【摘 要】文章從潔凈集中空調(diào)的定風(fēng)量系統(tǒng)著手，對(duì)系統(tǒng)的節(jié)能狀況進(jìn)行了考慮，并且對(duì)溫濕度的控制方法進(jìn)行探討，從而得出了相關(guān)的結(jié)論。在PLCs7-300上實(shí)現(xiàn)了模糊自適應(yīng)PID算法，并且將這一算法運(yùn)用到實(shí)際工程項(xiàng)目中進(jìn)行了調(diào)試，從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，取得了較好的效果。 

為了確保廠房的安全性，潔凈廠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(nèi)壓力控制的有效性，所以在進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)定時(shí)一般會(huì)設(shè)定成定風(fēng)量系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能措施，目前不少?gòu)S房都在積極探索潔凈集中空調(diào)的節(jié)能方法。文章在此基礎(chǔ)上對(duì)潔凈廠房的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了探索，提出了一種集中空調(diào)系統(tǒng)溫濕度控制的節(jié)能算法，并且成功在PLC上實(shí)現(xiàn)了PID的算法，隨后在某一個(gè)藥廠的潔凈集中空調(diào)上進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，這一算法可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果和溫濕度控制。 

　　1 溫濕度控制算法和節(jié)能 
　　在冬季時(shí)，潔凈集中空調(diào)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(xiàn)有效的溫濕度控制，這一控制過(guò)程十分簡(jiǎn)單，因此相對(duì)來(lái)說(shuō)控制系統(tǒng)并不是很復(fù)雜。但是到夏季，潔凈集中空調(diào)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(fù)雜，從而也使得系統(tǒng)控制復(fù)雜程度升高。 
　　1.1 空調(diào)溫濕度互鎖控制 
　　在潔凈空調(diào)系統(tǒng)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(shù)的設(shè)置時(shí)，首先對(duì)降溫控制設(shè)定一組PID參數(shù)，然后再設(shè)定一組PID參數(shù)來(lái)規(guī)定除濕的情況。設(shè)定完畢后，不論在何時(shí)對(duì)這兩組PID參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，都要進(jìn)行運(yùn)算結(jié)果的比較，并將輸出結(jié)果較大一方的結(jié)果來(lái)作為冷水閥門(mén)的控制標(biāo)準(zhǔn)。因此在空調(diào)的運(yùn)行過(guò)程中，如果降溫的PID參數(shù)結(jié)果較大，就將空調(diào)看做處在降溫工作中，反之如果除濕的PID參數(shù)結(jié)果較大，則將空調(diào)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(diào)具有一定的節(jié)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(diào)進(jìn)入到降溫的工作狀態(tài)，系統(tǒng)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(shù)結(jié)果必須為0。采用這一方法的原因是由于空調(diào)在整個(gè)降溫過(guò)程中極有可能產(chǎn)生降溫超調(diào)的情況，這樣一來(lái)房間內(nèi)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(nèi)，而房間的溫度也會(huì)控制在合理的范圍中。如果在出現(xiàn)降溫超調(diào)情況時(shí)立刻進(jìn)行系統(tǒng)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(fèi)。與此相對(duì)應(yīng)，在進(jìn)行除濕的工作時(shí)，系統(tǒng)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(shù)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(shè)定值 
　　正確選擇升溫、降溫、加濕、除濕參數(shù)的變量設(shè)定點(diǎn)，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能會(huì)起到很大的影響。在正常的情況下，潔凈空調(diào)在進(jìn)行溫度和濕度的控制時(shí)對(duì)精度有嚴(yán)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(tǒng)升降溫濕度的設(shè)定點(diǎn)。如果某一臺(tái)空調(diào)機(jī)組對(duì)設(shè)計(jì)要求作出了明確的規(guī)定：溫度為21℃±2℃，而濕度是55%±10%。那么在進(jìn)行系統(tǒng)降溫設(shè)定點(diǎn)的選取時(shí)最好選擇22℃，進(jìn)行升溫設(shè)定點(diǎn)的選取時(shí)最好選擇20℃。之所以這么選擇，主要是因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)在進(jìn)行降溫工作時(shí)，并不強(qiáng)制性地要求溫度一定要維持在21℃，因?yàn)樵?2℃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(shè)定點(diǎn)調(diào)高了1℃，對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)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(tǒng)在進(jìn)行除濕工作時(shí)會(huì)將室內(nèi)的溫度降低到一定水平，這時(shí)候空調(diào)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(shè)定點(diǎn)降低了1℃，則節(jié)約了不少加熱所需要消耗的能量。而和升降溫設(shè)定點(diǎn)的設(shè)定原理相同，在進(jìn)行除濕和加濕工作的設(shè)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(diào)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(jié)約下非常多的能源。 
