基于CO-TRUST PLC通訊技術的水溫控制

　　1 引言

　　隨著工業技術的發展越來越快，工業中對中央空調控制精度的要求也越來越高，現在很多工業生產過程都對溫度有較高要求，但是中央空調系統是一個參數時變、純滯后、大慣性的非線性系統，其控制過程與環境條件及空調系統本身的諸多因素密切相關，許多參數是難以計算和測量的，很難建立精確的數學模型。模塊化空調機組是由多臺空調組合而成的并聯中央空調系統，控制系統采用多臺plc通訊聯網處理。當實際環境多變時，傳統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，且具有動態響應好，上升時間快，超調小的優點，隨著plc技術的不斷發展，各plc廠家推出了適于各類過程控制的智能專用模塊，應用模糊控制技術合理調節模塊化空調的能量，達到良好的溫度控制效果和響應速度。

　　2 組建plc網絡

　　現有三臺風冷熱泵螺桿機組，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，每臺機組對應一臺水泵，如果在運行過程中任意一臺水泵發生故障，備用水泵自動投入工作。

　　本plc網絡采用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，構成線型網絡拓撲結構，如圖1所示。

　　三臺風冷熱泵機組的進水口和出水口分別并聯在兩條總管路上，構成總進水口和總出水口，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

　　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，系統采用二維模糊控制。設模糊變量為：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為：負大(nb)，負中(nm)，負小(ns)，零(zo)，正小(ps)，正中(pm)，正大(pb)。系統中溫差基本論域為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。

　　根據過程控制的實際經驗得到一系列推理語言規則，寫成如下形式：

　　if e=(nb) and ec=(nb) then u=(pb)

　　即溫度偏差e為負大且偏差變化率ec為負大，則輸出控制增量u應為正大，快速減少負偏差，使其趨近于給定值。

　　if e=(nm) and ec=(nm) then u=(pm)

　　即溫度偏差e為負中且偏差變化率ec為負中，則輸出控制增量u應為正中，逐漸減少負偏差，使其趨近于給定值。

　　if e=(ns) and ec=(ns) then u=(ps)

　　即溫度偏差e為負小且偏差變化率ec為負小，則輸出控制增量u應為正小，慢慢減少負偏差，使其趨近于給定值，避免出現超調現象。

　　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應為負小，慢慢減少正偏差，使其趨近于給定值，避免出現超調現象。

　　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應為負中，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應為負大，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形成以下的模糊控制規則(表1)

　　%%%%%%%%%%2

　　各模糊子集的隸屬函數選擇三角分布方式，根據模糊控制規則表和各模糊子集的賦值表即可計算出每個模糊關系r，然后合成總模糊關系，再根據模糊推理合成規則，得到控制增量模糊集u，再按隸屬函數中位數方法得到相應的控制增量u，即得到模糊控制表。

　　4 網絡通訊指令的使用

　　plc之間的通訊采用netw/netr(網絡寫/網絡讀)指令，在這里把1#plc設置為主站，其它plc均設置為從站，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，獲得相應控制量，對3臺機組的能量進行控制，同時還需考慮3臺機組的能量輸出基本相當。

　　主站中還需要定時向各從站讀/寫數據，讀取一些狀態信息，如機組的高、低壓力、風機和壓縮機的狀態、機組故障等信息;向各從站寫一些控制命令，如開、關機、強制融霜等命令，全部控制都在主觸摸屏上完成。

　　5 應用效果

　　通過對現場水溫的監控，在采用模糊控制方法后，機組水溫控制精度達到用戶工藝要求，用戶非常滿意，而且響應速度很快，超調小，具體水溫曲線參見圖3所示。

　　6 結束語

　　不依靠專用控制模塊通過應用plc的編程軟件開發模糊控制程序，并應用在風冷模塊化空調機組的水溫控制上，實測數據證明模糊控制在實際應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，包括數據的讀取、模糊推理和控制信號輸出，這樣模糊控制程序易實現模塊化和標準化，與pid控制相比，限制條件少，不受系統硬件限制，適應范圍也大大提高，具有較大的實用價值。