一种基于CO-TRUST PLC通讯技术的水温控制

1 引言

中央空调系统是一个参数时变、纯滞后、大惯性的非线性系统，其控制过程与环境条件及空调系统本身的诸多因素密切相关，许多参数是难以计算和测量的，很难建立精确的数学模型。模块化空调机组是由多台空调组合而成的并联中央空调系统，控制系统采用多台plc通讯联网处理。当实际环境多变时，传统控制方式对水温的控制效果并不理想。

近来提出的模糊控制可不必精确了解对象情况，且具有动态响应好，上升时间快，超调小的优点，随着plc技术的不断发展，各plc厂家推出了适于各类过程控制的智能专用模块，应用模糊控制技术合理调节模块化空调的能量，达到良好的温度控制效果和响应速度。

2 组建plc网络

现有三台风冷热泵螺杆机组，编号分别为机组a、机组b和机组c，还有4台水泵，其中3用1备，每台机组对应一台水泵，如果在运行过程中任意一台水泵发生故障，备用水泵自动投入工作。

本plc网络采用4个co-trust公司的可编程控制器，其中1＃plc、2＃plc、3＃plc均为cpu226l，4＃plc为cpu224+。1＃plc、2＃plc和3＃plc分别控制机组a、机组b和机组c，4＃plc控制4台水泵。4个plc相互串接到一条总线上，构成线型网络拓扑结构，如图1所示。

三台风冷热泵机组的进水口和出水口分别并联在两条总管路上，构成总进水口和总出水口，在总出水口处各放三个温度传感器，三个温度传感器信号分别送至1＃plc、2＃plc、3＃plc的温度采集模块。

3 模糊控制实现


模糊控制原理如图2所示。针对机组只有一个控制量即机组出水温度，系统采用二维模糊控制。设模糊变量为：e（温差），ec（温差变化率），u（输出增量）。输入输出变量语言可以表达为：负大（nb），负中（nm），负小（ns），零（zo），正小（ps），正中（pm），正大（pb）。系统中温差基本论域为e其范围为［-3，+3］，温差变化率ec其范围为［-0.5，+0.5］，输出增量u其范围定为［-3，+3］，精确量均可划分为12个等级。

根据过程控制的实际经验得到一系列推理语言规则，写成如下形式：

if e=（nb） and ec=（nb） then u=（pb）

即温度偏差e为负大且偏差变化率ec为负大，则输出控制增量u应为正大，快速减少负偏差，使其趋近于给定值。

if e=（nm） and ec=（nm） then u=（pm）

即温度偏差e为负中且偏差变化率ec为负中，则输出控制增量u应为正中，逐渐减少负偏差，使其趋近于给定值。

if e=（ns） and ec=（ns） then u=（ps）

即温度偏差e为负小且偏差变化率ec为负小，则输出控制增量u应为正小，慢慢减少负偏差，使其趋近于给定值，避免出现超调现象。

if e=（ps） and ec=（ps） then u=（ns）

即温度偏差e为正小且偏差变化率ec为正小，则输出控制增量u应为负小，慢慢减少正偏差，使其趋近于给定值，避免出现超调现象。

if e=（pm） and ec=（pm） then u=（nm）

即温度偏差e为正中且偏差变化率ec为正中，则输出控制增量u应为负中，逐渐减少正偏差，使其趋近于给定值。

if e=（pb） and ec=（pb） then u=（nb）

即温度偏差e为正大且偏差变化率ec为正大，则输出控制增量u应为负大，以快速减少正偏差，使其趋近于给定值。

通过对这样的一系列的语句的归纳总结形成以下的模糊控制规则（表1）

各模糊子集的隶属函数选择三角分布方式，根据模糊控制规则表和各模糊子集的赋值表即可计算出每个模糊关系r，然后合成总模糊关系，再根据模糊推理合成规则，得到控制增量模糊集u，再按隶属函数中位数方法得到相应的控制增量u，即得到模糊控制表。

4 网络通讯指令的使用

plc之间的通讯采用netw/netr（网络写/网络读）指令，在这里把1＃plc设置为主站，其它plc均设置为从站，主plc通过采样周期和控制周期检测水温变化，通过plc根据计算得到的水温偏差与水温偏差变化率查询模糊控制控制表，获得相应控制量，对3台机组的能量进行控制，同时还需考虑3台机组的能量输出基本相当。

主站中还需要定时向各从站读/写数据，读取一些状态信息，如机组的高、低压力、风机和压缩机的状态、机组故障等信息；向各从站写一些控制命令，如开、关机、强制融霜等命令，全部控制都在主触摸屏上完成。

5 应用效果

通过对现场水温的监控，在采用模糊控制方法后，机组水温控制精度达到用户工艺要求，用户非常满意，而且响应速度很快，超调小，具体水温曲线参见图3所示。

不依靠专用控制模块通过应用plc的编程软件开发模糊控制程序，并应用在风冷模块化空调机组的水温控制上，实测数据证明模糊控制在实际应用中得到了良好的控制效果。而且模糊控制程序作为整个plc控制程序的一个子程序，包括数据的读取、模糊推理和控制信号输出，这样模糊控制程序易实现模块化和标准化，与pid控制相比，限制条件少，不受系统硬件限制，适应范围也大大提高，具有较大的实用价值。

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