中央空調(diào)室溫控制系統(tǒng)智能設(shè)計*

李智敏

(1.閩南理工學(xué)院電子電子工程學(xué)院,福建石獅 362700;2.工業(yè)自動化控制技術(shù)與信息處理福建省高校重點實驗室,福建石獅 362700)

中央空調(diào)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于商業(yè)與民用建筑中,但是大多數(shù)中央空調(diào)是采用定溫運行,需要手動去調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。本文通過分析空調(diào)工作工藝過程,設(shè)計自動感知室內(nèi)溫度,自動調(diào)節(jié)室內(nèi)適合人體溫度的空調(diào)控制系統(tǒng),并達到降低中央空調(diào)的日常運行能耗的目的。本設(shè)計采用了模糊控制器后加入PI控制,構(gòu)成溫濕度差閉環(huán)自動控制系統(tǒng),控制輸出量調(diào)控變頻器,從而改變水泵及室內(nèi)風機的工作頻率,保證了系統(tǒng)對實際溫度的實時監(jiān)測和控制,實現(xiàn)室溫適宜,節(jié)能降耗的目的[1]。

表1 不同溫濕度下的體感溫度Tab.1 Body temperature at different temperature and humidity

圖1 模糊-PI控制系統(tǒng)Fig.1 Model of the SL-PI control system

表2 變頻器關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定Tab.2 Key parameter setting of frequency converter

1 中央空調(diào)控制原理

室內(nèi)房間安裝溫濕度控制器,用戶可自由設(shè)定室內(nèi)的溫度。溫濕度傳感器能隨時感應(yīng)室內(nèi)的溫濕度變化數(shù)據(jù),將檢測到的數(shù)據(jù)實時傳送給控制器,通過傳送來的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)值進行比較。本文采用模糊控制器通過與數(shù)據(jù)庫比較得出的輸出數(shù)值再經(jīng)過PI控制器處理的數(shù)值,后輸出給變頻控制冷凍泵和風機的功率,從而來快速準確地調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度,使室內(nèi)人體體表溫度達到設(shè)定值[1]。

2 模糊PI控制

在智能控制方面已經(jīng)有許多成熟的控制算法。遺傳算法更適合大數(shù)據(jù)的樣本,而空調(diào)溫度可以選擇的參數(shù)不多。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、高容錯能力、高精度的特點,可以解決非線性、時變系統(tǒng)的控制問題,但算法復(fù)雜,作為控制器使用時依賴于被控對象的數(shù)學(xué)模型。模糊控制是一種語言類的控制手段,不依賴于被控對象的數(shù)學(xué)模型。因此,選擇模糊控制作為PI控制優(yōu)化的手段[2]。選定空調(diào)系統(tǒng)PI控制算法為:

表3 控制系統(tǒng)的I/O分配表Tab.3 I/o allocation table of control system

根據(jù)日常使用情況建立一個不同溫濕度下的體感溫度的數(shù)據(jù)庫如表1、表2,從而推理出一個適宜的輸出溫度,從而來達到室內(nèi)溫度適宜的要求[3]。

結(jié)合模糊控制可得如圖1:

3 變頻器的選擇

變頻器是溫度調(diào)節(jié)非常重要的組成之一。本文根據(jù)空調(diào)工藝選用MICROMASTER 430作為變頻器。MM430是有西門子生產(chǎn)的變頻器,相比其他系列的變頻器相比,其專門為風機類、泵類設(shè)計,有更高的動態(tài)響應(yīng)[4]。

4 PLC設(shè)計

本文采用西門子S7-200系列中CPU為226型的可編程控制器,系統(tǒng)設(shè)計一個簡化的中央空調(diào)系統(tǒng),采用2壓縮機并聯(lián)式水冷機組,1臺冷凍水水泵,冷凍機可以根據(jù)冷凍水出口的水溫自動調(diào)節(jié),控制系統(tǒng)分為自動和手動兩種方式,自動模式由PLC和變頻器控制,開關(guān)在手動模式下關(guān)閉,控制電機的運行[5]。對系統(tǒng)的控制進行說明如表3所示。

5 結(jié)語

本設(shè)計由變頻器、PLC、溫濕度傳感器及模糊PI控制器組成,控制變頻器來調(diào)節(jié)冷凍泵的輸出,控制室內(nèi)風機的轉(zhuǎn)速,達到節(jié)約能源。PLC將運用西門子的S7—200的可編程控制器,使用模糊控制PI控制,再通過控制西門子MM430變頻器輸出頻率,從而來控制水泵及室內(nèi)風機運轉(zhuǎn)功率,保證系統(tǒng)根據(jù)實際溫度濕度的實時監(jiān)測,實現(xiàn)適宜溫度控制,從而解決能源浪費問題。在后續(xù)的設(shè)計改進中可以再增加人機交互界面的設(shè)計從而使得空調(diào)溫度控制更加容易方便。