【摘 要】文章從潔凈集中空調的定風(fēng)量系統著(zhù)手，對系統的節能狀況進(jìn)行了考慮，并且對溫濕度的控制方法進(jìn)行探討，從而得出了相關(guān)的結論。在PLCs7-300上實(shí)現了模糊自適應PID算法，并且將這一算法運用到實(shí)際工程項目中進(jìn)行了調試，從實(shí)驗的結果來(lái)看，取得了較好的效果。 

為了確保廠(chǎng)房的安全性，潔凈廠(chǎng)房的房間往往采用恒定送風(fēng)和改變排風(fēng)的方法來(lái)確保房間內壓力控制的有效性，所以在進(jìn)行空調系統的設定時(shí)一般會(huì )設定成定風(fēng)量系統。為了實(shí)現節能措施，目前不少廠(chǎng)房都在積極探索潔凈集中空調的節能方法。文章在此基礎上對潔凈廠(chǎng)房的節能技術(shù)進(jìn)行了探索，提出了一種集中空調系統溫濕度控制的節能算法，并且成功在PLC上實(shí)現了PID的算法，隨后在某一個(gè)藥廠(chǎng)的潔凈集中空調上進(jìn)行了相應的試驗，實(shí)驗結果證明，這一算法可以實(shí)現節能效果和溫濕度控制。 

　　1 溫濕度控制算法和節能 
　　在冬季時(shí)，潔凈集中空調進(jìn)行溫濕度控制時(shí)一般需要用到熱盤(pán)管和加濕器，從而實(shí)現有效的溫濕度控制，這一控制過(guò)程十分簡(jiǎn)單，因此相對來(lái)說(shuō)控制系統并不是很復雜。但是到夏季，潔凈集中空調進(jìn)行溫濕度控制包括了四種控制過(guò)程，分別是降溫、升溫、加濕、除濕，這幾種控制過(guò)程的共存使得溫濕度的控制更加復雜，從而也使得系統控制復雜程度升高。 
　　1.1 空調溫濕度互鎖控制 
　　在潔凈空調系統之中，冷水閥門(mén)的作用比較重要，而且具有降低溫度和減小濕度的雙重作用。在進(jìn)行PID參數的設置時(shí)，首先對降溫控制設定一組PID參數，然后再設定一組PID參數來(lái)規定除濕的情況。設定完畢后，不論在何時(shí)對這兩組PID參數進(jìn)行運算，都要進(jìn)行運算結果的比較，并將輸出結果較大一方的結果來(lái)作為冷水閥門(mén)的控制標準。因此在空調的運行過(guò)程中，如果降溫的PID參數結果較大，就將空調看做處在降溫工作中，反之如果除濕的PID參數結果較大，則將空調看做處在除濕的過(guò)程之中。 
　　為了確保工作環(huán)境的溫度和濕度能夠盡可能地滿(mǎn)足工作需要，并且要使空調具有一定的節能效果，可以采用降溫PID和熱水閥升溫PID互鎖、除濕PID和蒸汽加濕PID互鎖的辦法。一旦空調進(jìn)入到降溫的工作狀態(tài)，系統就無(wú)法啟動(dòng)加熱功能，也就是說(shuō)如果想要進(jìn)行加熱，那么水閥門(mén)的降溫PID參數結果必須為0。采用這一方法的原因是由于空調在整個(gè)降溫過(guò)程中極有可能產(chǎn)生降溫超調的情況，這樣一來(lái)房間內的溫度就會(huì )降得較低，而冷水閥門(mén)的降溫PID并沒(méi)有停止工作，冷水閥的開(kāi)度會(huì )隨著(zhù)溫度的降低逐漸縮小，這樣一來(lái)房間的溫度就會(huì )有所回升，在經(jīng)過(guò)幾次來(lái)回之后，冷水閥門(mén)的開(kāi)度會(huì )維持在一定范圍內，而房間的溫度也會(huì )控制在合理的范圍中。如果在出現降溫超調情況時(shí)立刻進(jìn)行系統的升溫，雖然這樣一來(lái)房間的溫度會(huì )有所升高，但是冷水閥門(mén)進(jìn)行降溫、熱水閥門(mén)進(jìn)行升溫，兩個(gè)閥門(mén)一起工作就會(huì )使一定的能力相互抵消，從而降低了升溫和降溫的效果，造成了能量的浪費。與此相對應，在進(jìn)行除濕的工作時(shí)，系統不能進(jìn)行加濕工作，也就是說(shuō)冷水閥門(mén)的除濕PID的參數輸出為0時(shí)才可啟動(dòng)加濕功能。 
　　1.2 升溫、降溫、加濕、除濕PID過(guò)程變量設定值 
　　正確選擇升溫、降溫、加濕、除濕參數的變量設定點(diǎn)，對空調系統的節能會(huì )起到很大的影響。在正常的情況下，潔凈空調在進(jìn)行溫度和濕度的控制時(shí)對精度有嚴格的控制范圍要求，一般溫度的控制精度在±2℃，而濕度的控制精度則在±10%。以下將舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子簡(jiǎn)要說(shuō)明如何選擇合適的系統升降溫濕度的設定點(diǎn)。如果某一臺空調機組對設計要求作出了明確的規定：溫度為21℃±2℃，而濕度是55%±10%。那么在進(jìn)行系統降溫設定點(diǎn)的選取時(shí)最好選擇22℃，進(jìn)行升溫設定點(diǎn)的選取時(shí)最好選擇20℃。之所以這么選擇，主要是因為當系統在進(jìn)行降溫工作時(shí)，并不強制性地要求溫度一定要維持在21℃，因為在22℃時(shí)環(huán)境溫度已經(jīng)能夠滿(mǎn)足工藝生產(chǎn)的需要，而將降溫設定點(diǎn)調高了1℃，對于空調系統的節能來(lái)說(shuō)也有很重要的影響。而在夏天遇到暴雨天氣時(shí)，系統在進(jìn)行除濕工作時(shí)會(huì )將室內的溫度降低到一定水平，這時(shí)候空調要采取升溫的措施，一般來(lái)說(shuō)只要將溫度升到20℃就可以滿(mǎn)足工藝生產(chǎn)的需要，由于升溫設定點(diǎn)降低了1℃，則節約了不少加熱所需要消耗的能量。而和升降溫設定點(diǎn)的設定原理相同，在進(jìn)行除濕和加濕工作的設定點(diǎn)選取時(shí)也可按照上述原則進(jìn)行。在一般情況下，工藝性空調是進(jìn)行不間斷工作的，因此在整個(gè)夏季中，采取上述辦法會(huì )節約下非常多的能源。 
