圖1 單一區(qū)域恒溫系統(tǒng)控制圖

　　2.2 系統(tǒng)整合使用效益

　　在一般的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中，因馬達送風為恒定頻率，會造成環(huán)境溫度已到達設定溫時，仍輸出過多冷氣，造成環(huán)境溫度過低而導致人感覺不夠舒適，也造成能源的浪費。配合臺達hmi及溫控器的使用，即可提供一個方便的使用接口來精確設定所要的室溫(精確范圍可達小數(shù)點后一位)，并且藉由溫控器pid運算功能，適度開啟閥門的開度及調(diào)節(jié)送風量達到恒溫的要求，也可以減少冰水消耗，以節(jié)省冰水機的電力耗能。因此，藉由小額的工程及材料費用即可達到舒適環(huán)境及每日節(jié)能的效果。

　　2.3 系統(tǒng)改造的主要效果評估

　　在理論上，馬達的轉(zhuǎn)速和耗能為3次方關系，因此當馬達的頻率由60hz降為30hz時，耗能只相當于原來能耗的1/8。但由于空調(diào)環(huán)境中有人員產(chǎn)生co2的問題，因此經(jīng)驗上通常最低的運轉(zhuǎn)頻率為不低于30hz，以達到空氣正常循環(huán)的要求。

　　而冰水閥的開度調(diào)整可適時調(diào)節(jié)冰水流量，若是系統(tǒng)中有多部冰水機供應冰水，此時也可利用plc程序判斷是否要將部份冰水機卸載以減少多部冰水機連轉(zhuǎn)所造成的能源浪費。

2.4 系統(tǒng)配置

系統(tǒng)整體如表1所示。

表1 設備上使用的臺達機電產(chǎn)品

2.5 系統(tǒng)接線圖

　　hmi接線圖如圖2所示，溫控器接線圖如圖3所示。

圖2 hmi接線圖

圖3 溫控器接線圖

3 程序及操作說明

　　由于此系統(tǒng)中未使用到plc，因此一些簡易的判斷程序，將利用hmi上的宏來實現(xiàn)，以下將說明畫面架構(gòu)及內(nèi)部中所編寫的宏程序，如圖4所示，其中變頻器站號為1，溫控器站號為3。

圖4 hmi界面

　　宏程序：宏一共分clock宏、按鈕on/off宏及cycle宏3個部分。

3.1 clock 宏說明

　　計算出變頻器的運轉(zhuǎn)頻率，并寫至變頻器中。見圖5，說明如下：

圖5 clock 宏示意圖

　　(1)批注；

　　(2)把溫控器h1000(pv值)讀出放到$100中供畫面顯示用；

　　(3)把溫控h1012(輸出量)讀出放到$102中；

　　(4)由于輸出量$102為小數(shù)后一位，因此除10只取出整數(shù)部份$103供畫面顯示用；

　　(5)批注；

　　(6)當溫控輸出量$102小于60.0%時，跳到label1中，把$150設為3000(即變頻器運轉(zhuǎn)頻率為30.00hz)；由于變頻器最低運行為30hz，利用此行宏控制??；

　　(7)若溫控輸出量$102大于60.0%時，把輸出量*5傳到$150中(當溫控輸出量為60%～100%當中，送風頻率變化30～50hz，因60hz風量太大，因此最大頻率控制在50hz)；

　　(8)跳至第11行；

　　(9)label1位置；

　　(10)當溫控輸出量$102小于60.0%時，變頻器運轉(zhuǎn)頻率$150固定為30.00hz；

　　(11)label2位置；

　　(12)把宏程序算出的運轉(zhuǎn)頻率$150傳送給變頻器h2001(頻率命令)緩存器來改變設定值；

　　(13)由于變頻器的頻率設定值$150為小數(shù)下2位，因此除100取出整數(shù)部份至$200中，供畫面顯示用。

　　3.2 按鈕on/off 宏說明

　　按下啟動/停止鈕后，啟動/停止變頻器，見圖6、圖7。說明如下：

圖6 啟動畫面

圖7 狀態(tài)圖畫面

　　(1)按鈕型式為交替型，當按鈕為on時，啟動“編輯on宏”，把變頻器中h2000(對驅(qū)動器的命令)設為2，此時變頻器即啟動運轉(zhuǎn)。

　　(2)按鈕型式為交替型，當按鈕為off時，啟動“編輯off 宏” ，把變頻器中h2000(對驅(qū)動器的命令)設為1，此時變頻器即停止運轉(zhuǎn)。

3.3 cycle 宏說明

　　當變頻器于run狀態(tài)時，讓風扇產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的動畫來呈現(xiàn)，見圖8。說明如下：

