基于CO-TRUST PLC通訊技術(shù)的水溫控制

　　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(dá)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)，如圖1所示。

　　三臺風(fēng)冷熱泵機組的進(jìn)水口和出水口分別并聯(lián)在兩條總管路上，構(gòu)成總進(jìn)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)

　　圖2 模糊控制原理框圖

　　模糊控制原理如圖2所示。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(dá)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1)

　　%%%%%%%%%%2

　　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(jìn)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(dá)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，具體水溫曲線參見圖3所示。

　　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。