　　2 模糊自適應(yīng)PID算法 
　　對(duì)于模糊控制來(lái)說(shuō)，它并不依賴(lài)系統(tǒng)模型或者自適應(yīng)控制，因此可以實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的最佳調(diào)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(yīng)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的一個(gè)潔凈集中空調(diào)上進(jìn)行的直接的調(diào)試試驗(yàn)。 
　　模糊自適應(yīng)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(duì)PID參數(shù)的要求發(fā)展了變化，PID參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)自我整定的功能。隨后通過(guò)模糊控制規(guī)則實(shí)現(xiàn)對(duì)PID參數(shù)的在線修改，從而構(gòu)成了一套完整的模糊自適應(yīng)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(yùn)行參數(shù)， kp’、ki’、 kd’為PID原始參數(shù)；△kp、△ki、△kd為模糊推理得到PID參數(shù)的增量。 
　　3 模糊自適應(yīng)PI算法在PLC上的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用 
　　對(duì)于上圖所示的控制系統(tǒng)，所選擇的控制器是某公司300系列的PLC，在系統(tǒng)工作的過(guò)程中，為了能夠有效實(shí)現(xiàn)模糊自適應(yīng)PI控制算法在空調(diào)系統(tǒng)降溫中的作用，文章采用了查表法的方法來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，并將微分的作用設(shè)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(shè)定為[-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6]，而進(jìn)行隸屬函數(shù)的選擇時(shí)也一般會(huì)選擇三角形函數(shù)。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(shù)的選擇時(shí)也同樣選擇了三角形函數(shù)。 　　根據(jù)模糊自適應(yīng)PID的控制規(guī)則表的規(guī)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(jù)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(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)，而這個(gè)DB210數(shù)據(jù)塊則隸屬于PLC300。 
　　3.2 模糊自適應(yīng)PI控制算法的相關(guān)參數(shù)確定 
　　在模糊自適應(yīng)PI控制算法中，誤差量化系數(shù)設(shè)定為e_coefficient3，而誤差變化率量化系數(shù)則設(shè)定為ec_coefficient4，比例輸出量化系數(shù)則設(shè)定成k_coefficient，而積分輸出量化系數(shù)則設(shè)定成i_coefficient1，最后將微分輸出量化系數(shù)設(shè)定成d_coefficient2，這些不同的系數(shù)取值如下表1所示。 
　　表1 模糊自適應(yīng)PI算法相關(guān)參數(shù)設(shè)定 
　　3.3 算法的實(shí)現(xiàn)和結(jié)果 
　　PLCs7-300這一系統(tǒng)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(xiàn)非常強(qiáng)大的計(jì)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(shù)據(jù)塊作為這個(gè)功能塊的基礎(chǔ)，并對(duì)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(shù)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)定。一般來(lái)說(shuō)，將通過(guò)模糊自適應(yīng)計(jì)算好的增益、積分時(shí)間和微分時(shí)間輸入該系統(tǒng)，并經(jīng)過(guò)傳輸上傳到系統(tǒng)的增益、積分時(shí)間、微分時(shí)間內(nèi)存中，然后就可以充分調(diào)用這一功能塊的功能，使其發(fā)揮應(yīng)有的效果，而模糊自適應(yīng)PID控制也得以呈現(xiàn)。 
　　該系統(tǒng)調(diào)試的曲線圖如圖1-3所示，圖中所列出的數(shù)據(jù)是在2007年7月份的數(shù)據(jù)。在圖1-3中，曲線1所代表的數(shù)據(jù)是送風(fēng)的相對(duì)濕度，而曲線2所代表的數(shù)據(jù)是房間內(nèi)的相對(duì)濕度，曲線3所代表的數(shù)據(jù)是房間的整體溫度，曲線4所代表的數(shù)據(jù)是送風(fēng)的溫度情況，曲線5所代表的數(shù)據(jù)是送風(fēng)的風(fēng)速大小。圖1-3將上述數(shù)據(jù)曲線全部安放在一個(gè)坐標(biāo)系中，這樣一來(lái)在進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行分析時(shí)會(huì)方便許多。途中橫坐標(biāo)代表的參數(shù)是時(shí)間t，而縱坐標(biāo)所代表的參數(shù)則是溫度（℃）、風(fēng)速（m/s）、相對(duì)濕度（%）。該房間內(nèi)空調(diào)機(jī)的送風(fēng)量設(shè)定為每小時(shí)5000m?。系統(tǒng)對(duì)房間內(nèi)的溫度控制要求是21℃±2℃，對(duì)濕度的控制要求時(shí)55%±10%。