圖8 cycle圖示意圖

　　(1)讀取變頻器h2101.0(led run燈狀態(tài))，當run燈為on時，開始改變風扇的8張動畫狀態(tài)圖；

　　(2)移至第9行；

　　(3)label1位置；

　　(4)當動畫已顯示到第8張時，跳至label10位置把$160=0，以切回第1張；

　　(5)還未到第8 張時，$160的值加1，以顯示下一張；

　　(6)移至第9行；

　　(7)label10位置；

　　(8)當上方程式已顯示到第8張時，程序跳到此處把$160=0以切回第一張；

　　(9)label2位置。

4 溫控器pid 設定原理

　　上述的內(nèi)容中，溫控器中的pid參數(shù)分別為p=1、i=240、d=0，對冰水閥執(zhí)行控制后即可達到恒溫的目的。原因在于空調(diào)的環(huán)境相對于工業(yè)的設備是屬于溫度變化很緩慢的系統(tǒng)，因此我們并不需要以執(zhí)行autoturning的動作來取得pid值，而直接由慨念性的pid觀念即可手動設定出我們實際的需要。

　　溫控器中的輸出量總和，是由p量+i量+d量+iof來取得，而當中的d量是外亂因素的反應及iof是預設的基礎輸出量，這兩者因素對于空調(diào)的系統(tǒng)中，我們并不需使用，因此皆設為0，只需考慮參數(shù)p和i。

圖9 輸出量與溫度關系圖

　　4.1 p量

　　(1)由于空調(diào)系統(tǒng)是以冷氣空調(diào)為例，因此溫控器的控制模式要選為冷卻控制(ctrl=cool)；

　　(2)假設要求溫度為26℃，因此sv值為26；

　　(3)圖9為輸出量與溫度的關系曲線，可看出，若p的值設為1時(即當26+1=27)，輸出p量即為100%(閥門全開)；

　　(4)當溫度到達26℃時，輸出p量為0%(閥門全關)，因此由26℃到27℃的過程中，是以線性的比例來對應每一過程中的輸出p量的；

　　(5)若是在冷房能力是足夠的情形下，溫度是不易超過27℃的，因為會產(chǎn)生100%的冷房輸出把溫度壓下來；

　　(6)但當溫度已到達26℃時，由圖中的輸出p量可得知為0%(閥門全關)，以全關的狀態(tài)要保持住恒溫是不可能的，因此我們需再配合i量的計算，來補足恒溫所需的基本輸出量。

4.2 i量

　　(1)如上所述，當只用p量進行控制時，溫度的控制只能達到圖10中(1)的狀態(tài)，與設定溫有一定的誤差，而難以達到恒溫的要求。因此配合i量的計算和輸出，即進行pi調(diào)節(jié)，如圖10中(2)所示，即可達到所需的目的；

圖10 溫度與時間關系圖

　　(2)由于我們知道i值是對某單位時間做積分，因此當i 值愈小時，表示于很短時間即做一 次積分，此時很容易造成i輸出量過大，而產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；

　　(3)臺達溫控器對于i 值的出廠默認值為240，這是屬于徧大的i值，而由于空調(diào)系統(tǒng)并不需要很快速的反應，因此直接套用此值即可。而如果用于其它需要快速反應的環(huán)境時，我們也可以適度的減少i值，以加快系統(tǒng)的反應，但當然可要以不發(fā)生振蕩情形為基礎的條件下。

5 結(jié)束語

　　臺達中央空調(diào)恒溫系統(tǒng)使用了友好的人機界面及宏程序的編寫，在溫度控制中采用了pi算法，從而獲得高精度的恒溫控制效果。