，精確量均可劃分為12個等級。

      根據(jù)過程控制的實際經(jīng)驗得到一系列推理語言規(guī)則，寫成如下形式：
      IF E = (NB) and EC = (NB) then U = (PB)
      即溫度偏差E為負(fù)大且偏差變化率EC為負(fù)大，則輸出控制增量U應(yīng)為正大，快速減少負(fù)偏差，使其趨近于給定值。
      IF E = (NM) and EC = (NM) then U = (PM)
      即溫度偏差E為負(fù)中且偏差變化率EC為負(fù)中，則輸出控制增量U應(yīng)為正中，逐漸減少負(fù)偏差，使其趨近于給定值。
      IF E = (NS) and EC = (NS) then U = (PS)
      即溫度偏差E為負(fù)小且偏差變化率EC為負(fù)小，則輸出控制增量U應(yīng)為正小，慢慢減少負(fù)偏差，使其趨近于給定值，避免出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象。
      IF E = (PS) and EC = (PS) then U = (NS)
      即溫度偏差E為正小且偏差變化率EC為正小，則輸出控制增量U應(yīng)為負(fù)小，慢慢減少正偏差，使其趨近于給定值，避免出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象。
      IF E = (PM) and EC = (PM) then U = (NM)
      即溫度偏差E為正中且偏差變化率EC為正中，則輸出控制增量U應(yīng)為負(fù)中，逐漸減少正偏差，使其趨近于給定值。
      IF E = (PB) and EC = (PB) then U = (NB)
      即溫度偏差E為正大且偏差變化率EC為正大，則輸出控制增量U應(yīng)為負(fù)大，以快速減少正偏差，使其趨近于給定值。

      通過對這樣的一系列的語句的歸納總結(jié)形成以下的模糊控制規(guī)則表：

      各模糊子集的隸屬函數(shù)選擇三角分布方式，根據(jù)模糊控制規(guī)則表和各模糊子集的賦值表即可計算出每個模糊關(guān)系R，然后合成總模糊關(guān)系，再根據(jù)模糊推理合成規(guī)則，得到控制增量模糊集U，再按隸屬函數(shù)中位數(shù)方法得到相應(yīng)的控制增量u，即得到模糊控制表。 
 
      4.網(wǎng)絡(luò)通訊指令的使用
 
       PLC之間的通訊采用NETW/NETR（網(wǎng)絡(luò)寫/網(wǎng)絡(luò)讀）指令，在這里把1＃PLC設(shè)置為主站，其它PLC均設(shè)置為從站，主PLC通過采樣周期和控制周期檢測水溫變化，通過PLC根據(jù)計算得到的水溫偏差與水溫偏差變化率查詢模糊控制控制表，獲得相應(yīng)控制量，對3臺機組的能量進行控制，同時還需考慮3臺機組的能量輸出基本相當(dāng)。
 
      主站中還需要定時向各從站讀/寫數(shù)據(jù)，讀取一些狀態(tài)信息，如機組的高、低壓力、風(fēng)機和壓縮機的狀態(tài)、機組故障等信息；向各從站寫一些控制命令，如開、關(guān)機、強制融霜等命令，全部控制都在主觸摸屏上完成。

      5.應(yīng)用效果
      通過對現(xiàn)場水溫的監(jiān)控，在采用模糊控制方法后，機組水溫控制精度達到用戶工藝要求，用戶非常滿意，而且響應(yīng)速度很快，超調(diào)小，具體水溫曲線見下圖。

 
      6.結(jié)束語
      不依靠專用控制模塊通過應(yīng)用PLC的編程軟件開發(fā)模糊控制程序，并應(yīng)用在風(fēng)冷模塊化空調(diào)機組的水溫控制上，實測數(shù)據(jù)證明模糊控制在實際應(yīng)用中得到了良好的控制效果。而且模糊控制程序作為整個PLC控制程序的一個子程序，包括數(shù)據(jù)的讀取、模糊推理和控制信號輸出，這樣模糊控制程序易實現(xiàn)模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化，與PID控制相比，限制條件少，不受系統(tǒng)硬件限制，適應(yīng)范圍也大大提高，具有較大的實用價值。