　　2 模糊自適應PID算法 
　　對于模糊控制來(lái)說(shuō)，它并不依賴(lài)系統模型或者自適應控制，因此可以實(shí)現PID參數的最佳調整。文章將前文所提到的控制算法中的降溫PID算法修改成了模糊自適應PID算法，其他過(guò)程的算法保持不變，并將這一算法在某藥廠(chǎng)的一個(gè)潔凈集中空調上進(jìn)行的直接的調試試驗。 
　　模糊自適應PID控制器的輸入變量是誤差e和誤差的變化ec，而且在不同時(shí)刻，e和ec如果對PID參數的要求發(fā)展了變化，PID參數可以實(shí)現自我整定的功能。隨后通過(guò)模糊控制規則實(shí)現對PID參數的在線(xiàn)修改，從而構成了一套完整的模糊自適應PID控制器，如圖1所示。 
　　圖1 
　　圖中， kp=kp’+△kp；ki=ki’+△ki；kd=kd’+△kd；其中， kp、ki、kd為PID最終運行參數， kp’、ki’、 kd’為PID原始參數；△kp、△ki、△kd為模糊推理得到PID參數的增量。 
　　3 模糊自適應PI算法在PLC上的實(shí)現和應用 
　　對于上圖所示的控制系統，所選擇的控制器是某公司300系列的PLC，在系統工作的過(guò)程中，為了能夠有效實(shí)現模糊自適應PI控制算法在空調系統降溫中的作用，文章采用了查表法的方法來(lái)進(jìn)行運算，并將微分的作用設定為0。 
　　3.1 模糊控制表的制定 
　　一般會(huì )將誤差和誤差變化率的模糊論域設定為[-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6]，而進(jìn)行隸屬函數的選擇時(shí)也一般會(huì )選擇三角形函數。而模糊推理輸出的kp、ki、kd的論域范圍和誤差、誤差變化率的模糊論域范圍一致，也為[-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6]，他們的隸屬函數的選擇時(shí)也同樣選擇了三角形函數。 　　根據模糊自適應PID的控制規則表的規定，在進(jìn)行輸入時(shí)所采用的方法是最小法輸入，輸出則采用重心法輸出，并以此為依據建立起模糊控制表。并將這個(gè)模糊控制表定義成一個(gè)DB210數據塊中的數據，而這個(gè)DB210數據塊則隸屬于PLC300。 
　　3.2 模糊自適應PI控制算法的相關(guān)參數確定 
　　在模糊自適應PI控制算法中，誤差量化系數設定為e_coefficient3，而誤差變化率量化系數則設定為ec_coefficient4，比例輸出量化系數則設定成k_coefficient，而積分輸出量化系數則設定成i_coefficient1，最后將微分輸出量化系數設定成d_coefficient2，這些不同的系數取值如下表1所示。 
　　表1 模糊自適應PI算法相關(guān)參數設定 
　　3.3 算法的實(shí)現和結果 
　　PLCs7-300這一系統中具備了功能塊FB41，這一功能塊直接受PID的控制，可以實(shí)現非常強大的計算功能。在使用這個(gè)功能塊時(shí)，首先要建立一個(gè)背景數據塊作為這個(gè)功能塊的基礎，并對PID增益、積分時(shí)間、微分時(shí)間、手動(dòng)/自動(dòng)等等相關(guān)參數進(jìn)行詳細的設定。一般來(lái)說(shuō)，將通過(guò)模糊自適應計算好的增益、積分時(shí)間和微分時(shí)間輸入該系統，并經(jīng)過(guò)傳輸上傳到系統的增益、積分時(shí)間、微分時(shí)間內存中，然后就可以充分調用這一功能塊的功能，使其發(fā)揮應有的效果，而模糊自適應PID控制也得以呈現。 
　　該系統調試的曲線(xiàn)圖如圖1-3所示，圖中所列出的數據是在2007年7月份的數據。在圖1-3中，曲線(xiàn)1所代表的數據是送風(fēng)的相對濕度，而曲線(xiàn)2所代表的數據是房間內的相對濕度，曲線(xiàn)3所代表的數據是房間的整體溫度，曲線(xiàn)4所代表的數據是送風(fēng)的溫度情況，曲線(xiàn)5所代表的數據是送風(fēng)的風(fēng)速大小。圖1-3將上述數據曲線(xiàn)全部安放在一個(gè)坐標系中，這樣一來(lái)在進(jìn)行系統運行分析時(shí)會(huì )方便許多。途中橫坐標代表的參數是時(shí)間t，而縱坐標所代表的參數則是溫度（℃）、風(fēng)速（m/s）、相對濕度（%）。該房間內空調機的送風(fēng)量設定為每小時(shí)5000m?。系統對房間內的溫度控制要求是21℃±2℃，對濕度的控制要求時(shí)55%±10%。